水質と物質循環、集水域特性
河川や湖沼の水は、周りからいろいろな元素が流れ込んで来たり、生息する生物が元素を取り込んだりするため、絶えず変化していきます。水の中に溶け込んでいる、たくさんの元
素の量を測ったり、同位体比を測定したりすることで、物質の起源や現場で起きているプロ
セスを推測することができます。これらについて、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

沿岸域の地下水の水質と安定同位体比から見えてくる
水質形成の仕組み― 仙台市宮城野区の調査事例の紹介 ―
藪

崎

志

穂

（総合地球環境学研究所）

1．はじめに“海の水は塩辛い”。海で泳いだことのある人は
もちろん、海にほとんど行ったことが無い人にとっても、これは公然の事実でしょう。波打ち際に広がる砂浜の砂を掘ってしみ出てくる水も、もちろん塩辛い海の水です（ただし、ある特定の場
所では、海岸の砂浜から真水が湧くこともあります）。それでは、海岸近くの土地に井戸を掘った
場合、その水はどんな味がするのでしょうか。砂浜と同じく、塩辛いのでしょうか。それとも、普図 1．貞 山 堀 と 松 林（ 仙 台 市 若 林 区 荒 浜 海 岸 付 近、
2011 年 1 月 4 日撮影）

段私たちが飲んでいる水道水のように、無味なのでしょうか。

堤防などの修復が行われ、現在は元の場所に戻り

私たちは宮城県仙台市宮城野区の海岸近くに位しんはま

置する新浜地区という場所にある複数の井戸を調生活をしている住民が多くいます。

査し、水質の特徴について調べました。この一帯新浜地区では、震災前から自家用の井戸を持っは、今から約 11 年前の 2011 年 3 月 11 日に発生ている家が多く、生活用水や家庭菜園、洗車などした東北地方太平洋沖地震の津波による浸水被害に利用されていました。津波によって破損してし

なな き

た がわ

な とりがわを受けた場所です。七北田川と名取川に囲まれたまった井戸もありましたが、その後、新しく作り

新浜地区の近くの海岸には約 10 km におよび砂直すなどして、震災後も井戸水を利用されている浜が広がり、夏には海水浴場として利用され沢山方が多くいます。これらの井戸の水質を測定するの人々で賑わっていました。海岸の近くには多くことで、2011 年の津波による塩水化の有無や、の住宅が建てられており、また、江戸時代はじめ

この周辺地域の本来の地下水の水質について知る

ごろから建設された運河（貞山堀）に沿うように

こ と が で き ま す。 更 に 水 の 安 定 同 位 体 比 や松林が広がっていました（図 1）。しかし、大地

CFCs1）、SF62） などの分析を行うことで、水の涵震の後に発生した津波によって、住宅や電柱、海養域や滞留時間について把握することができると岸沿いにあった砂防林などが流され、道路が損壊考えられます。なお、涵養とは降水が地表面からし、畑や水田にも海水がかぶり、住民の方々は長地下に浸透し帯水層（地下水）に水が供給される

い間よその場所で避難生活を送っていました。そことを意味しており、涵養域とは涵養が生じる場の後、長い時間をかけて、損壊した建物や道路、所のことを指しています。また、滞留時間とは降153

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

水が地下に浸透して帯水層（地下水）に達したと

量元素、安定同位体の分析用として、250 mL 容ゼロ

きを 0 とし、地下水が地中を流動して、ある場所

器に水試料を採取しました。また、滞留時間推定に到達するまでにかかった時間のことです。簡単のための CFCs や SF6 分析用の採水も 2019 年 1に言えば水の年齢に相当します。これらの情報は、月に実施しました。本稿では特に 2018 年 12 月〜

今後の持続的な地下水利用を行うためにも重要な2019 年 12 月に実施した調査結果について紹介し情報です。なお、水質組成図や滞留時間推定法にます。

関しては 3 章の「地下水流動研究におけるマルチトレーサーの活用法」でも紹介していますので、

2．無機溶存成分の特徴

ご参考にしてください。

採水した地下水および水路の水試料について、本研究では仙台市宮城野区の沿岸に近い集落の陰イオン（F-, Cl-, NO2-, Br-, NO3-, SO42-, PO43-）と井戸（浅井戸 1 か所、深井戸 5 か所）と水路を対陽イオン（Li+, Na+, NH4+, K+, Mg2+, Ca2+）はイオ

象として調査を行い、それぞれの水質の特徴や季

ンクロマトグラフ（ICS-3000 または ICS-6000）、

節変化、水質形成について明らかにすることを目HCO3- は pH4.8 アルカリ度滴定法を用いて分析し的として調査や採水を行いました。調査地点の位ました。これらの分析結果を利用して、2019 年 9置図を図 2 に、調査地点の概要を表 1 に示しまし月〜 12 月に採水した試料の水質組成図（シュティた。なお、地下水等の現地調査は 2018 年 12 月か

フダイアグラム）を作成しました（図 3）。シュティら毎月実施しており、現地では EC（電気伝導率）、

フダイアグラムは水質組成の特徴や溶存成分量をpH、水温を測定しています。無機溶存成分や微一目で把握することができ、複数地点の比較もしやすいという利点があります。
水路（S-1）の水質組成は Na-Cl 型で溶存成分量は多く、海水の水質に近い特徴を有しています。
しかしながら、水路の溶存成分量は海水よりも少なく（海水の 1/10 〜 1/2 ほど）、時期によって濃度が変化するため、河川水や降水（場合によっては浅層の地下水も含む）と混合していることが伺えます。
浅層地下水（S-6）は（Na+Ca）-HCO3 型を示し、溶存成分量は水路や深層地下水と比較して相対的に少ないです。この結果から、少なくとも調査時においては、2011 年の津波による塩水化の影響

図 2．調査地点の位置図は生じていないことが明らかです。また、時期に
表 1．調査地点の概要
地点 No

種別

よって水質組成（特に溶存成分量）が変化してお

緯度

経度

標高

井戸深度

°N

°E

m (a.s.l.)

S-1

38.236140.995

2.3

運河

－

化しています。2019 年 10 月には非常に多くの降S-338.236140.991

0.9

深井戸

30.0

水があり、気象庁の AMeDAS データ（https://

S-4

38.241140.989

0.9

深井戸

28.0

S-5

38.243140.989

1.0

深井戸

30.0

www.jma.go.jp/jma/index.html）によると、仙台

S-6

38.244140.989

1.1

浅井戸

3.1

S-7

38.244140.986

1.0

深井戸

30.0

観測地点で 555.0 mm（同 1 位）を記録しています。

S-8

38.243140.988

1.3

深井戸

34.0

S-6 の井戸深度は 3.1 m と浅いため、多量に降っり、例えば図 3 では 2019 年 9 月と 10 月の間で変mの観測地点で 644.5 mm（観測史上 1 位）、名取の154

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

図 3．水質組成図

た雨水の浸透の影響を受けて地下水の水質が変化

溶存成分量と同様に変動が大きく、降水の影響をしたと考えられます。10 月のシュティフダイア

受 け て い る と 考 え ら れ ま す。S-1 の 回 帰 線 はグラムの成分量は 9 月と比べて減少している点に

δ2H ＝ 6.41δ18O-0.155（r2=0.995） と な っ て お り、

おいても、降水の混合による希釈の結果として矛

この回帰線の延長線上に海水がプロットされてい盾がありません。

ます。従って、δ-diagram の結果においても S-1

深層地下水では 2 種類の水質組成が認められまは海水との混合があることを示唆しています。ます。S-4、5、7、8 の 4 地点では Na-HCO3 型であた、S-1 の同位体比の変動が大きいのは、降水のるのに対し、S-3 では Na-（Cl+HCO3）型となっ

影響に加え、時期により水路の水に混入する海水-ており、他の深層地下水よりも Cl（塩化物イオン）の量（割合）が大きく変化していることに起因し濃度が高くなっています。S-3 は他の井戸よりもていると考えられます。海水の同位体比は相対的

沿岸近くに位置する井戸のため、海水、あるいはに高いため（δ18O、δ2H ともに約 0‰）、即ち、海海塩の影響が水質に影響を与えていることが予想

水の量が多くなると、水路の同位体比は相対的にされます。また、深層地下水の水質はいずれの地
点もほぼ一定しており、Na+ と HCO3- 濃度が相対的に高い水質組成を示すことから、降水の影響は受けず、比較的長い滞留時間を有していることがわかりました。
3．酸素と水素の安定同位体比の特徴
各地点の酸素安定同位体比（δ18O）と水素安定
同 位 体 比（δ2H） を CRDS 法（Picarro L2130-i）
により測定し、結果を用いて δ-diagram を作成しました（図 4）。この図には、S-1 〜 S-8 のデータのほかに、参考として調査対象地域の近傍で採取した海水の同位体比もプロットしています。
水路（S-1）や浅層地下水（S-6）の同位体比は

図 4．δ-diagram155

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

高い値を示すことになります。一方、降水の同位す。滞留時間を推定するためには幾つかの方法が体比は降水イベントによって異なるため、そのありますが、本研究では地下水の CFCs と SF6 の時々の降水同位体比の影響を受けて浅層地下水の濃度を測定して、過去の大気中の CFCs と SF6 濃

同位体比は上昇または低下することになります。

度と比較することで地下水の滞留時間を推定する

深層地下水（S-4、5、7、8）の同位体比はほぼ

方法を利用しました。2019 年 1 月に深井戸 4 地

同じ値となっていますが、S-3 は他の地点よりも点で採取した水試料について CFCs と SF6 の分析

若干低くなっています。酸素と水素の安定同位体を実施し、モデルを用いて検討した結果、これら比が異なる要因として、他の水塊との混入や蒸発の深井戸の滞留時間の推定値は 70 年前後であるの影響などがありますが、涵養域の標高の違いもことがわかりました。この結果は、深層地下水のその一つです。一般的に、涵養域の標高が高いと水質組成の特徴とも矛盾がありません。

地下水の同位体比は低くなりますので（同位体の5．今後の研究の展開について

高度効果）、S-3 は他の地点よりも涵養域の標高が高いことが予想されます。

溶存成分と酸素・水素の安定同位体比の測定結

また、「2．無機溶存成分の特徴」で説明した果から、仙台市宮城野区の沿岸付近の浅層地下水

S-3 の水質形成要因では、海水や海塩の影響がおと深層地下水の水質の特徴や、地下水と海水およよんでいるのではないかと推察しましたが、仮にび降水との関係を明らかにし、水質形成について

地下水に海水が混入した場合には、海水の同位体把握することができました。沿岸に近い深層地下

比は地下水よりも相対的に高い値であるため、地水の水質には海塩の影響がおよんでいる可能性が下水の同位体比も高い値を示すことになります。

認められましたが、浅層地下水および深層地下水

ところが、上述したように、S-3 の同位体比は他ともに 2011 年の津波による塩水化は生じていなの深層地下水の地点よりもやや低い値を示しておいことも把握できました。

り、この結果から S-3 の地下水に海水自体が混入

本稿では仙台市宮城野区の海岸近くに位置するしている可能性は低くなります。そのため、海水

民家井戸の調査結果を中心に紹介しましたが、本-の混入ではなく、海塩が混入して Cl 濃度が高く

調査地点の近く（沿岸域）に新たに設置した深度なっている可能性が高いと考えられます。では、の異なる 3 か所の観測井の調査も 2020 年 2 月か

この海塩の起源は何であるのか、という疑問が残ら開始しており、海水と地下水の相互作用についります。先行研究によると、この地域には地下にて考察を進めています。また、溶存成分や水同位体

化石海水があることが報告されており（内田ほか、

比に加え、ストロンチウムの同位体比（87Sr/86Sr）

2005）、こうした化石海水が地層中の鉱物等に吸等の測定も行い、複数のトレーサーを利用して、着し、その成分（海塩）が地下水に溶出すること

仙台市沿岸域の水質形成や地下水の涵養域、地下-で、地下水の Cl 濃度が高くなる説明がつきます。

水流動について更に検討する予定です。

しかしながら、この要因についてはまだ不明瞭で謝辞あるため、他の分析データを用いるなどして、今本研究は、科学研究費補助金（基盤（A）、課後も検討を進めてゆきます。

題番号：18H04146、研究代表者：黒沢高秀 福島
4．地下水の滞留時間

大学教授）の助成を受けて実施しています。調査

持続可能な地下水利用をおこなうためには、地では福島大学 柴崎研究室の学生さんに調査・採下水の滞留時間（涵養されてから流出するまでの水を行っていただきました。また、井戸の調査に時間の長さ）を把握することが重要となってきま

ついては、新浜地区の住民の皆さまに快くご協力
156

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

いただきました。沿岸近くのビオトープ井戸の調

文献

査では、東北学院大学 教養学部の平吹喜彦教授

Yabusaki S, Yamamoto R, Shibasaki N（2022）に大変お世話になりました。ここに記して、深く

Seasonal variation in groundwater quality

御礼申し上げます。

revealed by the multi-tracer near the coastal
area of Sendai, Japan. Journal of Japan

注釈

Society of Hydrology and Water Resources.,

1）クロロフルオロカーボン類（Chlorofluorocarbons）

35 (3), 192‒201.

といい、CFC-11、CFC-12、CFC-113 などがhttps://doi.org/10.3178/jjshwr.35.192あります。冷却剤や洗浄剤などの工業用とし

内田洋平・安川香澄・天満則夫・大谷具幸・森て 1930 年代に人工的に生成された有機化合

康二（2005）仙台平野における地下温度構造物で、化学的に極めて安定な性質を持つため、に関する研究放出された CFCs は大気中に蓄積されまし

熱輸送広域モデルの構築．日本地熱学会誌，た。年代によって大気中の CFCs 濃度が異な

27（2），115‒130．

るため、水中の CFCs 濃度を測定して、過去

https://doi.org/10.11367/grsj1979.27.115

その 1．3 次元地下水流動・の大気中の濃度と比較することにより、水が著者情報涵養された年代を推定することができます。
2）六フッ化硫黄（Sulfur hexafluoride）のことで、

藪崎志穂

筑波大学大学院博士

課程生命環境科学研究科を修了。

電気や電子機器などの縁ガスとして 1960 年

2016 年 4 月より総合地球環境学

代から利用されている気体です。化学的に非研究所に所属。専門は同位体水文

常に安定な性質を持っており、大気中の濃度

学、地下水学。各地の降水の同位体長期観測や、地下水・湧水の水は現在も増加しています。CFCs と同様に、質の特徴把握、福島県や仙台市の水中の SF6 濃度を測定して、過去の大気中の沿岸域の地下水調査、忍野村の地濃度と比較することにより、水が涵養された

下水流動観測などを行っています。

年代を推定することができます。CFCs と比較して、より新しい水（滞留時間が 10 年よ（2022 年 3 月 31 日掲載）

りも短い水）の年代推定が可能です。

（2023 年 3 月 31 日改版）

157

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

直下型地震に伴う地下水の流れの変化を同位体で追う
谷

水

雅

治 1、細

野

高

啓2

（1関西学院大学生命環境学部、2熊本大学理学部）
地下水は、飲料水、農業用水、工業用水など幅に含まれています。また、7Li/6Li と 11B/10B の安広い用途に利用される重要な水資源です。地下水

定同位体比は、同位体間の相対的な質量差が大きの水質低下を防ぐためには、様々な化学成分の変いため、δ スケールで大きな変動を示します。例

化を監視し、人為的および自然由来の化学汚染物

え ば、δ7Li は -15‰ か ら +50‰、δ11B は -30‰ か質の流入を検出することが重要となります。自然ら +60‰の範囲を示し、海水中で最も高く、火山由来の化学物質の混入には、沿岸帯水層における岩や大陸地殻の岩石では低い値をとることが知ら

海水の浸入による塩水化や、火山活動が盛んな地れています。

域での熱水成分の混入によるヒ素やフッ素濃度の熊本市周辺の地下水は、日本最大の資源保有地上昇などの例があります。また、地震も地下水の域であり、飲料、農業、産業活動などの目的に使

水質変化の引き金となることがあります。地下水用され約 100 万人の生活の基盤を支えています。

に溶存する主要イオン濃度、微量元素濃度、安定

この地域の地下水は、阿蘇カルデラ西麓と周辺の同位体比を分析することで、地震活動に伴う地下

高地での雨水の浸透によって供給されており、地水の化学組成変化を説明した研究がいくつかあり

下水は地形に沿って南西へ流動し、そのほとんど

ますが、溶存微量元素の安定同位体比を用いた研が熊本市内の江津湖周辺において湧出しています。

究はこれまでほとんど行われていません。

また、平野部や沿岸部には、地下水流動が停滞し2016 年 4 月に発生したマグニチュード（Mw）7.0ている地域も見られます。

の熊本地震に伴う地下水の変化を観測井戸で調査

採水地点は図 1 の熊本地域の地図上に記したよ

した結果、震源地周辺の地下水面の低下は地下のうに、東から西への主要な地下水の流れの方向に

開口亀裂の生成に伴うことが示唆されました。ま沿った、4 つの井戸（T11、T12、T34、T40）とた、地下水涵養域の水位上昇は周辺の山岳帯水層

江津湖の湧水地です。そのうち T11 は主要な流からの水の放出によって説明されることが、H2Oれの末端である平野部に位置し、布田川断層と

18

2分子の δ O-δ H 安定同位体分析に基づき、明ら

Mw7.0 本震の震源の近くに位置しています。さかとなりました。一方で、局所的には震源地付近

らに沿岸域の 2 地点（T21 と T45）、北側の涵養-のいくつかの井戸で塩化物イオン（Cl ）、硫酸イ

域の 1 地点（T41）で採水を行いました。第 1 回

2-オン（SO4 ）、ホウ素（B）濃度などの上昇が観目の調査は、2015 年 9 月 7‒9 日にかけて、2 回目測されましたが、これらの成分の起源は特定されは本震から 4.5ヶ月後の 2016 年 8 月 28‒29 日に実ていません。

施しました。

本研究では、地下水中に微量に溶存するリチウ

東側と北側の主要な流れに沿った合計 6 つの地

ム（Li）とホウ素（B）をトレーサーとして利用し、下水試料は、Ca-HCO3 型の地下水であり、活発

7

Li/ Li と B/ B の同位体比を用いて、熊本地震に流動していることが示唆されました。一方、沿に伴う地下水の変化を評価しました。海水、停滞

岸部の 2 試料は停滞した地下水の特徴を持つ

地下水（化石地下水）、熱水には、浅層地下水とNa-HCO3 型でした。地下水の主要元素組成には、比較してリチウム（Li）とホウ素（B）が高濃度

地震の前後で明らかな変化は見られませんでした。

6

11

10

158

Tanimizu et al.
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

GJ-D-20-00001

阿蘇外輪山

金峰山
水前寺断層群

白川

江津湖

有明海

緑川

Fig. 1図 1．熊本地域の主要地下水流動方向と採水井戸の地点**PNG File

水試料の分析データ（表 1）を Cl-B-Li の相対

ナーへわずかにシフトしたことによる（図 2 の黒濃度図（図 2）によりさらに化学的分類を行うと、丸）、明らかな化学変化が見られました。一方、沿岸部（T21、T45）とそれ以外の地下水試料では、沿岸域では逆方向へのシフトが起こっており、異組成に明らかな違いがあることが確認されました

なったプロセスが働いていることが示唆されまし（図 2 の白丸）。つまり、沿岸部の試料はほとんどた。ただし、Cl-B-Li 図では、本研究対象地域地

B コーナーにプロットされましたが、その他の地

下水の Li と B の濃度が低いため、地震に伴う水下水試料は図の中央部にプロットされたことから、質変化はおおまかな傾向であり、主流動域と沿岸

岩石学的な違いや地下水の滞留時間の違いを反映

域で異なる 2 つの水質変化のメカニズムが存在すしていると考えられます。

ることを示したに過ぎません。

現代海水、停滞地下水、熱水はいずれも塩化ナ

このメカニズムを明らかにするために、δ7Li とトリウムに富むため、これら三者を主溶存成分かδ11B の変化を見ていきます。地震前、B コーナー

ら区別することは容易ではありません。しかし、（図 2）の周辺にプロットされた 2 つの沿岸地下

ホウ素とリチウムといった微量元素と塩化物イオ

水 試 料（T21 と T45）は、高 い δ7Li（+42.7‰ とンの相対存在量を表す Cl-B-Li 組成図では、それ+29.1‰）と δ11B（+27.7‰ と +23.2‰）の 値 を 示

ぞれのコーナー近くに塩水性、停滞性、熱水性とし（表 1）、海水由来の成分の値を反映している

いう 3 タイプの地下水が特徴的にプロットされることが分りました。しかし、このことは、Cl-B-Li

ため、地下水に混入した他起源の地下水の同定に

図の現代海水（図 2 の四角）に示されるように、有効です。沿岸域の地下水（T21 と T45）におい

海水（δ7Li で +31‰、δ11B で +40‰）そのものがて B が増加する傾向は、海水組成とは別に、地沿岸地下水へ直接混入しているとは言い難く、そ下に存在する海洋堆積物中の水を含む粘土鉱物にの代わりに、両 δ 値が高い、過去の海成堆積物か由来する層間水の寄与があると解釈しました。

ら絞り出された海水由来成分の寄与によって引き地震後の主要地下水流動域では、Cl-B-Li 図に起こされたものと考えられました。これに対して、

おいて、Cl/（B+Li）比が相対的に増加し、Cl のコー

主要流動域の地下水では、δ7Li が約 +10‰、δ11B
159

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

Tanimizu et al.

T45

0

GJ-D-20-00001

100

Bx500

10

90

T21
20

30

70

T34

40

白川

T12

50

海生堆積物の間隙水
6080

粘土鉱物層間の
脱水流体

T40

江津

60
50

T11

40

70

30

T41

80

Cl

20

90
100

0

10

10

20

30

40

50

60

70

80

現在の海水

90

100

0

Lix2000

Fig. 2図 2．地下水の Cl-B-Li 図
表 1．化学分析データ
試料名

δ11B
δ7Li
EC
Eh
DO
Cl
B
Li
（mS/m） （mV） （mg/L） （mg/L） （mg/L） （mg/L） （‰） （‰）

深度
（m）

採水年

pH

110

2015

8.12

19

-90

0.06

8.1

0.041

0.0055

4.0

20.0

2016

8.34

21

309

1.37

9.5

0.045

0.0061

2.7

16.0

0.040

0.0055

5.0

18.4

第二帯水層
T11

2017
T12
T34
T40
Ezu

90
65.4
70.8
―

2015

7.47

24

432

7.86

8.1

0.040

0.0028

3.7

7.2

2016

7.12

24

440

8.37

9.4

0.037

0.0029

3.1

7.5

2015

8.51

39

-5

0.08

13.4

0.087

0.0045

5.1

15.7

2016

7.57

38

131

0.60

14.2

0.078

0.0045

6.9

13.9

2015

6.93

23

410

7.62

8.3

0.043

0.0037

3.3

7.3

2016

7.31

27

394

6.12

9.7

0.040

0.0037

3.1

7.9

2015

8.38

22

429

7.56

8.1

0.046

0.0045

3.1

8.6

2016

7.04

23

437

8.25

9.1

0.041

0.0044

3.0

8.5

0.047

0.0056

2.8

7.5

2017
第一帯水層
T21
T45
T41

15
10
60

2015

8.47

161

190

1.67

159.4

1.81

0.0026

27.7

42.7

2016

8.68

139

379

1.52

113.4

1.77

0.0024

24.9

40.5

2015

9.57

137

112

0.08

45.2

1.17

0.0055

23.2

29.1

2016

9.44

156

83

0.67

52.6

1.35

0.0057

22.6

29.6

2015

6.52

24

68

0.03

12.8

0.014

0.0033

22.0

-2.6

2016

7.20

24

274

1.08

13.9

0.012

0.0031

22.7

-1.5

白川
YO1

―

2018

7.71

30

449

8.99

13.2

0.074

0.009

0.7

11.2

TSU2

―

2018

8.20

34

378

8.86

14.1

0.093

0.012

0.5

10.9

JIN3

―

2018

8.00

35

382

8.58

15.3

0.102

0.013

0.6

9.9

KURO4

―

2018

7.80

35

405

8.85

14.3

0.105

0.013

1.1

9.4

160

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

が約 +4‰と比較的均一な値を示し、これは、こが汲み上げられているため、地震に伴って、帯水の地域の火山性堆積物からなる帯水層、もしくは層（厚さ 250 m 程度）に比べてより深い場所か

この地域を流れる主要河川である白川（図 １ の X

ら流体が浅層地下水と混合したと考えられました。

711印）の δ 値（δ Li が約 +10‰、δ B が約 +0‰；表 1）

これにより、最初に述べた震源地周辺で地震後にのいずれかを反映していると思われます。

認められた Cl-、SO42-、B 濃度の上昇が生じたと

地震後に発生した沿岸部の地下水試料（T21）7

解釈できます。

11の化学的変化（図 2）は、δ Li および δ B データ

T11 地下水と阿蘇カルデラで湧出した熱水の間からも確認されました（表 1）。これは柔らかいで、Li と B の濃度およびその同位体比が異なる

堆積物の液状化現象に起因する可能性があります。

ことから、震源地周辺の浅い地下水帯水層への熱T21 周辺の浅い帯水層（深さ 10 m 程度）は、沿

水由来の深部流体の寄与が小さいながら存在する

岸の帯水層／堆積物の化学組成のなかで、T45 にことを明らかにすることができました。また、地似た化学組成および同位体組成の間隙水の混合の

震後の熱水の浅層地下水への混合割合は、数％と影響を受けており、Cl 濃度の低い地下水が地震計算されました。たとえ寄与が小さくても、Liによる液状化でできた新しい経路を通って垂直あと B の同位体比を指標として用いると、その同るいは水平方向に運ばれて混合した結果であると位体比は海水、停滞地下水、熱水で明瞭に異なる

結論付けました。

ことから、浅層帯水層へのこれらの他起源地下水

これに対して、主要流動地域地下水の Li-B 同の混合を高感度に同定することができました。

位体比は地震発生後、ほとんど変化しませんでし

地震発生に伴い池や井戸の水が枯れる、またはたが（表 1）、震源地周辺、すなわち T11 井戸では、水位が上昇するなどの変化は、これまで多くの地わずかな同位体比変化が検出されました。この井域で記述されてきました。これらの原因を特定す

戸水の両同位体が本震後 4.5ヶ月で低い δ 値側にるためには、観測地点の存在が重要となります。

動いたことは、Li と B の濃度の上昇に関連してところが、特に内陸直下型地震の場合、地震が起います。この変化をさらに確認するために、2017

こった地域でたまたまこれら観測点が時空間的に

年 3 月に T11 井戸の追加採水を行った結果、地整っていることは一般的に希だといえます。また、

震後 11ヶ月後には濃度、同位体比ともに元の値

災害発生前と発生後のデータを比較するために必に近づいていることが確認されました（表 1）。

要な各種データが揃っているケースはますます少このような高 Li・B 濃度の地下水には、塩分なくなります。このような背景から、地震によっを含む停滞水と、深部からの熱水という 2 つの候てどのような地下水環境の変化が生じるのかとい補があります。沿岸の地下水のような前者の流体

う問いに対し、私たちはこれまであまり明瞭なイ

711が混入した場合、δ Li 値と δ B 値は増加するはメージを持てていませんでした。熊本地域では多ずですが、逆の結果が観測されました。従って、

くの観測井戸が存在し、水位や水質など様々な

停滞水の混合は考えにくく、両 δ 値が低い値を持データが継続的に観測されています。今回、こうつ熱水が妥当であると示唆されました。2016 年した地域の直下で巨大内陸地震が発生したため、の熊本地震後、布田川断層の東側延長線上の阿蘇

結果的に地震発生前後の各データを比較できる十カルデラ内で、新たな熱水性深部流体が地表に流分な情報を入手でき、地震による地下水環境の変出したことが報告されており、布田川断層の南西化をこれまでになく詳細に捉えることに繋がりま端に近い位置にある T11 観測井へ、同じ起源をした。

もつ熱水の寄与が考えられます。
T11 観測井周辺では、地下約 1,000 m から温泉
161

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
谷水雅治

M. Tanimizu, N. Sugimoto, T. Hosono, C.

関西学院大学生命環境学部・教授。専門は同位体地球化

Kuribayashi, T. Morimoto, A. Ito, R. Umam,

学。無機質量分析法を駆使して、

Y. Nishio, K. Nagaishi, and T. Ishikawa

地球表層でのさまざまな元素の物(2021) Application of B and Li isotope

質循環を把握する研究を行ってきた。

systematics for detecting chemical
disturbance in groundwater associated withlarge shallow inland earthquakes in細野高啓

Kumamoto, Japan. Geochem. J., 55, 241–250.

熊本大学大学院理学研究科・教授。専門は同位体環境学。

DOI: 10.2343/geochemj.2.0633

各種同位体などを用い、流域におT. Hosono, C. Yamada, M. Manga, C.-Y. Wang,

ける環境問題の実態把握や原因究

and M. Tanimizu (2020) Stable isotopes

明に関する研究を行ってきた。

show that earthquakes enhance permeability
and release water from mountains. Nature （2023 年 3 月 31 日掲載）

Comm., 11, #2776. DOI: 10.1038/s41467-02016604-y

162

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

塩類の起源に迫る― 農地が汗をかくと塩を吹く ―久米崇（愛媛大学大学院農学研究科）

1．はじめにをかんがい水といいます。土の中に多量の塩類が乾燥地域の農地では、土の表面に真っ白な塩が存在している農地にかんがいを行うと、かんがい吹くことがあります。これを塩類集積といいます。

水の中に塩類が溶けます。乾燥地のように激しく土には様々な要因により多量に塩類を含んでい水が蒸発する農地では、塩類を溶解したかんがいるものがあります。例えば、そもそもの地質に多水は、毛管現象により土の表面へ移動し蒸発して量の塩類を含むことがあげられます。また、昔海いきます。その際、水は蒸発して大気中に霧散し底であった場所が土砂堆積などで陸地になった場

ますが、塩類は再結晶して土の表面に集積します。

合、土の中に多量の海水が閉じ込められ塩類が残このようにして、スポーツ後の T シャツのよ存していることがあります。このように、土の中

うに、農地が汗をかく（水が蒸発する）と塩を吹には歴史的な経緯によってさまざまな理由で塩類く（塩類集積する）ことになるのです。

が存在しています。
3．ストロンチウム安定同位体による塩類起源の塩類、特に塩化ナトリウムなどは、作物の大敵です。作物によって程度の差はありますが、塩化推定ナトリウムが土の中に多量に存在すると、多くの

ここでは、ストロンチウム（以下、Sr）という作物は枯れてしまいます。したがって、適切に農

重金属元素の安定同位体を用いて、海水起源の塩

地の塩類を管理する必要があります。

類がどの程度農地土壌に含まれているのかを推定することにします。

その際に重要なのは、塩類の起源を明確にすることです。土の中の塩類がどこから来たのかがわ

Sr には、複数の安定同位体があります。ここ

かれば、どのような対策・管理をすればよいのか

では、質量数 87 と 86 の安定同位体の比（87Sr/

を考えやすくなります。そこで本稿では、安定同86位体を用いて塩類の起源を推定する方法を紹介しその理由は、海水の Sr 同位体比は世界中どこのます。

海から採取したものでも 0.70918 であることが分

Sr）（以下、Sr 同位体比）を用いることとします。

かっているからです。
2．農地の塩類集積

大雑把ではありますが、ある水サンプル中にお農地の塩類集積はどのようにしておきるのでける Sr のうち、海水起源の Sr が大半を占めていしょうか。私たちが真夏にスポーツをして大量にれば、その水サンプル中の塩類の主な起源は海水

汗をかくと、黒い T シャツの背中に白く塩を吹である（海水の影響を大きく受けている）と考えくことがあります。農地でも同じことがおきまることができます。本稿では、このような考え方

す。

のもとで Sr 同位体比による塩類起源の解析を進

作物を育てるために人為的に農地に水を供給すめます。

ることを「かんがい」といいます。また、その水
163

流域

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．研究対象地域の概要

いを行っています。ここでは、不要なかんがい水

ここで紹介する研究成果（Kume et al., 2010）を排除するための排水路が至るところに張り巡らは、総合地球環境学研究所プロジェクト「乾燥地されています。図 2 に示すように 3 つの灌漑ブ

域の農業生産システムに及ぼす地球温暖化の影

ロックがあり、それぞれに幹線排水路が設置さ響」において筆者が実施したものです。

れ、排水は地中海に排出されます。下流域の土は

このプロジェクトは、トルコ共和国のセイハン

塩類化の傾向を示しており塩類集積が認められて川流域（図 1）を対象として実施されました。流

いました。

域の下流に位置するアダナ市周辺は大規模かんがい農地の開発が行われています（図 2）。筆者は、5．排水中の塩類の起源をみる

このかんがい農地の上流から下流の水の流れと塩農地には人間活動によって水だけでなく様々な類の移動の観測・解析を担当しました。

物質が供給されます。図 3 に示すように、排水路対象とするかんがい地域は上流にダムを有し、には、降水、肥料、農薬、かんがい水、地下水、

セイハン川とかんがい水路を通じて農地へかんがそして場合によっては海水が浸入します。つまり排水は様々な起源から供給された塩類が混合した水ということになります。
対象地域には、先に述べたように幹線排水路が3 つ設置されています。これらの排水路の末端における排水には、それぞれの排水ブロックからの排水が混合し、その特徴が色濃く反映されているはずです。そこで、混合理論を使って、それぞれの起源から供給された塩類の混合比を求めること

図 １．トルコ共和国とセイハン川流域
図１．トルコ共和国とセイハン川流域

で、塩類の起源を明らかにすることにします。

図２．研究対象地域と各種サンプリング地点

図3．農地におけるさまざまな⽔・物質起源

図 ２．研究対象地域と各種サンプリング地点

図２．研究対象地域と各種サンプリング地点
164図１．トルコ共和国とセイハン川流域
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

図２．研究対象地域と各種サンプリング地点

図 3．農地におけるさまざまな水・物質起源

図3．農地におけるさまざまな⽔・物質起源
6．主要な起源は何か
排水中にはさまざまな起源からもたらされた塩類が混合しています。そのすべてを対象とすることは難しく現実的ではありません。そこで、次の理由から 3 つの起源に注目をします。

図 ４．各サンプルの Sr 同位体比と Sr 濃度（夏季）

まず一つ目は海水です。対象地域は、昔海面下図４．各サンプルのSr同位体⽐とSr濃度（夏季）にあり海水塩の影響を大きく受けているはずです。また、地中海沿岸部は、海水浸入を受けていることからも海水塩は対象とするかんがい農地における主要な起源の一つと考えられます。

二つ目はかんがい水です。対象地域の農地には、
春から夏にかけて大量のかんがい水が供給されます。かんがい水中の塩分濃度は低くても、それが大量になれば相当量の塩類が農地に供給されることになります。
そして三つめは肥料です。農地には大量の肥料が毎年投入されます。ここに含まれる塩類は相当な量であると推測されます。

各サンプルのSr同位体⽐とSr濃度（夏季）

図6．各排⽔における塩類の混合⽐（夏季）
図 ５．各サンプルの Sr 同位体比と Sr 濃度（冬季）図５．各サンプルのSr同位体⽐とSr濃度（冬季）7．解析の方法

いても、排水のプロットがすべて海水、かんがい対象地域では春から夏にかけて大量のかんがい

水、肥料を結んだ三角形の中に入っています。こ

水が農地に供給されます。一方、秋から冬には供のような場合、混合理論（Faure and Mensing，

給されません。したがって、夏季と冬季では、排2005）にもとづいた次の連立方程式を解くことで、水に含まれる塩類の混合比が異なる可能性があり海水、かんがい水、肥料それぞれから各排水に供ます。そこで、ここでは夏季と冬季それぞれの混給された Sr の混合比（割合）を計算することが合比をみていきます。

できます。

まず、各種サンプルを室内に持ち帰り、Sr 濃
度と Sr 同位体比の測定を行います。そして図 4、

1=f海 ＋ fか ＋ f肥 

（1）

1/Sr排 =1/Sr海 f海 ＋ 1/Srか fか ＋ 1/Sr肥 f肥 （2）

図7．各排⽔における塩類の混合⽐（冬季）

図6．各排⽔における塩類の混合⽐（夏季）5 に示すように海水、かんがい水、肥料そして 3
つの排水路（D1、D2、D3）から採取した排水のSr 濃度の逆数と Sr 同位体比をプロットします。

Sr 比 排 =Sr 比

図 4、5 に示すように夏季、冬季のいずれにお165

f ＋ Sr 比海 海

f ＋ Sr 比か かf  （3）肥 肥）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

が多量なため、その中に含まれている Sr が農地

ただし、f海 ，fか ，f肥 ＜ 1から排水路に排水されていきます。その影響がとこ こ で、Sr 同 位 体 比（Sr 比 と 表 記 ） と 1/Srても大きいということになります。また、肥料も-1（ppb ）はそれぞれ図 4、5 の縦軸と横軸に示し

大量に農地に投入されます。肥料は、かんがい水

た既知の測定値です。そして、添字の「海 」、「か 」、によって溶解され不要な肥料分はやはり排水路に「肥 」、「排 」はそれぞれ、海水、かんがい水、肥料、排水されます。このような理由から、夏季におけ排水を示します。f は未知数であり、求めるそれる混合比は、どの排水路でもかんがい水と肥料がぞれの混合比（割合）です。この連立方程式に夏大きな値を示したと考えられます。

季、冬季におけるサンプルの実測値を代入して計次に、図 7 を見てみましょう。これは冬季にお算を行いました。

ける混合比です。夏季とは違って、それぞれの排水中に含まれる海水起源の Sr に明確な違いがみ

8．塩類の起源（＝混合比）の解析結果られました。D1 では排水中に含まれる海水起源

図 6 は D1、D2、D3 それぞれの夏季におけるの Sr は 21％でした。夏季は 6％でしたから 3 倍

海水、かんがい水、肥料の混合比を示しています。

以上も増加したことになります。D2 も海水起源

D1 の排水中には、海水起源の Sr が 6％、肥料起の Sr が 3％から 11％に増加していました。D3 は源の Sr が 28％、そしてかんがい水起源の Sr が夏季と同じ 2％でした。

66％含まれていました。D2 と D3 の排水路には

冬季における Sr の混合比の違いの原因は何で海水起源の Sr がそれぞれ 3％、2％含まれていたしょうか。それは、土の塩分濃度にあると考えらことがわかります。

れます。D1、D2 の排水路には、図 2 に示すよう夏季は、上流のダムから供給されるかんがい水に排水ブロック中に多くの塩類集積農地の存在

図４．各サンプルのSr同位体⽐とSr濃度（夏季） （図中の黒く塗られている箇所）が認められます。
図５．各サンプルのSr同位体⽐とSr濃度（冬一方、D3 の排水ブロックにはほとんど塩類集積
農地が認められません。
夏季には、これら塩類集積農地から排出された塩類は大量のかんがい水によって希釈されるため海水の混合比は小さくなります。しかし、冬季はかんがい水による希釈がなくなるので、排出された塩分濃度が混合比にそのまま表れてくるのです。つまり、土は海水の影響を受けており、海水図５．各サンプルのSr同位体⽐とSr濃度（冬季）図 6．各排水における塩類の混合比（夏季）
図7．各排⽔における塩類の混合⽐（冬季
図6．各排⽔における塩類の混合⽐（夏季） 起源の塩類が排水路に排出されてくるのです。肥
料の混合比が夏季に比べて冬季に大きくなるのも同様の理由です。
9．おわりに本研究で示したように、塩類集積が発生している農地における海水塩の影響を Sr 同位体比と Sr濃度を用いて解析することで定量的に明らかにすることができました。海水、かんがい水、肥料、
図 7．各排水における塩類の混合比（冬季）
図7．各排⽔における塩類の混合⽐（冬季）166

そして排水にはそれぞれ固有の Sr 同位体比があ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

り、それを質量分析器で測定することができます。

Takashi Kume, Erhan Akca, Takanori Nakano,

農地における複数の排水路から排水サンプルを

Takanori Nagano, Selim Kapur and

採取し、その Sr 同位体比を測定するだけでも明Tsugihiro Watanabe, 2010, Seasonal Changes

確に異なる値が得られるはずです。それをもとに

of Fertilizer Impacts on Agricultural

して、各農地の塩分起源の差異を簡便に診断する

Drainage in a Salinized Area in Adana,

こともできるでしょう。

Turkey, Science of the Total Environment,

さらに応用すれば、津波や台風などによって沿vol. 408, issue16, 3319‒3326,

岸域農地に海水が被った際に、土中水や排水など

https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2010.03.028の Sr 同位体比を測定することで、陸域における著者情報

海水の影響評価を実施することができます。
この塩はどこから来たのだろうか。またどこへ久米崇（愛媛大学大学院農学研究科准教授）2004 年京都大学大行くのだろうか。そんな疑問に対して科学的に答学院農学研究科博士後期課程修えを示してくれる Sr 安定同位体比はとても魅力

了、博士（農学）。総合地球環境的なものだと思いませんか。

学研究所プロジェクト上級研究員、鳥取大学乾燥地研究センター
プロジェクト研究員、総合地球環

引用文献

境学研究所プロジェクト上級研究

Faure, G. and Mensing, T.M. Isotopes, Principles員・特任准教授を経て、2012 年より現職。

and applications (Third edition), John Wiley& Sons, Inc., Hoboken, New Jersey, 2005



167

（2021 年 3 月 31 日掲載）

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

混合比から読み解く富士川濁水の起源と行方
鷹

野

真

也

（総合地球環境学研究所）
1．はじめに「富士川の濁りが近年強くなってきている」
そんな声が流域に住む方々から届きました。
濁りがなぜ強くなったのか？ 発生源は何なのか？
下流や河口、海に棲む生き物への影響は？ これからどうなってしまうの？

等々、考えてもわからないことだらけ。地域住民の不安は募るばかりです。
こんな時には、同位体を用いた環境トレーサビ
リティ手法が解決の糸口になるかもしれません。
図1. 富⼠川中下流域の色々とわからないことばかりなら、まずは物事の調査地点。⼀点鎖線は⼭梨県と静岡県の県境

ベースとなる部分を押さえることが大切です。こを⽰しています。
こでは、濁りがどこからどれだけ来たのか（またそれはどこへ行くのか）、つまり濁りの起源を知

図 1．富 士川中下流域の調査地点。一点鎖線は山梨県と静岡県の県境を示しています。

ることがそれにあたります。本稿では富士川の濁ここで、特に強い濁りが見られた早川と雨畑川りの起源をストロンチウム（Sr）同位体比を用いが富士川の濁りの発生源ではないかという疑いがて推定した研究例を紹介します。

かけられました。確かに早川と雨畑川からは見るからに強い濁水が流れていました（図 2a）。しか2．富士川の濁り問題

し一方で、早川と合流する前の富士川の水も充分

富士川は主に山梨県と静岡県を南流し駿河湾へ濁っているように見えます（図 2b）。では実際の注ぐ一級水系です（図 1）。もともと日本三大急

ところ、早川・雨畑川由来の濁水が合流後の富士流河川に数えられるほど流れが速い、つまり土砂川に対してどれだけ寄与しているのでしょうか？

運搬能力が高い河川であり、流域の崩れやすい地

その割合を Sr 同位体比と同位体マスバランス（混質も相まって比較的濁りが発生しやすいことで知合理論）を用いて推定しました。

られています。
その富士川で、近年濁りが少しずつ強くなって

3．富士川濁水の起源を解くために ― 調査と手法いることが観測され（たかはし河川生物調査事務

調査は 2021〜2022 年の期間に月 1〜2 回程度、所，2016）、特に富士川の主要支流の 1 つである

早川と雨畑川を含む富士川中下流域の最大 23 地

早川（及び早川水系の雨畑川；図 1）から強い濁点で実施しました（図 1）。各地点で河川水と河りが何度も見られるようになりました。時を同じ川水中の懸濁物質（SS: Suspended Solids）、及び

くして、富士川中下流部におけるアユの目撃数の

河床堆積物を採取し、それらに含まれる Sr 濃度

減少や、駿河湾でのサクラエビの不漁等が報告さと Sr 同 位 体 比（87Sr/86Sr）を 測 定 し ま し た。

れるようになり、富士川の濁りが水圏生態系へ与（87Sr/86Sr について、詳しくは第 3 章「重元素同える影響の懸念が強まり始めました。

位体」をご覧下さい）168

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．三 つの産地（雨畑川と早川上流、及び富士川(a)上流）のブレンド

早川

河川水と河川水中の懸濁物質（以下、SS と表記）の Sr 濃度と Sr 同位体比を 87Sr/86Sr-1/Sr 濃度ダ
イアグラムにプロットしたものを図 4 に示しました。わかりやすい例として、河川水と SS ともに

雨畑川

2021 年 7 月に採取したサンプルのデータを使用
しました。

(b)

まず河川水と SS ともに、雨畑川と早川上流（雨畑川との合流前）のプロットを結んだ直線（緑の破線）上に早川下流（雨畑川合流後）のプロットが分布しました。そして早川下流と富士川上流（早川との合流前）のプロットを結んだ直線（青の破線）上に富士川下流（早川合流後）のプロッ

富士川

川(b)の濁トが分布しました。これらのことから、雨畑川、
早川上流、及び富士川上流を主要な成分（端成分）

図 2．早 川・雨畑川（a）と早川合流前の富士川（b）の濁りの様子（2021 年 8 月 19 日撮影）とした混合体として、合流後の河川水と SS が構成されていると考えられます。つまり、先述の混測定したサンプルの Sr 濃度と Sr 同位体比から、合理論からそれぞれの混合比を求めることができ同位体マスバランスモデル（混合理論）を用いてます。

混合比（割合）を求めます（Faure and Mensing,2005）。この理論では、異なる Sr 濃度と Sr 同位体比をもつ 2 つの成分（A と B）の混合体 M とした時、縦軸に 87Sr/86Sr、横軸に Sr 濃度の逆数（1/Sr）をとると、A と B のプロットを結んだ直線上に M のプロットが分布します（図 3）。この関係を用いて、M の中の A と B の混合比を推定します。詳しい式や計算方法は注釈として稿末に記載しましたので、興味があればぜひご覧下さい1）。

図4. 河川アグラム

図 3．87Sr/86Sr-1/Sr 濃度ダイアグラム上での成分 A と
図 4．河 川水（a）と SS（b）の 87Sr/86Sr-1/Sr 濃度ダ
図3. 87Sr/86Sr−1/Sr濃度ダイアグラム上での成分AとB、その混合体Mの関係
B、その混合体 M の関係
イアグラム。ともに 2021 年 7 月採取サンプル。
169

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

ちなみに、河川水と SS ともに富士川河口付近

プスを源流部に持つためと考えられます。この河のプロットが青の破線から外れました。これは河川水の混合比は、やや幅があるものの流域面積比

口に近付くにつれて下流域由来の他の成分が混入と同程度の割合を示しました。

したことによるズレと考えられます。

一方、SS の混合比を見てみると、早川水系由来が 60％以上、そのうち約半分を雨畑川由来が5．混合比から濁水の起源と行方を読み解く占めていることがわかりました。これらは河川水

上記実測値と混合理論から、富士川下流におけや流域面積の割合と比べてかなり高く、早川水系

る雨畑川と早川（上流及び水系全体）、及び富士由来の SS が富士川濁水の主要供給源であること

川上流由来の成分の混合比を計算し、調査期間全を示唆しています。（裏を返せば、30％程度は富体のデータを図 5 にまとめました。同様に河床堆

士川上流由来であるとも言えます）

積物についての混合比と、流域面積比も同図に示

また、河床堆積物における混合比も推定したとしています。データに少し幅があるものは中央値

こ ろ、早 川 水 系 由 来 と 雨 畑 川 由 来 が そ れ ぞ れで議論しています。

11％と 1％程度と、他と比べて最も低い割合を示

まず河川水の混合比を見てみましょう。平時（低しました。河床堆積物は一般的に河川による土砂水位）の富士川下流河川水では、早川水系全体と運搬の履歴を反映していると考えられていますが、

雨畑川由来の水の割合がそれぞれ約 13％と約 4％

この結果から早川水系由来の SS は河床にあまりでした。降水後の高水位時には、それらの割合は堆積していない可能性が示唆されました。つまり、それぞれ約 24％と約 10％に上昇しました。これ

早川水系由来 SS は富士川濁水の主要供給源であは早川水系が国内でも屈指の降水量を誇る南アル

るものの、堆積しにくく大部分が駿河湾へ流出している可能性が考えられます。
6．おわりに
本研究では、富士川の濁水がどこから来てどこへ行くのかを、Sr 濃度と Sr 同位体比を用いて定量的に明らかにしました。富士川の高濃度の濁水
は、流域の水棲生物の生育環境にとって悪影響を及ぼし得るものですが、河床に泥として堆積・残留している（またそれに伴う二次的な弊害の）可能性は低いのかもしれません。一方、濁水が流入する駿河湾の海洋生物への影響も懸念されているため、富士川の濁りの状態を今後注視し対策を講じる必要があります。
今後の課題として、この富士川（早川水系）の
濁りの中から人為的影響（ダムや採石場の影響、
産業廃棄汚泥の不法投棄など）を検出できるかど

図5. 河川⽔、SS、及び河床堆積物の混合⽐
うかを現在検討しています。この濁水は天然要因と流域⾯積⽐（土砂崩れ）だけでなく人的要因の影響も少なくないのではないかという懸念があり、より詳細な

図 5．河川水、SS、及び河床堆積物の混合比と流域面
積比

発生源の解明が求められています。今回の Sr 同170

Sr 濃度をそれぞれ⽰しています。また、f A は M

分Aと内の A の存在⽐（割合）を⽰しています（つ図 4. 河川⽔

まり 1− f A は M 内の B の存在⽐を意味します）。

イアグ

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

ル。
この式は R M が Sr M の逆数（つまり 1/ Sr M ）の数（つまり 1/SrM）の一次関数であることを⼀次関数であることを表しています。要するに、 図 5. 河川
87
た他の同位体や元素濃度を用いたアプローチなら表しています。要するに、縦軸にSr/86Sr、
87
86
域⾯積
縦軸に Sr/ Sr、横軸に Sr 濃度の逆数（1/Sr）
解決できるかどうか。まだ糸口を探っている段階
横軸に Sr 濃度の逆数（1/Sr）をとると、Aをとると、A と B のプロットを結んだ直線上ですが、良い報告ができるよう研究に邁進していと B のプロットを結んだ直線上に M のプロッに M のプロットが分布します（図 3）。また、
きたいと思います。
トが分布します（図 3）。また、上記の式を
f A を求め、
リティ特定推進研究の起源に迫る―農地が汗をかくと塩をかく―（久また、“水質と物質循環、集水域特性”の「塩 上記の式を変形して以下のように変形して以下のように研究員）
f を求め、混合比を位体を用いた手法からそれが可能なのか、はたまA2019
年北海道⼤学⼤学院環境科学院博⼠後期課⽶崇さん）」にて、本研究と同様に
Sr 濃度と―Sr混合⽐を推定します。
同類の起源に迫る― 農地が汗をかくと塩をかく推定します。
位体⽐から混合⽐を求めた研究例（こちらは（久米崇さん）」にて、本研究と同様に Sr 濃度と 3 成
Sr 同位体比から混合比を求めた研究例（こちら 同分の混合⽐計算です）が紹介されています。Sr

程単位取得退学。2020
𝑅𝑅� 𝑆𝑆𝑆𝑆� � 𝑅𝑅� 𝑆𝑆𝑆𝑆�年学位取得（環境科学）。
𝑓𝑓� �
𝑅𝑅� 𝑆𝑆𝑆𝑆� � 𝑅𝑅� 𝑆𝑆𝑆𝑆�
北海道⼤学学術研究員を経て、2021
年より現職。

は 3 成分の混合比計算です）が紹介されています。
位体⽐の混合理論を⽤いた⼿法の理解が深まると
Sr 同位体比の混合理論を用いた手法の理解が深
文献
⽂献
履歴情報
思いますので、ぜひ併せてご覧下さい。
まると思いますので、ぜひ併せてご覧下さい。
たかはし河川生物調査事務所（2016）平成 27 年
たかはし河川⽣物調査事務所(2016) 平成 27 年度
掲載⽇時情報をこちらで記載します。
度 天然アユを指標とした富士川の環境保全
天然アユを指標とした富⼠川の環境保全調
注釈
注釈
調査報告書．
査報告書.
1) 混合理論では、異なる Sr 濃度・Sr 同位体⽐を
1） 混合理論では、異なる Sr 濃度・Sr 同位体比
Faure G and Mensing T M (2005) Isotopes:
G and Mensing T M (2005) Isotopes: Principles
もつ 2 つの成分（A と B）の混合体 M Faureとしたをもつ 2 つの成分（A と B）の混合体 M とPrinciples and Applications (third ed.), John
and Applications(thirded.), John Wiley and
図
のキャ
プSons
シ
ョン
時、M
の
Sr
同位体⽐を以下の式で表すことがした時、M の Sr 同位体比を以下の式で表す
Wiley
and
Inc., Hoboken, New Jersey.
Sons Inc.,New Jersey.
図 1.Hoboken,
富⼠川中下流域の調査地点。⼀点鎖線は⼭できます。
ことができます。

𝑅𝑅� � 𝑅𝑅� 𝑓𝑓� �

著者情報 梨県と静岡県の県境を⽰しています。
𝑆𝑆𝑆𝑆�
𝑆𝑆𝑆𝑆�
� � 𝑅𝑅� �1 � 𝑓𝑓� � ��𝑆𝑆𝑆𝑆�
𝑆𝑆𝑆𝑆� 著 者 情 報 図 2. 早川・⾬畑川(a)と早川合流前の富⼠川(b)の鷹野真也（総合地球環境学研究所
環境トレーサビリティ特定推進研

こ こ Rで
RM、R
M、A、BののSr
Sr鷹野真也同（総合地球環境学研究所
環境トレーサビ
A、R
B、は
濁りの様⼦（2021
年 8 ⽉ 19 ⽇撮影）
ここで
M、A、B
同位体
M 、R
A 、R
B 、は
87
87
位体比（
Sr/86Sr）を、Sr、SrBA、Sr
M、Sr
B は M、 の⽐（Sr/ 86 Sr）を、Sr
は M、A、B
M 、Sr A

A、B の Sr 濃 度 を そ れ ぞ れ 示 し て い ま す。

Sr 濃度をそれぞれ⽰しています。また、f A は M
また、fA は M 内の A の存在比（割合）を示
内の A の存在⽐（割合）を⽰しています（つしています（つまり 1-fA は M 内の B の存在
まり 1− f A は M 内の B の存在⽐を意味します）。
比を意味します）。この式は RM が SrM の逆
この式は R M が Sr M の逆数（つまり 1/ Sr M ）の⼀次関数であることを表しています。要するに、縦軸に 87 Sr/ 86 Sr、横軸に Sr 濃度の逆数（1/Sr）をとると、A と B のプロットを結んだ直線上に M のプロットが分布します（図 3）。また、
上記の式を変形して以下のように f A を求め、混合⽐を推定します。
𝑓𝑓� �

𝑅𝑅� 𝑆𝑆𝑆𝑆� � 𝑅𝑅� 𝑆𝑆𝑆𝑆�𝑅𝑅� 𝑆𝑆𝑆𝑆� � 𝑅𝑅� 𝑆𝑆𝑆𝑆�

⽂献
たかはし河川⽣物調査事務所 (2016) 平成 27 年度
天然アユを指標とした富⼠川の環境保全調
査報告書.

171

Faure G and Mensing T M (2005) Isotopes: Principles
and Applications (third ed.), John Wiley and

図 3.

87

究 研究員）2019 年北海道大学大Sr/ Sr−1/Sr
濃度ダイアグラム上での成学院環境科学院博士後期課程単位86

取 得 退 学。2020 年 学 位 取 得（環分 A と B、その混合体
M の関係境科学）。北海道大学学術研究員

87
図 4. 河川⽔(a)とSS(b)の年より現職。
Sr/ 86 Sr−1/Sr 濃度ダ
を経て、2021

イアグラム。ともに 2021 年 7 ⽉採取サンプ
 （2023 年 3 月 31 日掲載）
ル。
図 5. 河川⽔、SS、及び河床堆積物の混合⽐と流域⾯積⽐

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

トンレサップ湖水系の地表水循環― 多元素分析による解析で見えてきたこと ―吉川尚（東海大学海洋学部）

1．トンレサップ湖の環境変化

トンレサップ湖の場合、国際河川であるメコン河

カンボジアにあるトンレサップ湖は、東南アジ水系の一部をなしており、より大きな空間スケー

ア最大の淡水湖で、琵琶湖の 4 倍（乾季の面積比）

ルの影響もあります。例えば、メコン河上流部でもある広大な湖です。雨季には、メコン河からの中国やラオス等が大規模ダムを設置することで、水がトンレサップ川を経由して湖内に大量に流入

メコン河や湖の水位が不安定化したり、氾濫原がし、湖から溢れ出した水により広大な氾濫原が出縮小する等の影響が懸念されています。一方で、現します（図 1）。地元住民にとって、トンレサッ

トンレサップ湖の水質の変化は、下流域にあるベプ湖とその氾濫原は、漁業や農業、水運等の産業

トナムのメコンデルタの水質・生態系に影響を与を支えるだけでなく、古くから歴史・文化を育んえている可能性もあります。さらに、地球規模のできた大切な存在です。

気候変動により、湖水の集水域における降水量の変化も懸念される等、トンレサップ湖の現状と将来は楽観視できない状況にあります。

湖・河川
氾濫原（雨季に出現）

シェムリアップ川

雨季の主な水循環
乾季の主な水循環
サンケー川
13º 00’ N

トンレサップ湖
セン川

プルサト川

タイ
トンレサップ湖メ
コン
河

12º 00’ N

トンレ
サップ川

ベトナム

カンボジア

103º 00’ E

104º 00’ E

メコン河

105º 00’ E

Modified from the original file (TonleSapMap.png) created by Mkummu (copyright holder)(https://commons.wikimedia.org/wiki/File:TonleSapMap.png).

図 1．ト ンレサップ湖の地表水循環の概要。雨季にはメコン河からの水が流入し、逆に乾季には湖水が流出する。また、雨季には広大な氾濫原が出現する。

Anabaena affinis

Microcystis aeruginosa

図 2．乾季の湖北部でみられたアオコ（上）。富栄養化により藍藻（下）が異常発生し、湖面が緑色に着色していた。

しかしながら、近年、そのトンレサップ湖の環境や生態系が大きく変化しています。まずは、人口増加を背景とする水質汚濁・過剰漁獲・土地開2．ICP-MS による湖水や河川水の多元素分析

発等といった、主に湖や氾濫原の内部に起因する変化があります（図 2）。それらのうち水質汚濁は、こうした環境変化が懸念されるトンレサップ湖

生活・産業排水中に含まれる様々な物質が、河川で、私たちの研究チームは、水質と地表水循環に等を通じて湖に流入することで起こります。次に、ついて調べました（Yoshikawa et al. 2020）。具172

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

体的には、湖水や周辺の河川水を採取してその元100%

素組成を分析しました。生物の身体は様々な元素

80%

元素組成 (%)

で構成されており、必要な元素が環境や食物中に不足していると、それ以上増えることができません。逆に、過剰な量の元素や有毒な元素の存在は、生物の生存に有害です。つまり、湖水の元素組成

60%
40%
20%

を調べることで、湖の生態系の健全性に関する基

0%

礎情報が得られます。さらに、湖水の元素組成を

A

B1

B2

B3

Si

Al

C

周囲の河川水と比較することで、湖水とその中にCa含まれる元素の由来を推定することも可能となり

図 4．水試料の各グループの元素組成の特徴。

Mg

Na

K

Fe

Others
その他

ます。湖の地表水循環については、その概要は先述した通り調べるまでもなく分かっているのですで分析し、得られた元素組成の特徴に基づいて統が（図 1）、メコン河とその他の河川が湖水やそ計的に解析（クラスター解析）した結果、各地点の含有元素の供給源としてどれだけ貢献しているの水試料は A、B、C の 3 グループに分けられまのかといった、定量的な知見は得られていません。

した（図 4）。グループ A は、Si（ケイ素）、Al（ア

私たちが用いた ICP-MS（誘導結合プラズマ質

ルミニウム）、Fe（鉄）の割合が高いのが特徴で、量分析装置）では、少量の試料中に含まれる約岸辺が赤土だったシェムリアップ川等の水が該当

50 種の多元素の濃度を、一度に分析することがしていました。グループ C は、Na（ナトリウム）できます。現地調査では、カンボジアの共同研究が多いことが特徴で、生活排水が多く流れこむ者とともに漁船や自動車を使って、湖や周辺の河シェムリアップ川河口等の水が該当しました。グ

川を巡って、水試料を採取しました（図 3）。暑ループ B には、水試料の大部分が該当したので、

い中、慣れない状況での調査は大変ですが、実際

さらに B1、B2、B3 の 3 つのサブグループに分の現場の様子を知っておくことは、後で分析デーけました。サブグループ B1 は、Ca（カルシウム）

タを解釈する際に役立ちます。

が比較的多く（図 4）、メコン河の水は雨季・乾季ともにこれに該当しました（図 5、図 6）。サブグループ B2 は、Si、Al、Fe が比較的多く、雨季・
乾季のセン川、雨季のサンケー川、プルサト川等が該当しました。サブグループ B3 は、Na が比較的多く、乾季の湖、トンレサップ川、サンケー
川、プルサト川等が該当しました。
雨季と乾季における水試料の各グループの水平分布（図 5 と図 6）から、トンレサップ湖水系の地表水循環について、以下のことが分かってきました。雨季には、トンレサップ湖の水と元素の大図 3．湖の水上家屋（左上）。湖内は漁船で調査した（右上）。河川は岸辺から採水した（左下）。水試料
はフィルターで懸濁物をろ過除去後（右下）、元
素濃度を分析した。

部分は、トンレサップ川を通じてメコン河から流入し、他の河川の影響は小さいことが示唆されます。一方、乾季では、湖水の元素組成には、周囲3．トンレサップ湖水系の地表水循環の小河川や湖底からの溶出等の影響が大きく、雨日本に持ち帰った湖や河川の水試料を ICP-MS

季にメコン河から供給された水や元素の影響はあ173

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

なっている可能性があります。さらに、農・水産

雨季

物を通して有害元素を摂取する可能性もあり、ト

湖・河川

シェムリアップ川

氾濫原

サンケー川

トンレサップ湖

セン川

グループ
A
B1
B2
B3
C

ンレサップ湖の水の安全性について、監視・モニ
タリングすることは重要です。

13º 00’ N

特に、As（ヒ素）については、世界各地で地下水の汚染が深刻な問題となっており、カンボジ

プルサト川

タイ
トンレサップ湖

メ
コ
ン
河

カンボジア

アでもメコン河やトンレサップ川流域等が高リス

12º 00’ N

トンレ
サップ川

ベトナム

103º 00’ E

104º 00’ E

合流点

ク地帯とされています。そこで、本研究の分析結

メコン河果を、世界保健機関のガイドライン（WHO 2011）

105º 00’ Eと 比 較 し み る と、 乾 季 の 湖 水 の As 濃 度 はModified from the original file (TonleSapMap.png) created by Mkummu (copyright holder)(https://commons.wikimedia.org/wiki/File:TonleSapMap.png).

図 5．元 素組成の特徴で分類した、水試料各グループの水平分布（雨季）。

0.9‒3.5 µg L-1 と多くの地点で基準値（10 µg L-1）の 1/10 を超えており、今後注意が必要な状況で乾季した。また、乾季の湖水の As 濃度は、トンレサッ

湖・河川

シェムリアップ川

プ川及びメコン河（1.5‒2.2 µg L-1）に比べて高い

氾濫原

サンケー川

トンレサップ湖

セン川

グループ
A
B1
B2
B3
C

地点が目立ち、湖底からの溶出が影響している可

13º 00’ N

能 性 が 考 え ら れ ま す。 雨 季 の 湖 水 の As 濃 度（0.8‒1.4 µg L-1）は、メコン河（0.7‒1.5 µg L-1）等

プルサト川

タイ
トンレサップ湖と同程度で、概ね基準値の 1/10 以下でした。

メ
コ
ン
河

トンレ
サップ川

ベトナム

カンボジア

103º 00’ E

他に健康被害が懸念される元素としては、マン

12º 00’ N

104º 00’ E

合流点

ガン（Mn）や亜鉛（Zn）等がありますが、これ

メコン河らの湖水中の平均濃度（Mn: 2.5 µg L-1, Zn: 1.6 µg

105º 00’ E

Modified from the original file (TonleSapMap.png) created by Mkummu (copyright holder)(https://commons.wikimedia.org/wiki/File:TonleSapMap.png).

L-1）は基準値（Mn: 400 µg L-1, Zn: 3000 µg L-1）

図 6．元 素組成の特徴で分類した、水試料各グループの水平分布（乾季）。

より 2‒3 桁低い値であり、トンレサップ川やメコン河の水（Mn: 63 µg L-1, Zn: 21 µg L-1）と比べ

まり残ってないことが示唆されます。また、メコても 1 桁低い値でした。Mn や Zn の濃度が湖でン河は、トンレサップ川との合流地点の上流・下河川より低くなった理由として、湖ではこれらの流で元素組成が変化してないことから、トンレ

金属元素の多くが鉄（Fe）等とともに水和物やサップ湖がメコン河に与えている影響も大きくは酸化物のコロイド粒子を形成し、水底へ堆積するないようです（ただし、特定の元素や物質によっことで、水中から除去されることが考えられます。

ては影響している可能性はあります）。
5．おわりに
4．水源としての評価・潜在的なリスク

私たちが行った調査により、トンレサップ湖水

ICP-MS 分析では、試料中にわずかしか含まれ系の地表水循環に伴う元素の挙動が可視化され、ない微量元素の情報も得られるため、飲料水に人水源としての湖水の安全性に関する基礎情報が得

体に有害な元素が含まれてないか、安全チェックられました。一方で、まだ未解明な部分も色々とにも用いられています。トンレサップ湖で水上生残されています。例えば、調査は、雨季と乾季に活を営む人々は、食事の煮炊き等に日常的に湖水1 回ずつしか行っていないため、季節変化の詳細を使っています。また、雨季に氾濫原に溢れ出しは不明ですし、湖水の安全性についても確定的なた湖水の一部は地下水となり、乾季に飲料水とことは言えません。また、私たちの調査では地表174

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

水（地面の上にある湖水や河川水）を採取しまし文献

たが、地下水については調べていません。他チー

W. C. Burnett, G. Wattayakorn, R. Supcharoen, K.

222

ムによる天然ラドン（ Rn）の分布調査等によSioudom, V. Kum, S. Chanyotha, R.

る研究（Burnett et al. 2017）では、トンレサッ

Kritsananuwat, (2017) Groundwater discharge

プ湖におけるリン（P）の供給源として、氾濫原

and phosphorus dynamics in a flood-pulseに溢れた湖水が地下水となって再流入する経路がsystem: Tonle Sap Lake, Cambodia. Journal

重要である可能性が示唆されています。さらに、

of Hydrology 549: 79‒91.

将来、湖の富栄養化が進み、底層で貧酸素水塊がT. Yoshikawa, A. P. Takagi, S. Ishikawa, M. Hori,

発生するようになった場合は、嫌気的な環境とT. Nakano, K.-C. Shin, H. Sitha, E. Cheasan, S.

なった湖底で As が溶出してくる潜在的なリスク

Limsong (2020) Major and trace elements inがあります。

the surface water of Tonle Sap Lake,

私たちの調査で用いた ICP-MS 分析では、元素

Mekong River, and other tributary rivers,の化学形態（無機態か有機態か、酸化数等）の情

Cambodia. Environmental Monitoring and

報は得られないため、環境中の挙動や生物に対すAssessment 192: 467.

る毒性等を評価する上で制約があります。一方、

https://doi.org/10.1007/s10661-020-08292-4.

ICP-MS 分析は、少量の試料で多くの元素の情報

WHO (2011) Guidelines for drinking-waterが一度に得られる利点があります。その長所を生

quality. 4th ed. Geneva: World Health

かしつつ、他の分析手法も適宜組み合わせること

Organisation.

で、上述した未解明の点についても明らかにして著者情報いくことが可能と考えています。
なお、本稿でご紹介した研究成果は、以下の方々

吉川尚（東海大学海洋学部水産学科教授）。2002 年東京大学大学との共同研究で得られたものです（敬称略、所属

院農学生命科学研究科博士課程修は調査当時）：高木映、石川智士、申基澈、中野了、博士（農学）。東京大学アジ

孝教（地球研）、堀美菜（高知大学）、Hort Sitha、

ア生物資源環境研究センター研究機関研究員、近畿大学水産研究所

Eng Chaesan、Srun Limsong（カンボジア王国

COE 博士研究員、東京大学大学水産局）。

院農学生命科学研究科助教、東海大学海洋学部水産学科講師等を経て、2019 年より現職。



175（2021 年 3 月 31 日掲載）

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

安定同位体比から明らかになる底質有機物の起源
小

川

裕

也

（自然環境研究センター）
1．はじめに

2．試料採集と安定同位体比の分析結果

底質とは海や河川などの水底の構成物で、砂や安定同位体比は生物にも非生物にも利用できる

泥、動植物の遺骸などが堆積したものです。生態天然の指標（値）になります。異なる物質が異な学的には底生生物（水底を生活の場にしている生る値を持つため、それらの混合物の値から起源と物群）にとって大切な環境ですが、普段の私たちなる物質の混合割合を推定することができます。

の生活で意識することは少ないでしょう。研究に

これは安定同位体比を用いた手法の一つで、混合

おいては、底質は土壌や地層のような環境指標とモデルと呼ばれます。混合モデルに用いる指標のして、過去や近年の環境やその変化を解明するた数が増えるほど結果の信頼度は高まり、推定しために使われます。

い起源となる物質の数も増やすことができます。

ここで紹介するのは、底質を構成する有機物のそのため本研究では分析しやすい炭素・窒素の安起源を推定した研究です。一般的に河川における定同位体比と、炭素と窒素の比率（C/N 比）を一次生産者（植物のような食物連鎖の基底をなす指標として解析を行いました。

もの）は、上流から下流にかけて陸生植物から付

底質の有機物起源を推定するためには、混合物

着藻類、河口域においては植物プランクトンへとである底質そのものと、有機物起源になり得る一

変化します。安定同位体比を用いた研究の普及に次生産者の安定同位体比分析が必要になります。

より、世界中の様々なスケールで底質の有機物の

バタン湾の各地で、マングローブ、陸生 C3 植物（モ

起源の変化や特性が明らかにされてきました。

モタマナ、ミミモチシダなど）、陸生 C4 植物（イ

本研究は、マングローブ樹種が植生を構成して

ネ、カヤツリグサの仲間など）、農作物、海草、いるフィリピンのバタン湾という沿岸域で行いま藻類、底生微細藻類、養殖池で使われている餌、した。湾口が狭くて複雑な地形をしており、内湾

そして湾内の底質（表層 5‒10 cm）を採取して、が広がる半閉鎖的な環境です。バタン湾はもとも炭素・窒素安定同位体比分析を行いました。

と存在していたマングローブ林の面積の 90％以分析の結果、対象物の安定同位体比はおおむね

上が養殖池へ転換された場所です。養殖池といっ

先行研究1）と同じ傾向を示しました。図 1 のようてもコンクリートや化学肥料などは使わず、エビに底質中有機物の炭素・窒素安定同位体比およびやミルクフィッシュを粗放的に生産しています。

C/N 比 の 値 が、マ ン グ ロ ー ブ、底 生 微 細 藻 類、

1315

炭素・窒素安定同位体比（δ C・δ N）を用い植物プランクトンの値の間に位置していることかて底質の有機物起源を推定する研究はしばしば行ら、これらがバタン湾の主な有機物起源であるこ

われていますが、このような複雑な地形の場所でとが確認できました。底生微細藻類とは、干潟やはあまり研究が行われていません。このような湾浅瀬などの砂泥粒子の表層に付着して繁殖する植でもこれまで行われてきた研究と類似した結果が物プランクトンと同程度の大きさの藻類で、底生出るのか？

生物の餌資源としての重要性が認識されています。

という疑問から研究を始めました。

また、底質の有機物起源は河川から湾口にかけて陸生 C3 植物由来から海洋性植物プランクトン
176

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

図 １．バタン湾における底質と主な有機物起源の δ13 C、
δ15 N、C/N 比。底質中有機物の値は、マングロー
ブ、底生微細藻類、植物プランクトンの間に示されることから、それらの混合物であることがわかる。

図 3 上．60 箇所の調査地点と、底質と環境要因から区分された範囲。黄色は河川タイプ、緑色は湾奥タイプ、青色は湾口タイプを示す。
図 3 下．３ タイプの区分におおける底質の有機物起源の混合割合。それぞれで特徴が違うことがわかる。

を生態区分と言います。バタン湾内の 60 地点で測定した環境要因（水質や水深）と、底質の安定
同 位 体 比 お よ び C/N 比 の 値 を 用 い た 解 析 で、
図 3 上の地図ようにバタン湾を 3 タイプ（湾口タ
イプ、湾奥タイプ、河川タイプ）と、さらに細か

図 ２．河川から湾口にかけて、底質の有機物の δ13 C が高くなり、有機物起源が陸生由来から海洋性由来に変化していることがわかる。

い 7 区域（Area A から Area G）に生態区分することができました。それぞれの Area で特性がありますが、ここでは 3 タイプにおける底質の有由 来 へ と 変 化 し て い く た め、底 質 の 有 機 物 の機物起源に着目します。前述した混合モデルを用13

δ C も低い値から高い値へと変化することが多いることで、図 3 下のようにそれぞれのタイプにくの研究で示されています。図 2 のように、バタ

おいて主な有機物起源の混合割合を求めることが13

ン湾でも底質の有機物の δ C と湾口からの距離できました。

の間に相関関係があることが確認できました。

河川タイプ（黄色）は湾内に流入する主な 2 つの河川域が当てはまり、マングローブ（ここでは3．安定同位体比を用いた生態区分

値の似ている陸域 C3 植物も当てはまる）と植物
プランクトンが有機物起源として目立っています。

環境要因などで地域を生態学的に区分すること177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

自然状態の河川で植物プランクトンが主な有機物られます。

起源となることは少ないですが、バタン湾のよう窒素安定同位体比（-0.4 ±1.7‰）は、全体的になインフラの整っていない地域では、河川沿いの0.0‰に近く、他の研究例と比べると低い値を示

民家からの生活排水の流入が局所的な植物プラン

していました。化学肥料や生活排水などの人的行

クトンの発生に影響していることが考えられます。

為に伴う影響は窒素安定同位体比を高めることが湾奥タイプ（緑色）は主な河川流路から外れて滞知られているため、バタン湾は人為的な影響が少留構造になりやすい場所に位置しており、水深はないことが示唆されます。これはあくまでも参照

浅く、底質の C/N 比は高い値を示しました。こにした研究例との比較であって、バタン湾におけのことからマングローブの葉などが溜まりやすい

る人為的な環境負荷が少ないというわけではありことと、底生微細藻類の繁殖が盛んであることがません。

分かります。湾口タイプ（青色）は海域に近く塩5．おわりに分濃度が高い地点が当てはまり、さまざまな有機物が比較的均一に混合していることが分かります。

正直なところ、結果を見るまでは半信半疑な気河川と海という生態系の間に位置するため、常に持ちでしたが、解釈のできる値や空間分布が示さ様々なものが混合している場所だと考えられます。

れて、安定同位体比の環境指標としての効力を感13

また、一部の底質の有機物で δ C の値が突出じた調査でした。観察だけでは得られない自然環

して高い地点が示されましたが（図 2）、浅い場境の安定同位体比分析による数値化は、他にも多所で付近にウミショウブ藻場が確認できる場所でくの疑問を解明できる便利なツールであることは13した。海草は高い δ C を持つため、辺りの底質間違いありません。バタン湾での研究においても、の有機物の起源になっていることが考えられます。

他元素の安定同位体比や、深い場所の底質を探る

この海草が具体的にどれくらい有機物起源としてことで、マングローブ伐採や養殖池管理方法の変貢献しているかを明らかにするには、違う方法を化、台風攪乱による影響など、さらに多くのこと考えなければなりません。

が分かるかもしれません。

4．バタン湾の特徴

注釈

本調査でバタン湾の底質の有機物の炭素・窒素

1） 炭素・窒素安定同位体比は研究によってさま安定同位体比および C/N 比が明らかになりまし

ざまですが、平均的な一次生産者の値は次のた。他の同じような研究を参照して、バタン湾のよ う に な り ま す。C3 植 物（δ13 C = -27 ‰、特徴を考えることができます。バタン湾の炭素安δ15 N = 0‰）、植物プランクトン（δ13 C = -24.3‰、

定同位体比（-26.7 ±1.2‰）は、他の研究例と比δ15 N = -2.1‰）、底生微細藻類（δ13 C = -22.2‰、

べ る と 全 体 的 に 値 が 低 く、C/N 比（17.9 ±4.7）

δ 15 N = -2.9‰）（Fourqurean & Schrlau,

は高いことが分かりました。このことはバタン湾

2003; McKee et al., 2002; Muzuka & Shunula,では陸生 C3 植物やマングローブが底質の有機物

2006; Kohn 2010、Doi et al. 2010）

起源に大きく貢献していることを示唆しています。
本研究では全ての生態区分で、少なくとも 30％

文献

以上がマングローブ由来だと推定されました。バ

Ogawa, Y., Okamoto, Y., Sadaba, R.B., Kanzaki,

タン湾のような多くのマングローブ林が養殖池へ

M., 2020. Sediment organic matter source

転換された地域でも、半閉鎖的な湾の構造が陸生

estimation and ecological classification in the

由来の有機物を多くトラップしていることが考え

semi-enclosed Batan Bay Estuary, Philippines.
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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

Int. J. Sediment Res. 36 (1), 110‒119. https://doi.org/ 10.1016/j.ijsrc.2020.05.007.
著者情報
小 川 裕 也（自 然 環 境 研 究 セ ン
タ ー・研 究 員）2022 年 京 都 大 学
大学院農学研究科森林科学専攻京都大学大学院農学研究科修了。博士（農学）。

 （2023 年 3 月 31 日掲載）

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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

資源開発における環境負荷低減のための同位体研究大竹翼（北海道大学工学研究院）

1．資源開発と環境汚染抑えたパッシブトリートメントという方法が注目

我々の便利な生活を維持していくために石油やされ、様々なサイトで研究が行われています。パッ

石炭のエネルギー資源や鉄・銅・亜鉛などの金属

シブトリートメントを効率的に行うためには、鉱資源の開発は必要不可欠です。これら地球資源の山廃水中の元素の濃度や存在状態、その起源など

多くは、数万年〜数千万年といった長い時間を経を正確に把握することが必要になります。そのたて地下深くで形成されたものであり、人間が採掘めに同位体を用いた手法が活躍します。

することで地表に露出し、地表の大気や水と反応
2．レアアース資源開発における環境影響評価

します。それらが有害な金属や元素で環境中に漏

レアアース（希土類）元素という言葉を聞いた

出した場合には、生態系や我々の健康に重大な問題を引き起こすことがあります。例えば、銅・鉛・ことがあるでしょうか？

レアメタル 31 鉱種の亜鉛といった卑金属元素は硫化物として採掘され1 つで、スカンジウム、イットリウムの 2 元素にますが、同時に産する黄鉄鉱と呼ばれる硫化鉄鉱

ランタノイド族 15 元素を加えた 17 元素をまとめ物（FeS2）が地表で雨水と反応し、酸化されるとた元素のグループです。風力発電やハイブリッド

硫酸酸性の酸性鉱山廃水（Acid Mine Drainage:

カーに使われる高性能磁石や触媒など環境技術をAMD）を生じます。AMD には硫化物にもとも含む日本の先端産業に欠かせない“産業のビタミと含まれていたヒ素や鉛、カドミウムなど有害なン”です。しかしながら、レアアース元素の地球元素も溶けていることがあるため、適切に処理し化学的挙動は、ウラン、トリウムといった放射性ないと環境中に放出することができません。処理

元素とよく似ているため、レアアース鉱石の多くには中和や沈殿といった方法が用いられますが、に放射性元素が含まれています。したがって、そ

天然に見られる化学反応や生物を利用しコストをの採掘・精錬は環境負荷が大きいという難点があり、採掘や精錬で発生する残渣は適切に処理されなければなりません。我々の研究グループはレア
アース資源の開発に伴う環境影響評価を適切に行
うためのケーススタディとして、かつてレアアー
スが精錬され、現在は同様の鉱石からチタンが精錬されているマレシーア・イポー市周辺地域の河川において調査を行い、精錬所や廃棄物処分場が河川の水質に与える影響また汚染物質の起源やその除去プロセスを同位体を用いて明らかにしました（Ito et al., 2017）。
調査の結果、レアアースの精錬所跡地近くには

図 1．カ ナダの鉱山でみられる酸性鉱山廃水。大量の鉄鉱物の沈殿によって赤褐色になっている。

現在チタン精錬所が建設され、その残渣の堆積場
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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

図 2．マ レーシアにあるチタン精錬所の残渣堆積場からの漏洩水が混入した河川。鉄水酸化物のナノ粒子が沈殿している。

図 3．イ ンドネシア、スラウェシ島にあるニッケルラ
テライト鉱山。岩石が風化により赤くなっている。高濃度のニッケルやクロムを含む。

も設置されていました。またその堆積場からは堆

3．ニッケルラテライト鉱床開発における環境影

積物と雨水が反応した酸性水が漏洩しており、周響評価

辺河川へ流入していました。酸性水は多くのウラニッケルは、従来のステンレスなど合金としてンや鉛など金属元素を高濃度で含んでおり、河川の用途に加え、電気自動車などに必要なリチウム

水と混合することで pH が上昇し、濃度は低下しイオン電池の正極材として用いられるため、重要

ますが、環境基準を大きく超えるものでした（図なレアメタルの 1 つであり、今後の重要増加が期2）。

待されています。ニッケルは、以前はカナダやロ汚染河川において本当に金属元素が精錬所由来

シアなど限られた地域に存在していた硫化物鉱床であるかを明らかにするには鉛の同位体比の測定

から資源を採掘していましたが、近年、新たな製が有効です。鉱石中の鉛同位体比は周辺の岩石や錬方法の開発により、ニッケルラテライト鉱床と土壌中の鉛や排ガスなど他の人為由来の鉛が持つ呼ばれる岩石の化学風化によって形成する鉱床

同位体比とは異なるためです。分析の結果、河川（図 3）の開発が可能になりました。

中の鉛同位体比は鉱石中の鉛同位体比と類似してニッケルラテライト鉱床は、気温が高く降水量

おり、精錬所の残渣由来であることが明らかになの多い熱帯〜亜熱帯地域に発達するため、東南アりました。また、鉄安定同位体比の測定からは、

ジアではインドネシアやフィリピンなどで開発が鉄も精錬所の残渣由来であることだけでなく、進んでいます。風化で脆くなった岩石のため容易

pH の上昇とともに鉄水酸化物として酸化沈殿しに採掘できますが、地下 30 m 程度までの表層付

一部はナノ粒子として河川水とともに輸送されて

近にニッケルが濃集しているため、表土を広く剥いることも明らかになりました。汚染河川は下流ぎ取る必要があります。また、この鉱石はニッケに行くにしたがい鉄鉱物が沈殿するとともに、金ルだけでなくクロムも多く含んでいるため、雨水属元素の濃度もさらに低下していき、大きな河川などと反応することでクロムが溶け出し、周辺のに流入する際には問題ないレベルまで濃度が下し河川を汚染することも懸念されており、フィリピており、自然浄化が達成されていました。このよンなどでは近年のニッケルラテライト鉱床開発がうなメカニズムを解明することは、今後、低コス抑制される傾向にあります。しかしながら、周辺

ト・低環境負荷な残渣・汚染水処理法の開発につの岩石もニッケルやクロムに富んでいることが多ながると期待されます。

く河川には自然由来の重金属元素も含まれています。鉱山由来のクロムの影響を適切に評価するた181

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

めにはクロムの安定同位体比の測定が有用だと考え、我々の研究グループは地球研と共同研究で国大竹

内ではほとんど行われていないクロム同位体比分

環境循環システム部門

翼（北海道大学工学研究院

学研究室

析手法の確立を目指しています。

環境地質准教授）2008 年ペン

シルバニア州立大学大学院地球科
学 科 修 了、Ph.D. in Geosciences
and Astrobiology. 2009 年東北大

文献学理学研究科地学専攻特任助教、Ito A, Otake T, Shin K, Ariffin KS, Yeah FY,

2011 年独立行政法人産業技術総Sato T (2017) Geochemical signatures and合研究所地圏資源環境研究部門特別研究員を経て、processes in a stream contaminated by2012 年より現職。

heavy mineral processing near Ipoh city,
Malaysia. Applied Geochemistry vol. 82, 89-

101.
https://doi.org/10.1016/j.apgeochem.2017.05.007

182（2020 年 3 月 31 日掲載）