【研究分野】環境動態解析

【研究領域課題番号】17H00777 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

火山活動 / 炭酸塩 / 地球化学 / 質量分析 / 火山噴火 / 微量元素 / 古環境試料 / 海洋科学 / 火山 / 気候変動 / 環境分析

【研究成果の概要】

本研究は、古環境試料の年代測定と元素・同位体分析を組み合わせることで、過去の巨大噴火履歴の復元を目指した。U-Th放射非平衡年代測定法を駆使して、過去の大規模噴火時期の年代を持つ石筍試料を入手した。LIBS（レーザーを用いた元素分析装置）を導入し、過去の大規模噴火・火山活動の情報を記録していると考えられる石筍等の炭酸塩試料の分析手法を開発した。そして、微小領域を分析可能な他の装置と組み合わせて微量元素を測定し、濃度分布・異常と火山活動の関係を調査した。また、過去と現在の火山活動を比較するため、箱根山などの火山を観測して活動を評価した。

【研究の社会的意義】

これまで、火山活動や巨大噴火は大気海洋へ物質を供給し、生物の繁栄・絶滅などに影響してきた。その活動履歴を復元することは、地球環境や生物の進化史を紐解く上で重要な意義を持つ。本研究では炭酸塩試料の分析手法を開発して、いくつかの強力な手法と組み合わせることで、火山活動の活発化に関係する可能性がある元素濃度の異常などを検出した。また、過去の火山活動と比較するため現在活発な火山の調査も行った。得られた研究成果は、過去・現在の火山活動の地球環境への影響を解明するために役立つ、学術的・社会的意義の高いものであり、学術誌や学会において随時報告を行った。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2017-04-01 - 2021-03-31

【配分額】43,420千円 (直接経費: 33,400千円、間接経費: 10,020千円)

【研究分野】層位・古生物学

【研究領域課題番号】15H05213 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

北東太平洋 / 白亜紀 / カンパニアン / 古水温 / 酸素同位体比 / メタン湧水 / ノースアンバーランド層 / ナナイモ層群 / 海洋循環 / 白亜系 / マーストリヒチアン / 環境分析 / 環境変動 / 地球化学 / 地質学

【研究成果の概要】

カナダ国ブリティッシュコロンビア州バンクーバー島近傍の小島であるホーンビー島の海蝕台に露出する上部白亜系カンパニアン階－マーストリヒチアン階の地質調査を行い，得られた地質試料の酸素および炭素同位体比分析を行った．
最も重要な成果は，長径約２ｍの炭酸塩コンクリ―ションがメタン冷湧水性炭酸塩であることを同定したこと，そしてその酸素同位体比から，カンパニアン期後期には東太平洋の水深約200ｍの海底に約8℃という，深層水に匹敵する低温の水が存在したことが明らかになったことである．このことは，この場所に深層からの湧昇流が存在したことを示唆し，北東太平洋の古海洋を考察する上で非常に重要である．

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2015-04-01 - 2018-03-31

【配分額】16,120千円 (直接経費: 12,400千円、間接経費: 3,720千円)

【研究分野】環境動態解析

【研究領域課題番号】15H01727 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

海洋科学 / 地球化学 / 環境分析 / 生物圏現象 / 環境変動 / 化学海洋 / 重金属 / 安定同位体比

【研究成果の概要】

海水中Ni, Cu, Zn安定同位体比の測定法を確立した．岩石中Ni同位体比の精密測定のため，新しい化学分離法を開発した．国際共同研究により亜鉛の同位体比の新しい標準物質を確立した．白鳳丸KH-15-3航海（東シナ海）とKH-17-3航海（亜寒帯北太平洋）で海水試料を採取した．KH-14-6 航海（南極海・南太平洋）の海水試料を用いて，溶存態Ni, Cu, Znの濃度と安定同位体比の鉛直断面分布を明らかにした．堆積物中Mo, Wの濃度と安定同位体比の分析法をほぼ確立した．日本海中層堆積物コア試料および岩石，堆積物の標準物質の分析を進め，古海洋プロクシとしてのMoとWの可能性を検討した．

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2015-04-01 - 2018-03-31

【配分額】45,890千円 (直接経費: 35,300千円、間接経費: 10,590千円)

【研究分野】環境動態解析

【研究領域課題番号】23651015 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

環境分析 / 深海環境 / 地球化学 / 炭素代謝 / モノカーボン(C1)化合物 / C1化合物

【研究成果の概要】

炭素1つからなる低分子有機化合物(C1化合物)に基づいて活動する海底下微生物圏を総合的に理解するための第一歩として,既に研究が進んでいるメタンや二酸化炭素を除く,メタノールとホルムアルデヒド,アセトンに着目し,深層の嫌気環境におけるそれらの分布(これらの濃度は深くなるにつれて増加する)を明らかにした.また,メタノールは同堆積物に含まれる微生物により代謝され,二酸化炭素となることが明らかとなった.こうしたC1化合物に依存した微生物圏の存在が示唆された.

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2011 - 2012

【配分額】4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)

【研究分野】環境動態解析

【研究領域課題番号】23253001 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

国際GEOTRACES計画 / 微量元素と同位体 / 海洋の生物地球化学 / 学術研究船 / 太平洋 / クリーン採水 / 海洋の微量元素・同位体 / 南太平洋・南極海 / 海水のクリーン採取・分析 / 学術研究船白鳳丸 / 海洋の地球化学サイクル / 海洋科学 / 生物地球化学 / 微量元素・同位体計測 / 環境分析 / 国際共同GEOTRACES計画 / 地球化学 / 国際共同観測 / 微量元素 / 同位体 / GEOTRACES

【研究成果の概要】

国際大型研究GEOTRACES計画の一環として、太平洋の広範な海域にわたって、微量元素と同位体に関する生物地球化学的研究を推進した。学術研究船白鳳丸のクリーン試料採取システムとクリーンルームを活用し、二つの長期航海（KH-12-4次航海およびKH-14-6次航海）を、それぞれ平成24年度と26年度に成功裡に実施した。前者では北太平洋亜寒帯域を横断、後者では南太平洋を南北に縦断する観測ラインを完遂し、合計50観測点において表面から海底まで海水中の鉄、亜鉛、銅などをはじめとする微量金属を計測した。得られたデータを逐次GEOTRACESデータセンターへ登録しつつある。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2011-04-01 - 2016-03-31

【配分額】51,350千円 (直接経費: 39,500千円、間接経費: 11,850千円)

【研究分野】環境動態解析

【研究領域課題番号】22710016 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

環境変動 / 東アジア / SO2 / エアロゾル / 水溶性イオン成分 / 環境規制 / 北京 / オリンピック / 環境質定量化・予測 / 環境分析 / 大気汚染防止・浄化 / 地球化学 / 有害化学物質 / 大気微小粒子

【研究成果の概要】

中国の大都市における短期的および長期的な大気環境変動の実態解明調査を行った。北京五輪開催に関連した環境規制により、大気粉じん中硫酸イオン濃度は40%減少した。長期的変動に関しては、2005年から2009年にかけて中国北京市における大気中二酸化硫黄濃度は約30%減少した。大気粉じん中硫酸イオン濃度は暖房期20%、非暖房期50%と減少割合が季節によって異なっており、これは気象条件に加えオキシダント濃度の変化が影響していると考えられた。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2010 - 2011

【配分額】4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)

【研究分野】分析化学

【研究領域課題番号】21350042 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

環境分析 / 分析化学 / 海洋科学 / 地球化学 / 重元素安定同位体 / 海洋生態 / HR-ICP-MS / モリブデン / 銅 / タングステン / MC-ICP-MS

【研究成果の概要】

重元素安定同位体比は,海洋化学の新しい武器として注目されている.本研究では,太平洋,南極海,大西洋から得られた海水試料を分析し,溶存態モリブデン同位体比が世界海洋で均一であることを実証した.海水中溶存態銅の安定同位体比精密測定法を確立した.さらに,堆積物中モリブデン,タングステンの安定同位体比精密測定法の最適化を行った.これら同位体比は,生物地球化学循環のトレーサー,古海洋研究の手掛かりとして期待される.

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2009 - 2011

【配分額】19,240千円 (直接経費: 14,800千円、間接経費: 4,440千円)

【研究分野】環境動態解析

【研究領域課題番号】20810007 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

古海洋環境 / 多変量解析 / 放射化分析法 / 環境分析 / 地球化学 / 深海環境 / 地球科学

【研究成果の概要】

2008年度では南太平洋遠洋性海洋堆積物試料を用いて日本原子力研究開発機構研究炉JRR-3MおよびJRR-4においてINAA法、PGA法を適用した多元素分析を行った。これらの手法から得られた30-36元素の定量値を多次元ベクトルと見なし、供給源に合致する元素濃度パターンの抽出を行う独自の統計処理を含めた多変量解析によって、堆積物に含まれるオーストラリアならびにニュージーランドから風送されるレスの寄与量を過去20万年の堆積年代の間で推定することが出来た。2009年度では前年度で対象とした南太平洋よりもさらに南方にある南極海遠洋性海洋堆積物を研究対象に用いた。INAA法およびPGA法を用いた多元素分析を適用すると同時に堆積年代別の海洋環境を評価する目的で^<57>Fe Mossbauer分光法を用いて堆積物に含まれる鉄の状態分析を行った。詳細な検討の結果、スコシア海堆積物表層(5.0kyr)に四極分裂値が極めて大きいダブレットピークを有する鉄化学種を確認し、この化学種が初生的な海緑石中に含まれるIII価鉄に由来するものと推定された。近年のスコシア海堆積物は海緑石を局所的に生成させる強い還元的環境下にあったことが示唆されることを明らかにした。

【研究種目】若手研究(スタートアップ)

【研究期間】2008 - 2009

【配分額】2,938千円 (直接経費: 2,260千円、間接経費: 678千円)

【研究分野】土木環境システム

【研究領域課題番号】19360242 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

廃棄物埋立地 / 都市ごみ焼却残渣 / 風化現象 / 孔隙構造 / X線CT法 / 重金属溶出特性 / 化合形態 / 重金属 / 溶出特性 / 廃棄物処理 / 有害化学物質 / 環境質定量化・予測 / 環境分析 / 地球化学 / 焼却残渣 / 埋立地 / 風化

【研究成果の概要】

埋立地を模擬した焼却灰充填カラム試験を行い,土質試験法,浸出水の水質分析およびX線CT法によって,焼却灰層における孔隙構造およびその変化を定量的に明らかにするとともに,X線CT画像を用いた孔隙の立体構造を考慮した水分移動数値シミュレーションを可能にした。また,埋立地における炭酸化反応に伴う重金属の長期挙動や,重金属の挙動におよぼす重金属の化合形態とpHの影響について検討し,重金属の長期挙動を予測する上で有用な知見が得られた。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2007 - 2009

【配分額】20,280千円 (直接経費: 15,600千円、間接経費: 4,680千円)

【研究分野】環境動態解析

【研究領域課題番号】19404002 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

環境質定量化・予測 / 環境分析 / 大気汚染防止・浄化 / 東アジア / 有害化学物質 / 有害金属 / 多環芳香族炭化水素類 / エアロゾル / 地球化学

【研究成果の概要】

近年発展が顕著で歴史的な都市改造が行われている中国北京市において21世紀最初の10年間の大気環境の動向を定量化することを目的として研究を行った。北京市の大気粉塵濃度は世界主要都市と比較して約5倍高く、直近約10年間ではほぼ改善されていなかった。2008年夏季オリンピック開催に伴う諸規制により、粒径2.5μm以上の粗大粒子濃度は25%減少したが、粒径2.5μm以下の微小粒子濃度に対しては減少効果が認められなかった。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2007 - 2009

【配分額】17,030千円 (直接経費: 13,100千円、間接経費: 3,930千円)

【研究分野】環境動態解析

【研究領域課題番号】18710014 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

環境質定量化・予測 / 環境分析 / 大気汚染防止・浄化 / 地球化学 / 有害化学物質 / 大気微小粒子 / 多環芳香族炭化水素類 / エアロゾル

【研究成果の概要】

本研究では、大気微小粒子中の有機化合物および微量金属の多成分高感度同時迅速分析法の開発を行うことを目的とする。本年度は高速溶媒抽出/自動化カラムクロマトグラフィー/HPLC/蛍光検出法による大気微小粒子中多環芳香族炭化水素類(PAHs)の多成分高感度迅速分析法の開発を行った。
PAHsの抽出時間短縮・効率化を図るため、高速ソックスレー法の検討を行った。具体的には溶媒抽出部の温度を可変とし、従来は室温だったものを、本研究では約140℃まで加熱し抽出を行った。その結果、公定法と同等の抽出効率(約70-90%)が得られる抽出時間を合計80分まで短縮することに成功した。これにより、公定法であるソックスレー法と比較して抽出時間を約1/6に短縮することができた。
次に、定量ポンプや電磁弁とステンレス/テフロン管を組み合わせ定量溶媒滴下ラインの試作を行った。そして、ラインの滴下速度や滴下量等の諸条件の検討を行った。この検討結果を基に、自動化カラムクロマトグラフィー装置を製作した。その結果、従来では手作業により約120〜180分間つきっきりで溶媒の滴下や溶出液受容器の交換を行っていたものが、8検体まで操作を自動化(所用時間約60分間)することに成功した。これにより、今後は大気微小粒子中PAHs分析を行う際の作業効率が飛躍的に向上することが期待できる。さらに、本研究により製作した自動化カラムクロマトグラフィー装置に関する産業財産権の出願を予定している。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2006 - 2007

【配分額】3,500千円 (直接経費: 3,500千円)

【研究分野】環境動態解析

【研究領域課題番号】16710008 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

環境質定量化・予測 / 環境分析 / 大気汚染防止・浄化 / 地球化学 / 有害化学物質 / エアロゾル / 多環芳香族炭化水素類 / 微量金属

【研究成果の概要】

横浜市日吉における、2004年8月19日〜11月21日の期間のPM2.5質量濃度及びPM2.5中PAHs(多環芳香族炭化水素類)、微量金属、水溶性イオン成分濃度はそれぞれ、PM2.5:18.3±8.8μg/m^3(n=90)、Total PAHs:1.43±1.16ng/m^3(n=90)、Total Metals:1.55±0.98μ9/m^3(n=90)であった。また、PM2.5中Total Ionsは10.7±6.5μg/m^3(n=91)、TSP中のTotal Metalsは4.25±3.28μg/m^3(n=93)であった。これより、測定期間中のPM2.5質量濃度の約6割が水溶性イオン成分であり、約1割が微量金属成分であったことが明らかとなった。PM2.5質量濃度はTotal Ionsと最も相関が高かった(r=0.78)。このことから、今回の測定期間においてはPM2.5質量濃度の変動を決めている主な要因は水溶性イオン成分濃度の変動であることがわかった。水溶性イオン成分の主なものは、もともと気体だった亜硫酸ガスや窒素酸化物が光化学反応によって酸化され、それとガス状アンモニアが反応して生成した硫酸アンモニウムや硝酸アンモニウム等のいわゆる二次粒子であることがわかった。PM2.5質量濃度とPM2.5中Total PAHsの間に相関関係は見られなかったため、この期間においては、すす状物質等の一次粒子の増減よりも、光化学的に生成した二次粒子の増減の方がより大きくPM2.5質量濃度の変動に寄与していたと考えられる。
ニッケル化合物及び金属ニッケルは発ガン性を持つことから、これに着目し解析を行った。測定期間内のPM2.5中Ni濃度の平均値は8.4±7.9ng/m^3(n=83)であり、TSP中Ni濃度の40.4%を占めた。ニッケルの起源は主に石油燃焼であり、次いで廃棄物燃焼の寄与も考えられた。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2004 - 2005

【配分額】3,800千円 (直接経費: 3,800千円)

【研究分野】環境動態解析

【研究領域課題番号】16404002 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

環境質定量化・予測 / 環境分析 / 大気汚染防止・浄化 / 東アジア / 有害化学物質 / 有害金属 / 多環芳香族炭化水素類 / エアロゾル / 地球化学 / 長期的動向 / 微量金属 / 水溶性イオン成分

【研究成果の概要】

中国北京市では2008年五輪開催に向けた都市改造の最中であり、すでに高濃度である大気粉塵がさらに増加する危険性がある。従って大気粉塵の発生源を明らかにし対策を進めることが重要である。本研究では中国北京市清華大学において大気粉塵試料を1日ごとに採取し、微量化学成分の分析を行った。
北京市における微量金属成分濃度は、全ての成分において東京都の濃度を上回り、特にヒ素に関しては25倍を超える高濃度であった。回帰分析を用いて微量金属濃度の長期的動向を調べた結果、2001年3月〜2006年2月の期間において、銅・亜鉛・ヒ素・カドミウム・鉛といった石炭燃焼由来の重金属濃度が年率4.9%〜19.8%の割合で増加していることが判った。さらに、CMB(Chemical Mass Balance)法を用いて大気粉塵の発生源の推定を行ったところ、約8割の大気粉塵が人為起源であり、特に石炭燃焼が全体の3〜5割を占める主な発生源であることが判った。
北京市における総多環芳香族炭化水素類(ΣPAHs)濃度は東京都と比べると数十〜数百倍高濃度であった。また、暖房期におけるΣPAHs濃度は非暖房期に比べて10.7倍高くなった。この原因は主に一般家庭における石炭燃焼の影響であると考えられた。大気粉塵中PAHs濃度測定結果を基にPMF(Positive Matrix Factorization)法を用いて大気粉塵中PAHs発生源の推定を行った。PAHsの主な発生源として石炭燃焼、廃棄物燃焼、木材燃焼、自動車排気が考えられた。暖房期、非暖房期における各発生源からの寄与率を求めると、暖房期では石炭燃焼、廃棄物燃焼、木材燃焼からの寄与が合計約70%となり、これらの発生源からPAHsが多量に放出されていることが推定され、石炭、廃棄物、木材が一般家庭において冬季の暖房用燃料として使用されていることが示唆された。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2004 - 2006

【配分額】13,500千円 (直接経費: 13,500千円)