大気からの物質負荷
春になると、大陸からやってくる黄砂や PM2.5 の話題が世間を賑わします。しかし、これらは本当にすべて大陸からやってくるのでしょうか？国内にも起源があるかもしれません
し、長期的に見れば国内にたくさんある火山の影響も受けているかもしれません。大気から降り注いでいる物質の生態系への影響について、具体的な研究を見てみましょう。

陀安一郎、申基澈、鷹野真也編（2023）同位体環境学がえがく世界：2023 年版

豊かな恵みと大気汚染物質を運ぶ北西季節風
佐

瀨

裕

之

（アジア大気汚染研究センター）
日本では、冬になると北風が吹いてきます。日脈の日本海側に大雪をもたらします。豪雪で有名

本の北西方向、ユーラシア大陸のシベリアから吹な十日町市のホームページに分かりやすく解説さ

き付ける冬季の季節風は、私たちに豊かな恵みをれていますので、こちらもご参照ください。
http://www.city.tokamachi.lg.jp/yukiguni/

もたらす一方で、大陸で発生した大気汚染物質をY004/index.html

運んできます。その様子が、複数の元素の同位体を測定することで、より詳しく分かってきました

このように、冬季に北西季節風が吹くことが、ので、ここでご紹介します。

日本海側での豪雪やその豊富な雪解け水による美1．米どころ新潟

味しいお米を生み出すのです。ここで覚えておいていただきたい点が 2 つあります。

私が働くアジア大気汚染研究センター（ACAP）

・冬 の季節風はユーラシア大陸からやってくは、新潟県新潟市に所在しています。新潟県は、る。

豪雪と美味しいお米で有名ですが、それらは密接・雪となる水蒸気は日本海から供給される。

に関係しています。肥沃な大地や気候条件はもちろんですが、豊富な雪解け水が美味しいお米に大2．日本海を越えて運ばれてくる大気汚染

きく貢献していると言われています。では、その越境大気汚染という言葉を聞いたことがあるで雪はどこから来るのでしょうか？
雪は、冬の北風によってもたらされます（図 1）。

しょうか？周辺諸国から国境を越えて運ばれてく

シベリアから吹き付ける冬季の季節風は、最初はる大気汚染のことです。一時期、中国の PM 2.51）

寒冷で乾いています。ところが日本と大陸の間にの濃度が著しく高くなり、日本にも影響しているは暖流の対馬海流が流れる日本海があるため、冷との報道があったことを覚えている方もいると思たく乾いた風が吹くと暖かい日本海から水蒸気がいます。日本では、中緯度地域で年間を通して西空に昇っていきます。このように日本海から供給

側から偏西風が吹いています。その上、冬季にはされた水蒸気を蓄えた季節風が雲となり、日本列

上述した北西季節風も吹くため、大陸から物質が島の山脈に向かって吹き付けることによって、山運ばれてくることは容易に想像がつきます。その図1. 日本海側に雪が降る仕組み

ため、日本では、色々なアプローチで調査・研究が行われ、越境大気汚染を示す結果が得られてきました。例えば、環境省では全国 20 地点以上で季節風（冷たい空気）❄️❄️
降雪 ❄️❄️
❄️

水蒸気
ユーラシア
大陸（シベリア）

降水の化学特性を測定していますが、そこに含まれる非海塩性の硫酸イオン2）は、山陰や本州中北

日本列島部の日本海側で、冬季にその濃度や量が多くなる

対馬海流
日本海

ことが報告されています（環境省 2019）。また、

太平洋

コンピュータを用いたシミュレーション・モデル

図 1．日 本海側に雪が降る仕組み（十日町市のホーム
ページを参考に筆者が作図）では、大陸で発生した大気汚染が日本列島に輸送
139

2.

%3=Z-+[JM.? "M0
陀安一郎、申基澈、鷹野真也編（2023）同位体環境学がえがく世界：2023
年版
される現象が再現されています。
このように、大陸からの越境大気汚染は確かに

L4)E,KQ EHIFQC*P5O C(M:EDC

あるようなのですが、今、ここに降る雨に越境してきた大気汚染物質がどのくらい含まれているか( R7D
IOBL>DC

を知ることはなかなか難しいものです。例えば冬季に高濃度の硫酸イオンが検出されても、どこ産であるという「しるし」がついている訳ではない
ので、物証という意味では弱いのです。じゃあ、

図 2．加 治川試験地（新発田市）での硫黄同位体比の
季節変化

その「しるし」を見つけられないかということで、同位体測定を活用するというアイデアが出てきました。

新潟県の森林地域の降水に含まれる硫酸イオンの δ 34S 値は、大きな季節変動を示し、冬季に北3．越境大気汚染のしるし

西季節風が吹く時期には、濃度や量とともに上昇

環境省のモニタリングや私たちの研究サイト等

しました（図 2）。北西季節風によって、夏季とで得られた試料を使って、その「しるし」を見つは起源が異なる硫酸イオンが入ってきていると考けることにしました。すでにイオン濃度など基本

えられます。季節風によって日本海を越えてもた的なデータが得られているため、同位体測定を取らされる雨や雪には、海塩成分が多く含まれ、そり入れることによって、新しい視点が得られやすの硫酸イオンの δ 34S 値は、+20.3‰という非常にいという利点もありました。

高い値を持っています。これが冬季に δ 34S 値がまずは、硫黄（S）の同位体を測定することに上昇する原因の一つですが、その影響を除いた非しました。原子番号 16 番の元素である硫黄の原

海塩性の成分の δ 34S 値を算出しても、やはり夏子量は 32.065 です。主成分（95.02％）である質

季よりも高い値が見られます。海塩由来だけでな

量 数 が 32 の も の に 加 え、 質 量 数 が 異 な る 34

く、化石燃料等の燃焼に由来する硫酸イオンが、（4.21％）、33（0.75％）、36（0.02％）などの安定

季節風によって日本海の向こうから運ばれてくる

3234

同位体があります（これらはそれぞれ、 S、 S、ことが分かりました。中国で燃料として利用され33ている石炭は、日本で主に使われている中東地域

36

S、 S と表記されます）。そのうち、存在比率が32

34

多い、 S と S の割合が指標として用いられていの石油よりも δ 34S 値が高いことから、その起源ます。硫黄の場合は、32S に対する 34S の割合を、として有力であると考えられました。それらに由標準物質であるキャニオン・ディアブロ隕石に含来する δ 34S 値は、平均的には、それぞれ +6.6‰

ま れ る 鉄 の 硫 化 鉱 物（Canyon Diablo Troilite,と‒2.7‰程度と考えられています。これらの同位34

CDT: FeS）中の存在割合と比較して、δ S とし体比と硫酸イオンの量を考慮したバランス計算に3）よると、新潟のこの森林地域では、海塩由来、越δ S 値は、燃料となる石炭や石油の産地によって

境大気汚染由来、国内発生源由来の寄与は、それ異なるため、降水中に含まれる硫酸イオンの起源

ぞれ 22％、48％、30％程度であると推計されて（発生源）を推定するために有効であると考えらいます（Inomata et al. 2019）。この地域の降水にて 千 分 率（ ‰、 パ ー ミ ル ） で 表 し て い ます 。
34

34

れています。また、降水と河川・湖沼水の δ S

含まれる硫酸イオンの約半分が越境大気汚染由来値を比較することにより、生態系内での循環・蓄でした。

積、大気以外の地質などからの影響などについて、情報を得ることも可能となります。
140

陀安一郎、申基澈、鷹野真也編（2023）同位体環境学がえがく世界：2023 年版

4．北西季節風の二面性

なお、上記の結果は、EANET ネットワークセ

最初に述べたように、豊富な雪解け水が米どこ

ンター研究及び環境省越境大気汚染・酸性雨長期ろ新潟を支えています。そして、その雪は、冬季

モニタリングの一環として行われたものであり、の北西季節風によって、日本海から蒸発した水蒸

以下の同僚たちの努力の賜物です：大泉毅、猪股気に由来するものです。これも同位体測定で「し弥生（現：金沢大学）、齋藤辰善（現：新潟県）、るし」を見つけることができます。ここでは詳し高橋雅昭、諸橋将雪、山下尚之（現：森林総合研

く述べませんが、降水（H2O）の水素（H）と酸究所）（敬称略）。

素（O）の安定同位体比を測ると、冬季に得られる降水（雪）の同位体比は、確かに夏季の降水と注釈は大きく異なっていて、違う起源の水蒸気による

1）大気中に浮遊している 2.5 μm 以下の小さな雨であることが分かります。そして、河川水にも、

粒子：微小粒子状物質
2）降水に含まれる硫酸イオン（SO42-）のうち、その冬季の降水の影響が大きく残っているようです。

海塩に由来する成分を差し引いた、化石燃料

このように、冬季の北西季節風は、厳しい冬で等の燃焼により発生した SO2 に由来するとはありますが、日本海側に雪解け水とそれを用い考えられる成分。いわゆる酸性雨の主成分のた美味しいお米という豊かな恵みをもたらしてい一つ。

ます。一方で、その季節風によって、越境大気汚

3）安定同位体比は、直接比率を表すのでなく、染という、招かれざる客も運ばれてきます。この標準となる物質に存在する安定同位体の割合

ような、冬季の北西季節風の二面性が、硫黄と水と試料中に存在する安定同位体の割合を比較の酸素・水素の同位体を測定することによって、して、標準物質からどの程度ずれているかをより詳しく分かりました。

デルタ（δ）値として、千分率（‰，パーミル）で表されることが多い。

5．おわりに文献

現在、私たちは、有害な重金属である鉛（Pb）
や黄砂の指標となるストロンチウム（Sr）の同位

Inomata Y, Ohizumi T, Saito T, Morohashi M,

体も同時に測定し、日本周辺の大気汚染の状況や

Yamashita N, Takahashi M, Sase H,

その生態系内での役割について、より詳しく知ろTakahashi K, Kaneyasu N, Fujihara M,

うとしています。既存のモニタリング試料に、複Iwasaki A, Nakagomi K, Shiroma T,

数の同位体測定を取り入れていくというのは、新Yamaguchi T. (2019) Estimate of

しい試みであり、私たちをより広い世界に案内しtransboundary transported anthropogenicてくれるものと思います。近年、中国における大sulfate deposition in Japan by using the

気汚染物質の発生量は減少に転じたと言われていsulfur isotopic ratio. Science of the Total

ます。今後は、大気環境の改善や、それに伴う生Environment, 691: 779-788.

態系の応答（回復？）も見られる可能性がありま

十日町市役所（2016）「雪がふるしくみ」，雪国とす。その時に、単に量的な変化でなく、確かに中おかまち，十日町市ホームページ

身が変わりつつあるということについて、同位体

http://www.city.tokamachi.lg.jp/yukiguni/

測定は確かな「しるし」を示してくれると期待で

Y004/index.html

きます。

環境省（2019）越境大気汚染・酸性雨長期モニタリング報告書（平成 25 〜 29 年度）
141

陀安一郎、申基澈、鷹野真也編（2023）同位体環境学がえがく世界：2023 年版

著者情報
佐瀨裕之

一般財団法人日本環境

衛生センター

アジア大気汚染研

究 セ ン タ ー 生 態 影 響 研 究 部 長。
1965 年生まれ。千葉大学大学院博士課程修了、博士（学術）。東
アジア 13 カ国による東アジア酸性雨モニタリングネットワーク（EANET）のネットワークセン
ターとして設立された酸性雨研究センター（現：アジア大気汚染研究センター）に 1998 年に入所、2010 年
より現職。



（2020 年 3 月 31 日掲載）（2020 年 4 月 7 日改版）

142

陀安一郎、申基澈、鷹野真也編（2023）同位体環境学がえがく世界：2023 年版

越境大気汚染や黄砂の影響をコケの安定同位体比で評価する
大

石

善

隆

（福井県立大学）

2．コケと大気汚染

１．コケにできないコケ
小さくて目立たず、不味くて食料にもならず、

中国など東アジアの国々から日本へは西風に

おまけにきれいな花も咲かせないコケ。そのため、のっていろいろな大気汚染物質（越境大気汚染）

文字通りコケにされがちなコケですが、こんなコや黄砂が飛来します。とくに近年は活発な経済活

ケでも、いや、コケだからこそ、活躍する場面も動などによって汚染物質の飛来量が増加し、生態あります。その一つに、コケが環境の指標となる

系や健康などへ与える影響が懸念されています。

こと（＝コケの状態をみたり、コケに含まれる物

これらの越境大気汚染物質には、国内のものと質を分析したりすることで、環境の良し悪しを手は値の異なる安定同位体比（以下、同位体比）を軽に評価すること）が挙げられます。とくに、コもつ元素も含まれています。ここでは、その中か

ケは大気環境の指標として広く利用されています。

ら 3 つの元素（窒素、鉛、ストロンチウム）に着コケが大気環境の指標となる理由については、

目して、越境汚染に対するコケの指標性について検討してみましょう。

その水・栄養分の吸収方法が大きく関係しています。実はコケには根が発達せず、体の表面から直窒素（N）

接、大気中や雨に含まれる物質を吸収しています。そのため、コケは大気中に浮遊していたり、数ある越境大気汚染物質のなかで、今、大きな雨に溶けたりしている汚染物質を容易に吸収して問題になっているものの一つに窒素汚染がありましまうのです。ちなみに、コケを引っこ抜くと根す。窒素は植物にとって欠かすことのできない重のようなものがついていますが、これは「仮根」

要な元素です。しかし、あまりに多くの窒素が供といって、その主な役割は土や木の幹、岩にくっ給されすぎると、生態系に深刻な影響が生じまつくことで、木や草のように水や栄養分を土からす。例えば、窒素を好む植物ばかりになってし吸収する機能はほとんどありません。

まったり、それに伴って、生態系のバランスが崩「環境を評価するなら、観測機器を設置すればれてしまったりします。

いいのに。わざわざコケを使わなくても…」といコケに含まれる窒素の起源を探るうえで、窒素う意見はごもっともです。もちろん、理想をいえ同位体比は有用な指標になります。化石燃料（石ばそうなのですが、生物を使うからこそのメリッ

油や石炭など）の燃焼で発生した窒素や、大気をトや、他にもさまざまな事情があります。例えば、浮遊する微小な粒子（PM）に含まれている窒素

観測機器を設置・維持するには手間もコストもかでは、δ15N の値が高くなることが知られています。

かります。そのため、多くの地域で継続的に環境

越境由来の窒素には化石燃料の燃焼によって発生を評価するのは容易ではありません。その一方、するものが多く含まれ、おまけに PM に含まれて野外に生えているコケを利用すれば、効率的に環日本やってくるものも少なくありません。この状

境を評価することができるのです。

況を踏まえれば、越境由来の窒素汚染が深刻な地
域では、コケの窒素同位体比も高くなりそうです。
143

陀安一郎、申基澈、鷹野真也編（2023）同位体環境学がえがく世界：2023 年版

鉛（Pb）（1）コケの窒素同位体比は西斜面で高くなった。

鉛は生物にとって毒性の強い元素で、食物連鎖

この傾向は、越境大気汚染の影響が相対的に強によって濃縮されることから、その動態を把握す

くなる標高の高い地域で顕著であった（図 1）。

ることは生物多様性や生態系の保全にとって重要です。
窒素同位体比と同じように、鉛同位体比も鉛の起源の推定に用いられます。既存の研究によると、越境由来の大気に含まれる鉛の同位体比は、国内由来のものよりも高くなる傾向があります。
そこで、越境由来の大気の影響を受けやすい地
域では、コケの鉛同位体比も高くなると予想されます。
ストロンチウム（Sr）
近年は中国内陸部の森林の減少に伴って日本で

図 1．コ ケの窒素同位体比（δ15N）と標高・斜面方位との関係
Oishi（2019）の結果の一部（W2、E2 プロット）を利用して作図。

観測される黄砂の頻度も高まっており、その影響評価が求められています。
一般に、黄砂に含まれるストロンチウムの同位体比は国内由来のものよりも高い値をもつことが（2）コケの鉛同位体比は西斜面で高くなった。し

報告されています。そのため、黄砂が多く降り注かし、その値は越境由来のものではなく、国ぐ地域では、コケのストロンチウム同位体比も高内由来の大気汚染物質に含まれる鉛化合物のくなっている可能性があります。

同位体比の範囲内にあった（図 2）。

3．コケの同位体比と越境大気汚染・黄砂
以上のように、コケの窒素、鉛、ストロンチウ
ム同位体比は越境大気汚染・黄砂の影響が強い地
域で高くなると考えられます。この推察を確かめるため、八ヶ岳（長野県）でコケを採取し、その同位体比を測定しました。越境由来の大気は西風にやって飛来することを考慮すれば、次の仮説が立てられます。
【仮説】西 風の影響を受けやすい西斜面では、東斜面と比べて同位体比が高くなる
図 2．コ ケと雪・雨（国内・国外）に含まれる鉛同位体比の比較
Oishi et al.（2021）の Fig. 5 を改変。雪・雨の同 位 体 比 に つ い て は Mizoguchi et al.（2012）、
Mukai et al.（1999）を参照。1–4 の番号は、国外の起源となった地域を示す。2020 年度版の【同位体環境学がえがく世界】の図を改変。

4．八ヶ岳におけるコケの同位体比
八ヶ岳で採取したコケの窒素、鉛、ストロンチ
ウム同位体比について、斜面ごとに結果をまとめると、次のようになります。

144

陀安一郎、申基澈、鷹野真也編（2023）同位体環境学がえがく世界：2023 年版（3）窒素や鉛とは異なり、コケのストロンチウム

地の土壌に高い濃度で含まれており、コケに多く同位体比は西斜面と東斜面との間で有意な差吸収されていたことなどが挙げられます。

はみられず、その値は黄砂由来のものとは大6．まとめ

きく異なっていた。その一方、コケのストロ
ンチウム同位体比と生育場所の土壌のストロ

今回の研究から、コケに含まれる窒素、鉛、ス

ンチウム同位体比との間には極めて高い相関

トロンチウムはそれぞれ越境由来の大気汚染物質（r＝0.921、t＝1.175、df＝22、p < 0.01）がみなどへの応答が異なることがわかりました。コケられた（図 3）。

の窒素・金属元素吸収プロセスにはさまざまな要因が関連しています。今回のストロンチウムのよ
うに、大気以外に由来する金属がコケに吸収されていることもあれば、コケに吸収される際に金属イオンの間で競合が起こることも報告されています。今後、これらの要因を一つずつ紐解いていくことで、コケの指標性について考察を深めることができるでしょう。
本報告は 2019 年度、2020 年度版の【同位体環
境学がえがく世界】の内容を一部加筆・修正するとともに、新たに Sr 同位体に関する話題も加えて再執筆したものです。なお、Sr 同位体の結果
は Oishi（2021）をもとに執筆しました。

図 3．コケと土壌のストロンチウム同位体比
コケのストロンチウム同位体比は各調査プロットの平均値を用いた。大気降下物中の黄砂成分の値は Nakano et al.（2001）による。Oishi（2021）の結果をもとに作図。

文献
Mizoguchi T, Jing Z, Satake H, Mukai H, Urano
K, Kawasaki K (2012) Lead and sulfur
isotopic ratios in precipitation and their

5．コケの同位体比の指標性

relations to trans-boundary atmosphericpollution. Atmospheric Research 104‒105:

以上の研究成果より、調査地のコケの窒素同位体比には越境由来の窒素汚染物質の影響が、鉛同237‒244.

位体比には国内の大気汚染物質の影響が反映されhttps://doi.org/ 10.1016/j.atmosres.2011.10.015ていると考えられました。なお、鉛同位体比に越Mukai H, Tanaka A, Fujii T, Zeng Y, Hong Y,

境大気汚染の影響が現れなかった理由の一つとしTang J, … Zhai P (2001) Regional characteristicsて、越境由来の窒素汚染物質と比べて、鉛化合物

of sulfur and lead isotope ratios in the

はコケ植物に吸収されにくい可能性が挙げられ

atmosphere at several Chinese urban sites.

ます。

Environmental Science & Technology 35:

その一方、ストロンチウム同位体比の値から、

1064‒1071.

コケは主に生育場所の土壌からストロンチウムを

https://doi.org/10.1021/es001399u

吸収しており、その同位体比には大気由来の成分

Nakano T, Yokoo Y, Yamanaka M (2001)の影響はほとんど反映されていないと結論されまStrontium isotope constraint on the

した。この理由としては、ストロンチウムは調査

provenance of basic cations in soil water145

陀安一郎、申基澈、鷹野真也編（2023）同位体環境学がえがく世界：2023 年版

and stream water in the Kawakami volcanictransboundary pollutants in the Yatsugatakewatershed, central Japan. Hydrological

Mountains, central Japan. Ecological

Processes 15: 1859‒1875.

Research 36: 401‒408.

https://doi.org/10.1002/hyp.244.

https://doi.org/10.1111/1440-1703.12205

Oishi Y (2019) Moss as an indicator of
著者情報

transboundary atmospheric nitrogen
pollution in an alpine ecosystem.

大石善隆

Atmospheric environment 208: 158‒166.

センター准教授。京都大学農学研

福井県立大学学術教養

究科博士課程修了。博士（農学）。

https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2019.04.005

専門はコケの生物学。著書に『コOishi Y (2021) Potential use of Sr isotope ratio to

ケはなぜに美しい（NHK 出版）』など。

evaluate trace metal uptake in moss.
Ecological Indicators 121: 107063.
https://doi.org/10.1007/s11355-021-00476-5

 （2020 年 3 月 31 日、2021 年 3 月 31 日掲載）

Oishi Y, Shin K C, Tayasu I (2021) Lead isotoperatios in moss for the assessment of

146（2022 年 3 月 31 日改題、改版、加筆）

陀安一郎、申基澈、鷹野真也編（2023）同位体環境学がえがく世界：2023 年版

森林のカルシウム不足を火山灰が救う
越

川

昌

美

（国立環境研究所）

1．カルシウム不足と森林環境起源解析には、カルシウムとよく似た性質をもつ

酸 性 雨 の 生 態 系 影 響 は、 主 に 1970 年 代 か ら

ストロンチウム（Sr）の同位体を使いました。ま1990 年代に欧米で報告され、湖沼から魚がいなた、より基礎的な研究課題として、大気降下物とくなり森林が枯損するといった被害が大きな問題

基盤岩の 2 成分系の起源解析は行われていますとなりました。日本でも欧米と同程度の酸性雨がが、そこに火山灰を加えた 3 成分系で起源解析を降っていますが、魚への被害や森林の成長抑制は試みたことが、本研究の特徴です。
著者情報認められていません。それはなぜでしょうか。こ

越川昌美（国⽴環境研究所

地域環境研究センタ

2．Srー同位体比でカルシウムの供給源を調べる
主任研究員）1996 年京都⼤学⼤学院⼈間・環の疑問に答えるために、本研究では土壌のカルシウムに注目しています。

境学研究科修⼠課程修了。1996 年国⽴環境研究所
観測は、茨城県筑波山の南側に位置する試験地

土壌中のカルシウムは、イオン交換反応によっ⼊所。博⼠（⼈間・環境学）。専⾨は⽔と⼟壌の無で行いました。この地域の基盤岩は、花崗岩といて酸を中和できます。また、カルシウムは樹木なう、カルシウム供給能が低いといわれている岩でど生物に欠かせない栄養であるため、土壌中カルす。そしてこの地域には、約 3 万年前に群馬県赤シウムは養分供給の観点からも重要です。イオン

城山の噴火によって火山灰が降下したことがわ

交換にかかわるカルシウムを供給する鉱物は、基かっています。試料採取地点（図 1）は、地形に盤岩由来の鉱物だけでなく、黄砂や火山灰のようよる火山灰の蓄積しやすさを考慮して選び、緩斜にあとから付加した鉱物もあります。日本各地に、面、急斜面、谷部で土壌と植物を、渓流の上流・
履歴情報

機分析化学。

図2
中流・下流で渓流水を採取しました。また、下流
掲載⽇時情報をこちらで記載します。

数千年前から数万年前の大規模な火山活動で降下した火山灰は、風化が速く、カルシウムなどの塩の近傍で降水と花崗岩を採取しました。

位別

森林の各種
3)

に分析した

基カチオン1）の供給能力が高いため、火山灰を多く含む土壌は、酸中和能が高いと期待できます。
しかし、山地斜面では火山灰の分布を把握するのが難しいため、山地斜面における火山灰のカルシ
ウム供給能の評価は困難で、国内外を問わず報告されていません。
本研究は、森林のカルシウム循環への火山灰の寄与評価を目的として行いました。森林のカルシ
ウム供給源を、大気降下物と土壌鉱物に分けたとき、土壌鉱物由来のカルシウムが酸の中和で消費されて不足してくると、大気降下物由来の寄与が

図3

相対的に高くなると予想されます。そこで、カル（Andic properti
関係

シウムの起源を解析して、森林生態系のカルシウ
ムが十分足りているかを調べることにしました。

図 1．試料採取地点
147

図１

試料採取地点⼟壌の交換

陀安一郎、申基澈、鷹野真也編（2023）同位体環境学がえがく世界：2023 年版

研究センタ

院⼈間・環

環境研究所

と⼟壌の無

図 3．土壌の交換態 Sr 同位体比と火山灰の指標（Andic
図 3 ⼟壌の交換態 Sr 同位体⽐と⽕⼭灰の指標
properties）となる値（Alox ＋ ½Feox）の関係

3）
図
林の各種試料の Sr 同位体比。土壌は層位別
図2．
2 森森林の各種試料のSr 同位体⽐。⼟壌は層に分析した。
位別 3) に分析した。

（Andic properties）となる値（Al ox +½Fe ox ）の関係

4．渓流水中の火山灰由来 Sr

採取した水試料は濾過し、固体試料は酸分解し

図 4 は下流地点の渓流水の Sr 同位体比と Sr 濃て、元素分析および Sr 同位体分析を行いました。

度の季節変化を、横軸を流量にして示した図です。

図１ 試料採取地点
土壌は酢酸アンモニウムで抽出して交換態も分析

上の図は、流量が上昇すると、同位体比が下がる

2）

しました 。

傾向があります。この値は、花崗岩と大気降下物

全試料の Sr 同位体比の概要が図 2 です。縦軸の間であり、火山灰はもっと低いので、同位体比に Sr 同位体比を示しましたが、花崗岩・大気降が低下する原因が、大気降下物なのか火山灰なの

下物・火山灰が離れた値を示し、渓流水・土壌・か、この図だけでは判断できません。下の図は、植物の試料がそれらのほぼ間の値を示しました。

流量が上昇すると、Sr 濃度が上昇する傾向があ

従って、試料の値が、花崗岩・大気降下物・火山ります。大気降下物の Sr 濃度は、渓流水の 1％

灰の混合で説明できることがわかりました。緩斜

程度と低いので、この濃度変化は大気降下物では面の S1 地点の土壌と植物は、火山灰と大気降下なく火山灰の寄与によると考えられました。

物の間の値を示し、火山灰の寄与があると考えら

以 上 に 基 づ い て、 渓 流 水 中 の Sr の 起 源 を、れました。ほかの地点の試料は、大気降下物と花
図 3 ⼟壌の交換態 Sr 同位体⽐と⽕⼭灰の指標

図 5 の 3 つの式を使って計算しました。3 つめの崗岩の間の値を示し、火山灰の寄与があるかどう（Andic properties）となる値（Al ox +½Fe ox ）のかは、同位体比だけからはわかりませんでした。
関係
3．土壌中の火山灰
風 化 し た 火 山 灰 を 含 む 土 壌 の 性 質 は Andic
properties と呼ばれ、図 3 の縦軸の値がその指標になります。横軸は、図 2 で示さなかった交換態の Sr 同位体比です。緩斜面の S1 地点は、どちらの軸から判断しても、火山灰を多く含むことが確認できました。そして、S2 地点や S3 地点の土
壌は、酸分解の同位体比は大気降下物より花崗岩側にありましたが、土壌抽出液の同位体比は火山
灰側にあり、これらの地点でも火山灰由来 Sr の寄与があることがわかりました。

図 4．渓流水の流量とSr 同位体比やSr 濃度の関係
図4 渓流⽔の流量とSr 同位体⽐やSr 濃度の148

関係

陀安一郎、申基澈、鷹野真也編（2023）同位体環境学がえがく世界：2023 年版

渓流水中SrSrに対する⽕⼭灰、基盤岩（この場合は花崗岩）
に対する火山灰、基盤岩（この場合は花崗岩）、大気降下物の寄与率計算
図図
5 5．
渓流⽔中
、⼤気降下物の寄与率計算の式と
結果

の式と結果

式は、塩化物イオン（Cl）を指標として、渓流水ほど高くなく、今回の試験地では火山灰や花崗岩

中の大気降下物由来成分の寄与を求める式を使いによる Sr の供給が十分であると考えられました。

ました。その結果、大気降下物の寄与は青で示し

そして、以上の結果は、カルシウムについても同たとおり 1 割から 2 割程度であること、火山灰の様と考えられました。

寄与は上流の緩斜面で 50％と高く、下流では季節

今後は、カルシウム供給能が花崗岩よりもさら変化があっても 0‒1％と低いことがわかりました。

に低いといわれている地質（チャートなど）の地
域で、森林のカルシウム不足を火山灰由来カルシ

5．植物中の火山灰由来 Sr

ウムが補っている様子を調査する計画です。

植物中の Sr の起源を計算するときは、Cl を指標とした式が使えないので、仮定のもとで計算し注釈ました。S1 地点では、花崗岩の寄与がゼロであ1）土壌に含まれる陽イオン（カチオン）のうち、ると仮定すると、火山灰の寄与が 74％となりまカルシウム、マグネシウム、カリウム、ナト

した。実際は花崗岩由来もある程度含まれるため、リウムを塩基カチオンと呼び、いずれもイオ

それと釣り合いをとるために火山灰の寄与はこれン交換により酸を中和する働きがある。
2）土壌中の陽イオンは、土壌粒子の表面に弱くより高くなります。

吸着して水に溶けやすく植物に吸収されやす
6．おわりにい形態と、土壌粒子に強く結合して容易に水以上をまとめますと、まず、山地斜面におけるに溶けない形態で存在し、前者を交換態と呼火山灰の分布の特徴として、上流の緩斜面の渓流

ぶ。交換態の陽イオンは、土壌を 1 mol/L 酢

水や植物で火山灰由来の Sr の寄与が高いことが酸アンモニウムで抽出して分析する。

わかりました。Sr 同位体比を用いて、火山灰に

3）土壌学では土壌は水平に積み重なった層からよる Sr 供給の寄与を評価できることがわかりま成り立つとみなす。森林土壌は、堆積有機物した。次に、大気降下物由来 Sr の寄与が、渓流層と鉱質土層に分かれ、鉱質土層は上から順

水で 10‒20％、植物で 50％以下であったことから、に A 層（腐植に富む）、B 層（腐植が乏しい）、

文献値と比較しても大気降下物由来の寄与はそれ

C 層（基盤岩の礫に富む）に分かれる。
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陀安一郎、申基澈、鷹野真也編（2023）同位体環境学がえがく世界：2023 年版

文献

著者情報

Koshikawa MK, Watanabe M, Shin K-C,

越川昌美（国立環境研究所地域環

Nishikiori T, Takamatsu T, Hayashi S,

境研究センター主任研究員）1996
年京都大学大学院人間・環境学研

Nakano T (2016) Using isotopes to determine

究科修士課程修了。1996 年国立

the contribution of volcanic ash to Sr and環境研究所入所。博士（人間・環境学）。専門は水と土壌の無機分

Ca in stream waters and plants in a granite

析化学。

watershed, Mt. Tsukuba, central Japan.
Environmental Earth Sciences 75: 501.

（2021 年 3 月 31 日掲載）

https://doi.org/10.1007/s12665-015-5097-9

（2022 年 3 月 31 日改版）

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