陀安一郎、申基澈、鷹野真也編（2022）同位体環境学がえがく世界：2022 年版

シベリアの河川と水循環― レナ川とインディギルカ川の不思議な流れ ―鷹野真也（総合地球環境学研究所）

1．地球は水循環＝水の呼吸の使い手？に伴う熱の輸送システムも変化してしまい、ひい“水循環”とは何か、皆さんご存知ですか？ 「水ては気候変動まで引き起こされてしまいます。こが循環すること…？」と考えたそこのあなた。…のように水の流れは連鎖的に他の物質の流れも生正解です。完璧です。もう少し詳しく言うと、雨み出すことが多く、一例として昨今の温暖化・気（水）が降って、溜まって、流れて、蒸発して、候変動を考える上でも、水循環研究は非常に重要

また降って…と文字通り“水”が地球上をぐるぐな役割を担っているわけです。
水は自然の中で廻り続けています。まるで地球ると“循環”すること、それが“水循環”です。我々が呼吸をするように。まさに水の呼吸ですね。○はその水循環を研究しています。

○ノ型！

では何故その水循環を研究する必要があるのでなんてものは出てきませんが、水の循それは水が色々なものを運ぶからで環にもパターン（型）はあります。その型がどうす。水の流れに乗って運ばれるものもあれば、水変わったのか（これからどう変わるのか）、云わの中に溶けて運ばれたりもします。もちろん目にば地球の“水の呼吸”の真髄と変化を調べるのが見えるものもあれば、見えないものもあります。

水循環研究です。同じ水循環研究でも、水質や水例えば、炭素や熱（エネルギー）がそれらに当た環境の汚染など水資源利用の観点からの研究も沢ります。炭素や熱が水によって動かされるという山ありますし、先述した温暖化・気候変動に関連のは実はとても大変なことで、もしバランスをする研究もあります。ここでは後者について紹介保っていたものが崩れると様々な弊害が起こりましたいと思います。

しょう？

す。炭素は有機態として植物や土壌中に多く存在
2．なぜシベリアの水循環？

しますが、その陸域にストックされていた有機炭素が水と共に川や海へ流れ出てしまうことがあり私が今からするのは、シベリアでの水循環研究ます。この流れ出た炭素によって、陸からだけでのお話です。皆さんは“シベリア”と聞いて何をなく川や海からも二酸化炭素（CO2）やメタン思い浮かべるでしょうか？

（CH4）といった温室効果ガスが大気中に放散さ極寒の地とかシベリア鉄道などのイメージを持っ1）

多くの方は、漠然とれる恐れがあり、地球温暖化や海洋酸性化 へのているのではと推測しますが、そもそもシベリ寄与が危惧されています。また海の水の流れ、つアってどこ？

まり海流は、海水の密度の違いによって生まれ、す。定義が色々あるようですが、一般的にはユー地球全体をぐるぐる回り熱などを輸送します。こラシア大陸の北東部、ロシア連邦の中央部から東れを熱塩循環と呼ぶのですが、この熱輸送は気候側のとても広い地域を“シベリア”と呼びます。に影響を与えてしまうほど大きなものです。何か実際に行ったことがある方はあまりいないかもしの拍子に水循環が変化してしまうと（具体的にはれませんが、社会科の教科書で、タイガやツンド

海への淡水の供給量が変化すると）、海流とそれラといった植生（図 1）と永久凍土が広がってい
105という方も少なくないと思いま陀安一郎、申基澈、鷹野真也編（2022）同位体環境学がえがく世界：2022 年版

以上 0℃を上回らない土壌のことで、永久に凍った土壌ではありません。夏に融解・冬に凍結というサイクルを繰り返す土壌は季節凍土（活動層）と呼ばれます）。凍土には土壌中の水分を氷として一時貯留させておくリザーバーのような性質があり、加えて凍土中の氷が物理的なバリアになって水の浸潤を妨げ地下水・土壌水の動きを制限するなど、凍土はシベリアの水循環システムにおいて重要な役割を担っています。先述のようにシベリアにはタイガ林やツンドラ湿地といった植生が広がっていますが、これらは気温や土壌中の水分量に非常に敏感で、ちょっとした変化によって植生の枯死や種類の変化が引き起こされてしまいます。また、その植生の下には泥炭という有機物（炭素）を沢山含んだ土壌が堆積・凍結しています。
つまり永久凍土が融解すると、これまでの水循環のバランスが崩れ植生に影響を与えるのと同時

図 1．北 東シベリア・チョクルダ周辺域におけるタイ
ベリア・チョクルダ周辺域におけるタイガｰツンドラ境界（a）とツンドラ湿地（b）。タイガを構成に、地中に冷凍保存されていた有機物（炭素）もガ−ツンドラ境界（a）とツンドラ湿地（b）。タカラマツなど）とツンドラの背の低い草本類が交じり合って分布しています。ツンドラにはポリイガを構成する針葉樹（カラマツなど）とツン解放され、水と共に河川や海へ流出してしまう恐
目模様の微地形（地表面の凹凸）が見られ、凹みに水が溜まってツンドラ湿地を形成します
ドラの背の低い草本類が交じり合って分布しています。ツンドラにはポリゴンという網目模様の微地形（地表面の凹凸）が見られ、凹みに水が溜まってツンドラ湿地を形成します。

れがあるのです。
これは温暖化、及び永久凍土の融解によって起こり得る問題のほんの一例に過ぎませんが、シベる、という記述を一度は目にしたことがあるかもリアの“水の呼吸”の乱れは地球規模で影響を及しれません。いずれにしても日本に住んでいるぼしかねない可能性を秘めています。その影響の人々にはあまり馴染みのない土地であり、実はロ範囲や大きさを予測しないと、地球の未来のためシアの人々にとってもまだまだ未知の世界と言わに対策さえできません。そのためには生態系のれている、そんなシベリアでの水循環とは一体何ベースとなる水循環とは何かを知ることが第一歩なのでしょうか。となります。現在の水循環システムを理解し、温まず何故そんな日本から遠いところの研究をし暖化により今起きていること・これから起こり得ているのかというと、理由は地球温暖化にありまることを調査し、気候や生態系へどのように影響す。日本でも近年暑いなと感じている方もいるかするのか予測する、それがシベリアの水循環研究もしれませんが、シベリアを含む北極域では世界の目的です。

（地球全体）平均の約 2 倍の温暖化が起きている（これから起こる）とされています。その温暖化に3．水循環研究の秘密兵器“水同位体比”

よって様々な問題が生じるのですが、大きな問題水循環研究を行う上で、便利且つ有効なツールの 1 つとして永久凍土の融解が懸念されています。

が水の安定同位体比です。ここでは水同位体比にシベリアには広く永久凍土が分布しており、中ついて、またその使い方を簡単に説明します。

でも東シベリアは世界最大・最深の永久凍土帯と水（H2O）は水素（H）と酸素（O）からなるいわれています（ちなみに永久凍土とは “2 年”

分 子 で、 水 素 の 安 定 同 位 体 に は 1H と 2H（D）、106

陀安一郎、申基澈、鷹野真也編（2022）同位体環境学がえがく世界：2022 年版

酸素の安定同位体には 16O と 17O と 18O が存在しのです。河川水とは一般的に、水循環の中の「雨1ます。自然界の水分子は H2 O がほとんどですが、（雪）が降って、土壌を経由し、河川へ流れる」

それに次いで、比率としてはわずかではあるものという過程を経て集まった水です。同じように流

122181611621816の H H O と H2 O が 存 在 し ま す（ H2 O やれているように見えても、その過程のちょっとし1H H O、及び O を含む水分子は更に存在量がた変化によって河川水の水同位体比も変化しま小さいためここでは無視します）。本来、同位体す。この水同位体比の変動から、どの水がどのよとは原子について用いる言葉ですが、水分子の、うに河川に流れているかを推定します。先述した

171216118

さらにその内の H H O と H2 O を“水（の安定）ように水同位体比は「③異なる同位体比を持つ水同位体”と便宜的に呼んでいます。

同士が混合した時」に変化するので、上記の過程

12に含まれ得る色々な種類の水の同位体比がわかる

そして、水分子中の H に対する H の存在比
1618を“（水の）水素同位体比”、 O に対する O のと推定の精度が上がります。特にそれらの水の大存在比を“（水の）酸素同位体比”と呼び、それ元ともいえる降水（雨や雪）の同位体比は非常にらを総称して“水（の安定）同位体比”といいま重要な情報となります。

116

図 2 は北東シベリア・チョクルダ（北緯 70 度、す（少しややこしいのですが、 H2 O に対する水1216118東経 148 度）における降水や河川水等の水同位体同位体（ H H O と H2 O）の存在比ではないこ
1とに注意してください）。しかし水分子中の H や比をまとめたものです。この図から、夏の降水が16最も高く、冬の積雪（降雪ではなく“積雪”であ218O に対する H と O の存在比（水同位体比）はデルタ

値がとても小さく比較しづらいため、δ 値を用いることに注意してください）が最も低い水同位体てもう少しわかりやすくします。この δ 値とは、比を示すことが認められます。これは“温度効果”

簡単に言うと、「調べようとしている水試料」と「基と呼ばれる降水同位体比の特徴の 1 つで、気温と準とする特別な海水」の水同位体比はどれだけ違の相関により夏に最高値・冬に最低値となる周期うか（偏差）、を表しています（詳しくは第 3 章「元性を持つことがわかっています（その他の効果に素の同位体比」と「軽元素同位体」をご覧くださついては第 3 章「軽元素同位体」と「同位体地図2（Isoscape）」を参照してください）。この結果を2い）。その δ 値のうち、 H に関するものを δ H、1818

O に関するものを δ O と表記します。

踏まえて、シベリアの河川水同位体比変動と水循この水同位体比が水循環研究に有効なツールで環過程を考えていきます。

ある理由は、水同位体の性質にあります。水同位4．東シベリア・サハ共和国の首都ヤクーツクで体比が変化するのは、主に①水が相変化した時、②分子拡散時、③異なる同位体比を持つ水同士がの水循環過程 ― レナ川と井戸水混合した時です。つまり水同位体比を観測するこここからはより具体的で、少し専門的なお話にとで、その水が経てきた相変化や循環過程を推定なります。シベリアの水循環過程の研究例として、することが可能になるのです。また、試料採取やまず東シベリアを流れるレナ川の水同位体比季節分析が比較的容易であることも理由の 1 つとして変動を紹介します。（※以降の研究例紹介では、挙げられます。

水同位体比の議論に酸素同位体比（δ18O）のみを一概に水同位体比を用いた水循環研究といって用います。水素同位体比（δ2H）を用いても議論も、その使い方は研究対象や目的によって様々での結果・本質は変わらないのでご了承ください。）

す（本当に色々あるので、本章の他の研究例ともレナ川はバイカル湖西側のバイカル山脈に源を見比べてみてください）。今回私が紹介するシベ

発し、東シベリア・サハ共和国最大の都市であるリアの研究例は“河川水”に主に焦点を当てたもヤクーツクを通って北極海へ注ぐ（図 3）、流域
107

陀安一郎、申基澈、鷹野真也編（2022）同位体環境学がえがく世界：2022 年版

18O座標）。インディギルカ川
図 2．チ図2.
ョクルダ周辺域で採取した様々な水同位体比（δ2H − δ218HｰδO 座標）。インディギルカ川本流が黄、チョクルダ周辺域で採取した様々な水同位体比（δ支流が赤、湿地が青、夏の降水を緑、積雪を灰で色分けしました。
本流が黄、支流が赤、湿地が青、夏の降水を緑、積雪を灰で色分けしました。

面積世界第 8 位のとても大きな河川です。永久凍

このように 1 年のうちに凍結・融解し、流量も土帯を流域に広く含む大河川として、また北極海大きく変動するレナ川ですが、その河川水の水同への淡水の大きな供給源として世界的に注目され位体比も大きな季節変動を示します。図 4 はヤており、多くの研究が行われています。冬には車クーツクで採取したレナ川河川水の δ18O の時間が走れるほど川面が凍結し（分厚い氷の下では水変化を示しています。図中の青プロットがレナ川が流れています）、春（融雪期）になると流域のの δ18O で、1 年周期で規則的に値が上がったり融雪水が一気に流入してちょっとした洪水・氾濫を引き起こし、夏から秋にかけて段々流量が減っていきます。

図 3．東 シベリア・ヤクーツクとレナ川。右上のパネ
図3. 東シベリア・ヤクーツクとレナ川。右上のパネルはヤクーツク市内でのレナ川河川水
ルはヤクーツク市内でのレナ川河川水と井戸水と井戸水（Richard ZorgeとDzherzhinski）の採取地点を示しています。
（Richard Zorge と Dzherzhinski）の採取地点を
図 4．レ ナ川と井戸水の δ18O の時間変化 （鷹野卒論示しています。
より一部改変）108

図4．レナ川と（鷹野卒論よ陀安一郎、申基澈、鷹野真也編（2022）同位体環境学がえがく世界：2022 年版

下がったりを繰り返していることが見て取れると思います。もう少し詳しく見ると、春に急低下し、夏に上昇、秋から冬にかけて徐々に低下していることがわかります。この変動は、レナ川に流入する流域の降水の δ 値が季節によって異なる値（夏に最高値、冬に最低値）を持つことに主に起因し、その周期性を反映していると考えられます。つまりレナ川 δ 値の春の急低下は融雪水（低 δ 値）の流入を示唆し、夏の上昇は融雪水流入の減退とそれに代わる流域の夏の降水（高 δ 値）の流入によって引き起こされたと推定されます。

図5．レナ川流域(a)と2006年の大（鷹野卒論より一

一方、ヤクーツク市内のレナ川氾濫原に位置す
る 井 戸 水（Richard Zorge、Dzherzhinski; 図 3）18

図 5．レ ナ川流域の断面図、通常の水の移動（a）と2006 年の大雨後の水の移動（b）（鷹野卒論より一部改変）

18の δ O は、レナ川河川水の δ O とほとんど同じ時間変化を示しました（図 4）。これはレナ川河

5．極北の地チョクルダ、インディギルカ川への川水と井戸水が同じ起源であることを示唆しています。ヤクーツクは年降水量が 300 mm 程度の非DOC 流出

常に乾燥した気候のため、通常はレナ川から氾濫

もう 1 つの研究例として、北東シベリアのイン原の地下へ水が浸み出して井戸水となっているこ

ディギルカ川2）における水循環過程研究を紹介しと が 考 え ら れ ま す。 し か し、2006 年 の 秋 か らます。インディギルカ川はレナ川と比べると小さ2007 年の春にかけて、井戸水の δ 値変動がレナいですが、流域の大部分が北極域に位置し、温暖川河川水の規則的な変動からズレる結果が得られ化の影響や有機物（炭素）の流出を評価するためました。具体的には、2006 年 10 月から 2007 年 1に非常に重要な河川の 1 つです。このインディギ

月にレナ川よりも井戸水の δ 値が低下し、逆にレルカ川の下流域にはチョクルダという村がありナ川の δ 値が急低下した 2007 年春（融雪期）に（図 6）、この周辺はタイガ林とツンドラ湿地の境は井戸水の δ 値はやや上昇し比較的高い値を保ち界域となっていて（図 1）、学術的にとても貴重続けました（図 4b）。この変動のズレは、ヤクー且つ価値のある研究対象地域です。このチョクルツクにおける 2006 年夏期の記録的な大雨が関係

ダ以北に広がるツンドラ湿地には多くの泥炭（炭している可能性が考えられます。元々レナ川から素）が堆積しており、湿地の水は DOC（Dissolved

氾濫原の地下へ水が浸潤していたものが、2006

Organic Carbon; 溶存有機炭素）という水の中に年夏期の過剰な降水があったことで水のポテン溶けた状態の有機態炭素を沢山含んでいます

シャルが逆転し、氾濫原の井戸水側からレナ川の（図 7）。つまりツンドラ湿地からの排水は北極域方へ水が流れた（井戸水が流域の土壌水の δ 値を河川や北極海にとって有機態炭素の重大なソース反映した）のだと推測されます（図 5）。このよ（起源）になり得ます。これまで述べてきたよううな大雨に伴う水文過程の変化は、降水量増加がに北極域永久凍土帯の水循環過程は少し複雑に予測されている近い将来に、物質循環や生態系へなっているので、どんな状況・タイミングでこの大きな影響を与える可能性が懸念されます。

湿地の水が流出するのかを水同位体比を用いて考えます。
まずインディギルカ川本流の水同位体比時間変109

陀安一郎、申基澈、鷹野真也編（2022）同位体環境学がえがく世界：2022 年版

化を見ると、レナ川と同様の規則的な季節変動が認められました（図 8）。この変動はレナ川の水同位体比変動でも説明したように、図 2 で示した降水同位体比の季節変動と流入のタイミングを反映していると考えられます。また、夏期（7 月前後）に採取したインディギルカ川本流とチョクルダ周辺の支流、ツンドラ湿地の水同位体比を図 2 にプロットしました。この 3 種類の水の δ 値を比べると、インディギルカ川本流が最も低く、支流の値が本流と同じかやや高く、湿地の水が最も高いことがわかります。これは湿地の水が支流に排水され、その支流の水が本流へ流入し、本流の夏期のδ 値上昇傾向に寄与していることを示唆しています。
以上のように「湿地→支流→本流」というごく一般的な水の流れが δ 値の座標で示唆されましたが、本流と支流の夏期 δ 値時間変化からはまた違った側面が見えてきます。図 9 はインディギル

図6. 北東シベリア・チョクルダとインディギ
δ18O の夏期時間変化（2011 〜
カ川本流と支流の2013(a)内の実線はインディギルカ川の分水嶺を年）で、2012 年は支流の δ 値が本流よりもいます。 δ 値が徐々に上昇していることか常に高く、共にら、先述の水の流れを裏付ける結果となりました。
しかし 2011 年と 2013 年の変動を見ると、本流と支流が途中まで（2011 年は day-of-year（DOY）
3）
203（7 月 22 日 ） ま で、2013 年 は DOY 183（7月 2 日）まで）同等の値を示し、その後支流の値
図 6．北東シベリア・チョクルダとインディギルカ川。
（a）内の実線はインディギルカ川の分水嶺を示しています。

が本流よりも上昇しました。2013 年に限っては、その後 DOY 202（7 月 21 日）以降に再び両者が同等の値を示すようなりました。この支流の δ 値
変動のタイミングはインディギルカ川本流の水位変動と完全に一致しており、本流の水位が高いと

図 7．インディギルカ川本流と支流、湿地の DOC 濃度

図7. インディギルカ川本流と支流、湿地のDOC濃度 110

図 8．インディギルカ川本流の δ18
O の時間変化18
図8. インディギルカ川本流のδ Oの時間変化

陀安一郎、申基澈、鷹野真也編（2022）同位体環境学がえがく世界：2022 年版

図9. インディギルカ川本流と支流のδ18Oの
図 10．インディギルカ川本流の水位変動
夏期時間変化水循環過程を推測しました。このように遠く離れた地域の、目に見えない“水の呼吸”がデータを通して見えるようなること、それがツールとして
図 9．インディギルカ川本流と支流の δ18O の夏期時間変化の水同位体比の利便性・強みです。しかし私の師

き支流の δ 値は本流と同等の値を示し、水位が低くて、肌で感じるフィールドワークは、自然科学分なると支流の δ 値が高い値を示しました（図 10）。

野の研究にとって必要不可欠である」と。目に見この δ 値時間変化と河川水位変動の関係は、本えるものが全てではないが、それは逆もまた然り流の水位が高いときには「本流→支流」の方向にであり、1 つの視点にとらわれず広い視野を持っ水が逆流し、支流内には本流由来の水が優位になて取り組むことの重要性を説いた有り難いお言葉り、下流域の湿地由来の排水を妨げていることをです。我々総合地球環境学研究所が提案する“環示唆しています。対して、本流の水位が低くなっ境トレーサビリティ研究”は、研究者と行政や民たときに湿地水が支流へ排水されるようになり、間・地域の方を含むステークホルダーの方々を繋その水が支流から本流へ流入すると考えられまぐ超学際的研究を目指しています。師の教えを胸す。すなわち下流域の湿地水は、融雪期及び夏期に、地球研が提供する同位体研究を基盤とし、ス高水位時の後、河川水位が下がったとき（つまりテークホルダーの方々に寄り添った多角的な視点晩夏から秋にかけて；図 10）流出が最大となり、を持つ共同研究を推し進めていければと、常々心北極域河川 DOC の主要なソースの 1 つになり得掛け取り組んでいます。このシベリア水循環過程ることを暗示しています。の研究例が、そんな環境トレーサビリティ研究を匠はこうも言いました、「己の足で赴き、目で見世間の方々に知って頂くきっかけ・一助となれば6．おわりに幸いです。

本研究では、水同位体比の情報からシベリアの111

図10. インディ陀安一郎、申基澈、鷹野真也編（2022）同位体環境学がえがく世界：2022 年版

注釈

文献1）海洋が大気から二酸化炭素を吸収し、海水中

Takano S, Yamashita Y, Tei S, Liang M,の二酸化炭素濃度が高まり、海水の pH が低Shingubara R, Morozumi T, Maximov T C,くなることをいいます。これにより炭酸カル

Sugimoto A (2021) Stable Water Isotope

シウム（CaCO3）の殻・骨格を持つプランク

Assessment of Tundra Wetland Hydrology

トンやサンゴ等がダメージを受け、海洋生態

as a Potential Source of Arctic Riverine

系に深刻な影響を及ぼすことが懸念されていDissolved Organic Carbon in the Indigirkaます。

River Lowland, Northeastern Siberia,

2）インディギルカ川とは現地の言葉で「魚が湧Frontiers in Earth Science.

き出てくる川」というような意味合いを持っ

https://doi.org/10.3389/feart.2021.699365ているそうで、実際に漁業が盛んで現地民の鷹野真也（2011）東シベリア永久凍土帯から流出主食になっています。そのため河川水中に有する水の同位体比，卒業論文．

機物が多く、茶色いのが特徴です。現地調査
著者情報

時はこの川の水を飲むのですが、紅茶を入れて、これは紅茶の茶色だと自分に思い込ませ鷹野真也（総合地球環境学研究所て飲みます。「紅茶を飲めば浮かぶ、インディポスト・コアプロジェクト「環境トレーサビリティに基づく研究基ギルカ川の情景」シベリアの切ない思ひ出が盤の応用」研究員）2019 年北海

今でも蘇ってきます。

道大学大学院環境科学院博士後期課程単位取得退学。2020 年学位3）day-of-year（DOY）とは年間通算日のこと。

取得（環境科学）。北海道大学学術日付がその年の 1 月 1 日から数えて何日目か研究員を経て、2021 年より現職。

を表しています。1 月 1 日が DOY 1、12 月


31 日は DOY 365（閏年は 366）となります。

112（2022 年 3 月 31 日掲載）