箱根火山大涌谷園地内の建物床下から排気された二酸化炭素の炭素同位体比
外山浩太郎 *1・田中健太郎 *2*3・二宮良太 *1・白井厚太朗 *2

Carbon isotope ratio of CO2 exhausted from under a floor of a building
in Owakudani area, Hakone Volcano
byKotaro TOYAMA , Kentaro TANAKA*1

1.

*2*3, Ryota NINOMIYA*1 and Kotaro SHIRAI*2

はじめに物の床下では、大気よりも高い CO2 濃度を持つガスが大涌谷は箱根火山の中央火口丘に位置している噴気地土壌から浸みだしている。土壌から大気中に拡散された帯であり（図 1-A）、二酸化炭素（CO2）や二酸化硫黄ガスを屋外へ排出するために、床下には換気設備と配管（SO2）のようなマグマ由来成分が常時放出されているが備え付けられている。このガスは配管を通して屋外排（例えば、Ohba et al., 2019; Mannen et al., 2021; 安部ほ

気されるため、降雨などの影響を受けない。温泉地学研か，2021）。大涌谷とこれに隣接する観光地などを合わ

究所ではこの土壌から浸みだしているガスを火山ガスとせて大涌谷園地と一般に呼ぶ。大涌谷園地内の一部の建考え、火山活動の監視のために、配管を流れるガスの図１ （A）
箱根火山の陰影起伏図、赤い四角は大涌谷園地を示している。ここでの陰影起伏図は地理院地図を用いた。
（B）
大涌谷園地の航空写真、OW は試料採取地点を示す。ここでの航空写真は Google map を用いた。（C）地点 OW に設置されている排気用の配管と試料採取口*1

神奈川県温泉地学研究所〒 250-0031

神奈川県小田原市入生田 586*2東京大学大気海洋研究所〒 277-8564

千葉県柏市柏の葉 5-1-5*3

東京都市大学〒 158-8557

東京都世田谷区玉堤 1-28-1

報告，神奈川県温泉地学研究所報告，第 54 巻，47-50, 2022
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CO2 濃度や CO2/H2S 濃度比を概ね 1 〜 2 週間毎に測定

京大学柏キャンパス内の大気試料は東京大学大気海洋研している（Mannen et al., 2021）。

究所で、装置を移設後に地点 OW の試料を温泉地学研究所で分析した。

本研究で対象とする建物付近には植生があり、駐車場もあり、建物への人の出入りも多くあるため、CO2 の試料に含まれる CO2 の炭素同位体比（δ13CCO2）は、起源に関しては、火山ガス以外にも生物活動や化石燃料標準物質である V-PDB（Peedee 層から産出したべレムに由来する CO2 などが考えられる。火山地帯におけるナイト化石）の値を基準として以下の式で算出した。

土壌ガスの CO2 の起源として、先行研究では火山ガス

δ13 CCO 2 (‰)

以外にも生物活動による CO2 の寄与を報告している（例
えば、Chiodini et al., 2008; 2020）。このような土壌ガ=スの CO2 の起源を調査するには、起源によって値が大きく異なる CO2 の炭素同位体比が有効である。

(13 C/12 C)Sample －(13 C/12 C)V －P DB
×1000 （１）(13 C/12 C)V －P DB

こ こ で、(13C/12C)Sample は 試 料 中 の CO2 の 13C/12C 比で あ り、(13C/12C)V-PDB は 標 準 物 質 で あ る V-PDB の本研究の目的は、火山活動監視に利用可能であるか検証するために、建物床下から排気されているガス（以C/12C 比である。

13下、床下ガスと呼ぶ）中の CO2 の炭素同位体比を測定し、Delta RayTM の分析において、制御用ソフトウェア

この CO2 における火山ガス起源の割合を定量的に評価（Qtegra）を起動するたびに、2 種類の CO2 同位体標することである。

準 ガ ス（Calibration gas Ambient: δ13C=−9.0±0.3 ‰ とCalibration gas Bio: δ13C=−27.0±0.3 ‰） と CO2 を 含 ま２．試料と実験方法ない純空気（G1 グレード）を用いて濃度依存性の補正

大涌谷園地における床下ガスの採取地点は、図 1-B

プログラムの設定を行った（Thermo Fisher Scientific,に示した地点 OW である。床下ガスについて、建物床

2014; Braden-Behrens et al., 2017）。 こ れ と 同 時 に、下と屋外を繋いでいる配管へ、排気用ファンを用いて床CO2 濃度の標準ガスを用いた濃度補正プログラムの設下のガスを引き込み、定常的に屋外へ排気している。本定も行った。

研究試料は、その配管を流れているガスであり、図 1-C

試料の測定手順について、まず、アルミバッグと分析のような試料採取口から採取された。さらに、地点 OW装置の試料導入部をゴムチューブでつなぎ、ガス試料をの外気も採取した。これらの試料を本稿では、配管内分析装置に導入する。直前に分析した試料のメモリー効のガスを OW-in、外気を OW-out と呼ぶことにする。

果を除去するために、60 秒間のフラッシング（flushing）

地点 OW での試料採取期間は、2022（令和 4）年 5 月を行った後に、測定を 180 秒間行った。分析では 1 秒24 日から 2022（令和 4）年 6 月 27 日であり、採取はで 1 データを取得し、180 秒間の平均値が測定値である。

全て午前中（8 時 30 分から 12 時）に行われた。

分析の再現性を調査するために、フラッシングを含む一試料採取について、二口注射器の両口にゴムチューブ連の測定を１試料につき 3 回行った。この 3 回測定にを取り付け、片方のチューブを図１-C の試料採取口へおける測定値のバラツキ（精度）は 0.3‰以下である。

入れ、もう一方のチューブに取り付けたアルミバッグ（容測定の際に用いた標準ガスは、Calibration gas Ambient

量：5 L）に試料を採取した。また、非火山地域での大（δ13C=−9.0±0.3‰）である。

気中の CO2 の炭素同位体比を測定するために、東京大３．結果と考察

学柏キャンパス内の大気海洋研究所付近の大気をアルミバッグに採取した。この試料は 2021（令和 3）年 1 月

試料の温度、CO2 濃度と δ13CCO2 値を表 1 に示す。地

28 日から 2021
（令和 3）
年 2 月 16 日の日中に採取された。

点 OW に お い て、 排 気 用 の 配 管 内（OW-in） の 温 度

ガス試料の CO2 濃度と炭素同位体比は、同位体比赤は、2022（ 令 和 4） 年 6 月 14 日 で 16.3 ℃、 同 27 日

外分光分析装置 Delta RayTM（Thermo Fisher Scientificで 27.0 ℃ で あ っ た。OW-out の 温 度 は、6 月 14 日 で社製）を用いて測定した。この分析装置の構成や特徴

11.3℃、同 27 日で 27.4℃であった。2022（令和 4）年については Rizzo et al. (2014) や Boudoire et al. (2020)5 月 24 日 か ら 6 月 27 日 に お け る OW-in と OW-outに詳しく記載されている。この装置は、4.3 µm で動作の CO2 濃 度 は、 そ れ ぞ れ 1040 ppm か ら 1220 ppmする波長可変ダイオードレーザーを用いて、200 からと、419 ppm から 431 ppm の範囲であった。OW-in と3500 ppm の CO2 濃度におけるガス試料の CO2 の δ C

OW-out の δ13CCO2 値 は、 そ れ ぞ れ −5.1 ‰ か ら −4.1 ‰値を測定可能である。また、分析実施場所について、東と、−9.4‰から −9.2‰であった。OW-out の CO2 濃度

13- 48 -表１

試料の採取日と分析結果と δ13CCO2 値は、非火山地帯である東京大学柏キャンパ
スの値（CO2 濃度：417 ppm から 428 ppm、δ13CCO2 値：−9.9‰から −9.5‰）と同程度であった。
OW-in 中の CO2 における生物活動や化石燃料を起源とする CO2 の寄与について考察する。本研究試料の CO2 濃度と δ13CCO2 値の関係を図 2 に示す。生物活動や化石燃料に由来する δ13CCO2 値は、火山ガスや大気の値よりもずっと低いことが知られている。具体的に、土壌中の有機物の分解により生じる δ13CCO2 値は−30‰から −17‰（Chiodini et al., 2008）、人間の呼吸による δ13CCO2 値は −24‰から −18‰（Epstein and Zeiri,1988）、ガソリン車の排気ガス中の δ13CCO2 値は −30‰から −25‰（田中ほか，2014）の範囲である。一方、箱根火山の火山ガスの値について、地点 OW 付近の噴気地帯において噴気の δ13CCO2 値は −1.3‰から −1.0‰の範（−5.1‰
囲である（Ohba et al., 2011）。OW-in の δ13CCO2 値
から −4.1‰）は、生物活動や化石燃料由来の値よりずっ

図２と高く、大気（OW-out）と噴気の値の間にプロットされる（図 2）。このことは、OW-in の CO2 の起源として、生物活動や化石燃料起源の CO2 の寄与が低いことを示

CO2 濃度とδ 13CCO2 値の関係

黒 い 点 線 は 大 気 CO2（OW-out） と 火 山 ガ ス CO2（δ 13CCO2 値が −1.0‰の時）の混合曲線である（詳細は本文を参照）。黒い点線上の数値は、OW-in の CO2 に含唆する。

まれる火山ガス CO2 の混入割合を示す。

OW-in の CO2 について、大気 CO2 と火山ガス由来の CO2 の 2 成分混合で説明可能であるかどうかを調査する。大気の CO2 濃度と δ13CCO2 値は、OW-out の測定それぞれ 0.68% から 2.1% と −1.3‰から −1.0‰である結果を使用する。もう 1 つの端成分である火山ガス由（Ohba et al., 2011）。火山ガスの δ13CCO2 値を −1.0‰と来 CO2 について、建物床下の土壌から放出されている仮定した時の 2 成分の混合曲線を描いた（図 2）。そのガスの CO2 濃度や δ CCO2 値については不明である。参結果、OW-in のデータはこれらの混合曲線上にプロッ考値として、大涌谷の噴気の CO2 濃度や δ CCO2 値は、トされる。このことから、OW-in の CO2 の起源は火山

1313- 49 -

ガスと外気の混合であり、有機物の分解や化石燃料起isotopic composition of soil CO2 efflux, a powerful

源の CO2 はほとんど寄与していないと考えられる。こmethod to discriminate different sources feedingの混合曲線から OW-in の CO2 における火山ガス由来のsoil CO2 degassing in volcanic‑hydrothermal areas.

CO2 の寄与は、60％から 65％と推定できる。以上のこEarth and Planet Science Letters, 274, 372–379.とから、OW-in の CO2 濃度などの観測は、火山活動のChiodini, G., Cardellini, C., Di Luccio, F., Selva, J.,

監視のために適していると考えられる。

Frondini, F., Caliro, S., Rosiello, A., Beddini, G. andVentura, G. (2020) Correlation between tectonic

４．結論

CO2 Earth degassing and seismicity is revealed by

大涌谷園地内の建物の床下ガスの CO2 濃度と炭素

a 10-year record in the Apennines, Italy. Science

同 位 体 比 を 測 定 し と こ ろ、 そ れ ぞ れ 約 1100 ppm とAdvances, 6 (35).

約 −4.5‰であった。得られた値は、大気と火山ガスの

Epstein, S. and Zeiri, L. (1988) Oxygen and carbon

2 成分混合で説明可能であり、その混合率はそれぞれ約

isotopic compositions of gases respired by humans.

40％と約 60％である。このようなことから、OW-in のProceedings of the National Academy of Sciences of

CO2 濃度や CO2/H2S 濃度比のモニタリングは、火山活

the United States of America, 85, 1727–1731.

動の監視に有効であると考えられる。

Mannen, K., Abe, Y., Daita, Y., Doke, R., Harada,M., Kikugawa, G., Honma, N., Miyashita, Y.

謝辞

and Yukutake, Y. (2021) Volcanic unrest at

本研究は一般財団法人防災研究協会若手研究者研究助

Hakone volcano after the 2015 phreatic eruption:

成および神奈川県政策局いのち・未来戦略本部室シーズ

Reactivation of a ruptured hydrothermal system?

探求型研究推進事業の支援を受けた。箱根温泉供給株式

Earth, Planets and Space, 73, 80.

会社および奥箱根観光株式会社には試料採取や本稿の執Ohba, T., Daita, Y., Sawa, T., Taira, N. and Kakuage,

筆に際して便宜を図っていただいた。また、温泉地学研

Y. (2011) Coseismic changes in the chemical究所の栗原亮研究員と菊川城司研究課長には、論文原稿

composition of volcanic gases from the Owakudaniの改善のための建設的なご助言・ご意見をいただいた。

geothermal area on Hakone volcano, Japan. Bulletin

ここに、深く感謝申し上げる。

of Volcanology, 73, 457469.
Ohba, T, Yaguchi, M, Nishino, K, Numanami, N, Daita,

参考文献

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箱根火山大涌谷における二酸化硫黄放出率 ~2021

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年 6 月までの推移 ~，神奈川県温泉地学研究所報告，

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