酸性雨の総合評価

43 2001. 2

電中研レビュー No.

財団法人 電力中央研究所

電中研レビュー第43号

●

目

次

酸性雨の総合評価
編集担当

巻頭言

●

狛江研究所大気科学部上席研究員

2

電中研「酸性雨研究」のあゆみ ……………………………………………………

4

はじめに

充男

6

酸性雨問題の変遷と当研究所の取り組み ……………………………

7

１−１●酸性雨問題の始まり ……………………………………………………

9

１−２●アジアの酸性雨 ………………………………………………………… 12

１−３●当研究所の取り組み …………………………………………………… 15

第２章

理事

狛江研究所長

池田

一男

有光

第１章

大阪府立大学教授

佐藤

福島

酸性物質の広域輸送 ……………………………………………………… 19

２−１●東アジアの酸性雨の実態 ……………………………………………… 21

２−２●長距離輸送モデル研究の現状 ………………………………………… 26

２−３●広域輸送の将来予測 …………………………………………………… 28

第３章

森林生態系における酸の挙動 …………………………………………… 33

３−１●森林への酸の総沈着量 ………………………………………………… 35

３−２●土壌−植生系における酸の収支 ……………………………………… 37

３−３●臨界負荷量とアルミニウムの化学 …………………………………… 40

第４章

山地流域の酸性化予測 …………………………………………………… 45

４−１●鉱物風化による酸中和作用の評価手法 ……………………………… 47

４−２●酸中和作用の流域比較 ………………………………………………… 48

４−３●酸性化の長期予測 ……………………………………………………… 52

第５章

樹木への影響評価 ………………………………………………………… 55

５−１●各地の森林衰退状況 …………………………………………………… 57

５−２●酸性雨・霧の影響 ……………………………………………………… 62

５−３●オゾンと二酸化硫黄の単独および複合影響 ………………………… 66

第６章

コンクリート構造物への影響評価 ……………………………………… 71

６−１●コンクリートの劣化要因 ……………………………………………… 73

６−２●暴露実験による影響評価 ……………………………………………… 75

第７章

総合評価 ……………………………………………………………………… 81

７−１●酸性物質の広域輸送……………………………………………………… 83

７−２●酸性物質の環境影響……………………………………………………… 84

７−３●今後の課題………………………………………………………………… 85

おわりに

理事

我孫子研究所長

加藤

正進

86

引用文献・資料等 ……………………………………………………………………… 87●コラム目次1．ミックス・アジア …………………………………………………………… 31
2．窒素飽和の功罪 ……………………………………………………………… 44
3．世界の陸水影響予測モデル ………………………………………………… 54
4．オゾンのクリティカルレベル ……………………………………………… 70
5．コンクリートのつらら現象 ………………………………………………… 79●表紙「ミズナラ林」（河野吉久，1993年10月7日撮影）
奥日光・光徳牧場から山王林道を山王峠に向かった林道沿いに静かに広がる。

巻

頭

言

地球環境保全にむけて本書のタイトルである「酸性雨の総合評価」には、国境を越えて多くの国々にわたる観測網の充実による気象・大気汚染物質濃度、地域に湿性・乾性沈着する汚染物質の総量等の多くの環境情報の把握、発生源情報、大気汚
染物質の動態解析による因果関係の実証、森林生態系・植物・土壌その他の環境影響の評
価、さらには将来の展望と提言が含まれている。これらは電力中央研究所の独自のもの、他の研究機関との共同研究による長期間にわたる研究計画と研究の蓄積によって明らかにされてきた。昨年９月にオーストリアの国際応用システム解析研究所（I IASA）と電力中央研究所による酸性雨に関するワークショップが I IASAで開かれた。その他にも電力中央研究所を中心として国際間の研究者の協力や共同研究がなされているが、これらの努力の積み重ねが総合評価研究の下地になっている。
酸性雨による環境負荷量は工業地域や都市域のいおう酸化物や窒素酸化物による局
地大気汚染レベル、温暖化を引き起こす要因の一つである炭酸ガス排出量とも密接に関連している。例えばいおう酸化物と窒素酸化物による局地汚染を抑制することは酸性雨の低減にも通じる。省エネルギーは炭酸ガスの排出抑制、いおう酸化物・窒素酸
化物の排出量抑制にも関連する。したがって酸性雨の総合評価を、より広い地球環境を保全するためのエネルギー対策・温暖化等の研究と組み合わせることによって、今後、環境問題解決にむけて、より総合的な取り組みのきっかけとして、これまでの経験と成果が21世紀初頭に相応しい将来の研究の核となることに期待したい。

2

今日我が国では、生産量・需要量が、前年の同月と比べて伸びたか否かで一喜一憂するがごときニュースがよく報じられている。経済発展と生活の快適性の追求は技術の進歩による効率化を差し引いてもトータルの使用エネルギーの増加を伴うのが従来の経過である。このことを考えると、これまで通り生産量・需要量が常に右肩あがり
で良いのかどうか考え直す時期に来ているように思われる。使用エネルギーの増加は、化石燃料を主体とする現在のエネルギー源を太陽光等の自然エネルギー源に変えずして、現在の炭酸ガス排出量を1990年と同じレベルに維持することさえ困難であろう。
一方、アジア地域の人口の激増と社会構造の変化が、使用エネルギーの増加を引き起こしている。これらのことを踏まえて、21世紀の地球環境を如何にすれば保全することが出来るか、将来世代に負のつけを回さないで済ませられるか、その総合的対策を明らかにし具体化することが現代人に科された命題である。21世紀の初めにあたり巻頭言を書く機会を与えられ、あらためて問題の重大性をひしひしと感じる次第である。

大阪府立大学大学院工学研究科 教授

池 田 有 光電中研レビュー No.43● 3

電中研「酸性雨研究」のあゆみ
西暦

電中研の状況

本

の

状

況

1883

岩倉具視遣欧使節団の派遣
アルカリ産業による環境汚染の実態を報告
ケルナーが東京で降水の化学分析

1913
1918

農事試験場が東京などで降水の化学分析
大阪市が降下ばいじんの調査を開始

1935

中央気象台が降水の化学分析を開始

1955

菅原健や三宅泰雄が降水化学の研究を展開

1968
1971

大気汚染防止法の制定
環境庁の発足

1872

1973
1975
1976

酸性雨の植物影響の研究を開始

1978

関東地方や西日本地域で酸性雨の実態調査を開始

1984
1985
1986
1987
1988
1989
1990

瀬戸内地域で酸性雨の実態調査を実施
関口恭一らが関東地方でスギ枯れを報告
林野庁・環境庁が緊急調査を実施
通産省からの受託研究を開始
全国規模で酸性雨の実態調査を開始
降水調査，流域調査，樹木調査，土壌調査を積極的に展開
植物の暴露実験を開始
中・韓・台の研究機関と共同研究を開始

1992

酸性雨フェーズ I の取りまとめ

1993

アイオワ大学との共同研究を開始
箱根において国際ワークショップ（WS）を開催

1994
1995

電中研レビュー「酸性雨の影響評価」を刊行
コンクリート暴露実験を開始
台湾電力公司と共同研究を開始
酸性雨フェーズIIの取りまとめ
東京において国際WSを開催
酸性雨研究グループが日経地球環境賞を受賞
実験林での連続観測を開始
東京において公開セミナーを開催
IIASAとの共同研究を開始
ラクセンベルクで第１回広域輸送WSを開催
ラクセンベルクで第２回広域輸送WSを開催
ラクセンベルクで第３回広域輸送WSを開催し成果を集約
酸性雨フェーズIIIの取りまとめ
電中研レビュー「酸性雨の総合評価」を刊行

1997
1998
1999
2000
2001

環境庁が第二次酸性雨対策調査を開始
金沢で環日本海における酸性雨・雪シンポを開催
酸性霧の問題が全国的に広がる
全公研が酸性雨モニタリングを開始
環境庁が東アジア酸性雨モニタリングネットワーク（MN）構想を提唱

1991

1996

関東地方で湿性大気汚染が発現（1975年にも）環境庁が湿性大気汚染調査を開始
気象庁が綾里にバックグラウンド観測所を開設

環境庁が第一次酸性雨対策調査を開始

1983

4

日

富山で東アジア酸性雨MN第１回専門家会合を開催
環境庁が第三次酸性雨対策調査を開始

東京で東アジア酸性雨MN第２回専門家会合を開催
新潟で東アジア酸性雨MN第３回専門家会合を開催

広島で東アジア酸性雨MN第４回専門家会合を開催
新潟に酸性雨研究センターを設立
環境庁が第四次酸性雨対策調査を開始
第６回酸性雨国際会議（つくば）西暦

アジアの状況

1863
1865
1872
1873
1883

この頃インド（英），仏印（仏），南洋諸島（独）
で降水調査

1956
1968

1983

の

状

況

英国でアルカリ法が成立
アンガス・スミスがアルカリ監督官に就任
この頃ドイツでリービッヒの指導により降水分析
アンガス・スミスが『大気と降水』を著す
ロンドンスモッグ（1880年にも）ラッセルらがロンドンに降水観測網を設置

ロンドンで大スモッグ
ゴーハムが水域環境の酸性化を指摘
ロスビーとエグナーが北欧で降水成分の広域観測を開始
欧州大気観測網（EACN）の発足
オデンが硫黄化合物の長距離輸送を指摘

1952
1955

1973
1975
1976
1977
1978
1979
1980

米

英国でアルカリ法の成立
ミラー『ヘブリデスとアイスランドの降水組成』
ケルナーが霧水分析をもとに旧い海塩核説を提唱
セーレンセンがpHの概念を提唱

1919
1923

1972

欧

各地に気象機関のバックグラウンド観測所を開設

韓国で最初の酸性雨調査
韓国でソウル地域の酸性雨調査
中国で第一次酸性雨調査
中国で第二次酸性雨調査
中国で国務院環境保護委員会の採択

ストックホルムで国連の「人間環境会議」を開催
OECDの主宰によるモニタリングプログラムの開始
米・加間で２国間協議を開始
第１回酸性雨国際会議（Columbus，アメリカ）
カナダに CANSAPが発足
ヨーロッパでEMEPが発足
米国でNAPAPが10か年の調査研究を開始
長距離越境大気汚染条約の締結
第２回酸性雨国際会議（Sandefjord，ノルウェー）
米・加間で越境大気汚染に関する覚書を交換

EMEP費用負担議定書の採択
第３回酸性雨国際会議（Muskoka，カナダ）
ヘルシンキ議定書の採択（SO2排出量の30％削減）

1984
1985

1988

重慶で酸性雨に関する国際会議を開催

ソフイア議定書の採択（NOx排出量の凍結）

1990

中国で第八次五ヶ年計画

1991

世界銀行による RAINS-Asia

第４回酸性雨国際会議（Glasgow，スコットランド）
米国で新大気浄化法が成立
VOC排出抑制議定書の採択

1992

台北で東亜地区酸雨国際研討会を開催
日本の環境庁が東アジア酸性雨 MN 構想を提唱
富山で第１回専門家会合を開催

1993

1994
1995

東京で第２回専門家会合を開催
新潟で第３回専門家会合を開催

オスロ議定書の採択（SO2排出量のさらなる削減）
第５回酸性雨国際会議（Gothenberg，スウェーデン）京都でCOP3を開催

1996

1997
1998

リオデジャネイロで国連の「環境開発会議」を開催

広島で第４回専門家会合を開催
横浜で第１回政府間会合を開催。試行稼動に合意。
横浜で第１回暫定科学諮問グループを開催

2000

新潟で第２回政府間会合を開催

2001

東アジア酸性雨MNを本格稼動

複数物質・複数影響議定書の採択

電中研レビュー No.43● 5

は

じ

め

に

理事 狛江研究所長 福島 充男

越境大気汚染という言葉で代表されるように，酸性雨
は多国間にまたがる環境問題である。欧米では1970年代に森林衰退や湖の酸性化が顕在化し，酸性雨との因果関係について国際的な科学論争が展開された。しかし，各国の合意を踏まえて排出削減が実践された結果，問題は収束に向かいつつある。
これに対して，経済成長の途上にある東アジアでは，化石燃料の消費拡大によって二酸化硫黄や窒素酸化物の排出量が急増しており，都市域の大気汚染など深刻な環境問題を引き起こしている。そして，近い将来，越境汚染が増大するのではとの懸念がある。このため，欧米の研究者も参画して，現状把握と将来の広域輸送に関する研究が繰り広げられている。また，環境庁の尽力により「東アジア酸性雨モニタリン
グネットワーク」が本年１月に正式に稼働した。
当研究所における酸性雨研究は，1980年代の中ごろにスタートした。1987年には通商産業省からの受託研究を開始し，所内研究と受託研究を連動させる形で，原因物質の発生から環境影響の発現までの一連の過程を総合的に評価することを目標に研究を進めてきた。東アジア諸国および欧米の研究機関との共同研究も独自に展開し，観測データや評価モデルの共有を通して酸性雨問題の相互理解に努めた。これまでに得られた研究成果の前半部分は，電中研レビューNo. 31「酸性雨の影響評価」（1994年11月発行）で紹介させていただいた。
このレビューでは，それ以降の研究成果を中心に，内外の動向を含めて紹介する。21世紀を迎え，東アジアにおける経済発展と環境保護の両立を考えるうえで，いささかなりともお役に立てば幸い
である。

6

第

章

1

酸性雨問題の変遷と当研究所の取り組み

第１章

酸性雨問題の変遷と当研究所の取り組み ● 目狛江研究所大気科学部長

上席研究員

藤田

次
慎一

１−１

酸性雨問題の始まり ………………………………………………………………………………………………………… 9

１−２

アジアの酸性雨 …………………………………………………………………………………………………………… 12

１−３

当研究所の取り組み ……………………………………………………………………………………………………… 15

藤田 慎一（1975年入所）
酸性雨課題推進担当として、当研究所の酸性雨研究を統括するとともに、大気の物理と化学に関する研究を分担してきた。現在は、大気中での硫黄酸化物や窒素化合物の収支と濃度の経年変化に関する研究を進めている。

8

１−１

酸性雨問題の始まり

1-1-1 は じ め に
産業革命が成熟した 19 世紀中ごろのイギリスは、生産活動が著しく進展した反面、大都市や工業地域で環境問題が深刻化した時代であった。ロンドンなど大都
市では、石炭の燃焼により排出される二酸化硫黄（SO2）や降下ばいじんは、凄まじい大気汚染を引き起こした。
化学工業の分野では、原料として大量のソーダ灰を必要とした。ソーダ灰の製造方法として、ソルベー法はまだ工業化されておらず、ルブラン法によって副産される塩化水素（HCl）は、深刻な環境汚染を招いた。マンチェスターなど工業都市の後背地では、緑林は枯れ果て「死海の辺」のように荒廃したといわれる。
ソーダ産業による環境汚染に音を上げた政府は、
1863 年にアルカリ法を制定し、アルカリ監督官のポストを新設した。その初代に任じられたのは、王立協会
会員の化学者アンガス・スミスである。1872 年に出版された大著『大気と降水』¸のなかで、スミスは酸性雨を意味する acid rain の術語を初めて用い、酸性のガス

図1-1-1や雨が綿布を脱色し、構造物や金属を腐食し、農作物

スミス著『大気と降水』（1872）の中扉（国立国会図書館蔵）に被害をもたらした事例を示した（図 1-1-1）。
スミスの時代、酸性雨の原因物質は HCl と SO2 であった。HCl による環境汚染を解決に導いたのは、ソルベー

1-1-2

ヨーロッパの酸性雨が工業化に成功した当時の先端科学技術であり、アルカリ法を初まりとする近代的な環境法の制定である。

同じころドイツでは、別の視点で降水の分析が行わだが石炭の燃焼による大気汚染に有効な解決策は見出れていた。降水中に含まれる NH4 ＋や NO3 −などの窒素せず、その後も事情は好転しなかった。抜本的な大気化合物は、作物の栄養源として農学者の興味を引いた。

汚染の改善は、苦いスモッグ事件を幾度も経験して、その提唱者は農芸化学の始祖であり、スミスの師でも1956 年に大気清浄法が制定されるまで待たねばならなあるリービッヒである。大気中には作物の生育に必要

¹

かった 。
降下ばいじんと SO 2 を相手に悪戦苦闘している間に、な量の窒素分があるから、肥料として与えることはな
い。リン酸塩とアルカリだけ施せばよいと考えたので新たな環境問題が現れた。モータリゼーションの発展ある。この学説を検証するためリービッヒは、1840 〜

により、窒素酸化物（NOx）が汚染物質として登場した

1860 年代に各地で降水の分析を行ったº。その影響はドこと。広域規模の輸送現象が発見されたことである。

イツにとどまらず、ヨーロッパの各国、そして科学技

火の手は 1960 年代の終わり、北海を挟んだ対岸のスカ術の揺籃期の日本にもおよんだ。

ンジナビアにあがった。

なかでも精力的な研究が行われたのはイギリスであ

電中研レビュー No.43 ● 9

った。ロザムステッドに農事試験場を創設したロースと気象擾乱との関係が議論されるようになったのであとギルバートは、長期間にわたる実験を行なった。彼る。観測網の整備と拡大とが、研究の進展に貢献したらの後継者は、リービッヒの学説を正して窒素肥料のことはいうまでもない。

＋−

必要性を説き、窒素化合物として NH4 と NO3 とが同

スカンジナビアの観測データを解析したスウェーデ
ンの土壌学者オデンは、この地域の降水は酸性化の傾

じように有効なことを示した。
ドイツのホーエンハイムの農事試験場から駒場農学向を強めており、その原因は海をわたってイギリスや校（東京大学農学部の前身）に招請された農芸化学者

ドイツから輸送された SO2 にあるに違いないと確信する。

ケルナーも、窒素化合物の供給源に興味をもった一人同じころスウェーデンの西海岸では、多くの湖が酸性である。1883 〜 1885 年にケルナーは、東京で降水の分化して水棲生物に影響を与えていることも判明した。

析を行なった » 。ケルナー論文を今日的な眼でみると、オデンらの進言を受けたスウェーデン政府は、1972 年＋−にストックホルムで開催された国連の「人間環境会議」の濃度を定量した点に価値が見出される。当時のヨーでこれを提起する。アンガス・スミスが『大気と降水』

ロッパの学術誌に何回か引用されるなど、その意義はのなかで化学気候学の始まりを宣言し、酸性雨の環境

小さくなかったと推察される。窒素化合物の供給源と影響を論じてから、奇しくも 100 年目の年であった。

わが国の生産活動が小さかった時期に、NH 4 や NO 3

して、当時もっとも注目されたのは降水であった。こスウェーデン政府が人間環境会議に提出した報告書½

れに対する答としてケルナーは「降水量は絶対量の尺は、賛否両論の大きな反響をよんだ。隣国のノルウェ

度でない」ことを、気候条件が異なる東京とロザムス

ーは好意的であり、指弾されたイギリスやドイツは冷テッドのデータの比較により結論したのである。

淡であった。原因究明に乗り出した経済開発協力機構

ヨーロッパの降水化学は、第２次大戦後に新たな展（OECD）は、1972 年に 11 か国の参加のもとに、長距離開をみる。スウェーデンの土壌学者エグナーは、栄養

越境監視評価に関する協力計画（LRTAP）を発足させ

塩の循環を調べるため、国内に多数の採取器を設けてた。オデンらの主張を確認するためには、越境大気汚いた。この観測網は 1956 年に、大気大循環の研究で高染を定量的に評価する必要があった。このためヨーロ

名なロスビーが主宰するストックホルム大学の気象学ッパを対象に、長距離輸送モデルの「原版」を開発し、教室に移管され、後に欧州大気化学観測網（EACN）と排出量と沈着量の収支を国ごとに算定した¾。

よばれるネットワークの中核となる。ロスビーとエグ

また 1977 年には、国連の欧州経済委員会（ECE）のナーは「化学気候学」という分野を提唱した。そして協賛をうけ、東ヨーロッパを含む 16 か国の参加のもと多地点で採取した降水を分析し、気圧配置など気象条に、欧州監視評価計画（EMEP）が発足した。ヨーロッ¼

件との関係について説明を試みた 。同僚のエリクソン

パ各国はこのプロジェクトにより、同一の観測マニュ

は、硫黄化合物の収支の研究に先鞭をつけた。

アルに基づいてモニタリングを実施し、原因物質の排

化学気候学の術語は、ロスビーらが最初に提唱した出量データを共有し、長距離輸送モデルを用いて越境

ものではなく、アンガス・スミスが『大気と降水』を

大気汚染を評価することになった。こうしてエグナー著わしたときの副題でもあった。だがその内容は 80 年

らがスウェーデンで始めた小規模な観測は、30 年後に間にだいぶ変っていた。スミスの時代の降水化学は、はイベリア半島から旧ソ連国境までを網羅する大規模スポット的な観測が中心であり、濃度分布を面的にとな観測ネットワークへと発展する。

らえる発想はまだなかった。19 世紀の終わりになり、実態調査の結果、降水の酸性化がほぼヨーロッパ全

大気汚染が深刻化すると、セントバーソロミュー病院

域を覆う現象であり、湖沼の生態系の衰退とも関係すの化学者ラッセルは観測網の考え方を導入し、デポジることが確認された。ところが OECD が行なった数値

ットゲージとよばれる統一規格の採取器を考案して降実験の結果、ヨーロッパ各国の間には越境大気汚染が水を分析し、濃度分布の地図を作った。だがその広さ交互する結果が得られたことから問題は複雑化した。

は、水平距離で数十 km の範囲にとどまった。20 世紀の

各国は自国の環境対策と併行して、対外的な対応も迫

中ごろロスビーらの時代になって、ようやく成分濃度られたからである。

10

1979 年に開催された ECE の環境担当相会議には 32 からは、北アメリカでも酸性化の兆候がみられると主張

国が参加し、長距離越境大気汚染条約（1983 年発効）

した。1976 年にカナダは降水観測網（CANSAP）を設を採択した。この条約に基づき 1985 年には、ECE に属け、広域モニタリングを開始した。その背景には、国する 21 か国の署名のもとに、ヘルシンキ議定書（1987

内に沈着する酸性物質の一部が、アメリカから越境し年発効）を採択した。議定書を批准した国は、通称たものではないかという懸念があった。

「30 ％クラブ」とよばれる SO2 の削減協約、つまり各国一方のアメリカでは、1978 年に国家大気物質沈着計

における 1980 年時点の排出量の最低 30 ％を 1993 年まで

画（NADP）が発足し、1980 年には全米酸性降水影響に削減することが義務付けられた。さらに 1988 年には、評価計画（NAPAP）の傘下に大規模な調査が始まっ

ECE に属する 25 か国の署名のもとに、ソフィア議定書た ¿ 。SO 2 の排出源は五大湖の南東部に集中しており、（1991 年発効）を採択した。議定書を批准した国は、酸性化が著しいのは五大湖の北東部であった。1980 年

1994 年までに各国の NOx の排出量を、1987 年時点のレにアメリカとカナダは「越境大気汚染に関する合意覚

ベルに凍結することが義務付けられた。

書」を交換する。カナダは、自国の湖沼生態系の衰退

具体的な削減方法は各国に任された。矢面に立たさは明らかだから、硫酸と硝酸の沈着量が 1 ha あたり 20れたのは、電気エネルギーの供給を石炭火力発電所に

kg を下まわるよう、排出源側で対策を講ずるべきだと頼ってきた各国の電気事業である。だが各国の内情は主張した。これに対してアメリカは、ソースとレセプ

相応に複雑であった。電気エネルギーをおもに原子力タの関係は科学的に説明されたものではないとして、に依存するフランスは、当初から酸性雨にあまり関心

自国の排出源に抑制を求めるには、なお調査・研究がを示さなかった。排出国の一つと指弾された旧西ドイ

必要だという態度を最後まで崩さなかった。

ツも最初は冷淡であった。ところが国内の森林衰退を1983 年に 30 ％クラブが発足すると、カナダはこれを目の当たりにしてから態度を急変し、もっとも熱心な上まわる 50 ％の削減計画を打ち出した。アメリカは事排出削減の推進国となった。イギリスはヘルシンキ議

実上これを無視した。当時アメリカで SO2 の 70 ％近く

定書を批准したが、対外的には削減率をなかなか約束を排出したのは、石炭火力発電所であった。だが日本しなかった。国内的には電力庁の民営化問題も抱えてとは違ってアメリカには電力会社が数百もあり、なかいた。電気エネルギーをおもに水力に依存するスカンには環境対策にすぐ費用を投じられない零細なものもジナビアには、もともと大規模な石炭火力発電所はなあった。矢面に立たされた電気事業は、電力研究所

かった。だが、原子力発電の凍結という国内事情によ（EPRI）を中心に精力的な調査を開始したÀ。

り、スウェーデンはその不足分を何に求めるかの選択を余儀なくされる。

国内で大議論が交わされたにもかかわらず、1987 年に発表された NAPAP の中間報告書は「酸性雨の影響は1980 年代の終わりに怒涛のように始まった東ヨーロ小さい」という消極的なものであった。レーガン政権

ッパの崩壊は、排出削減がまがりなりにも走り出しては、酸性雨法の立法に対して後向きの姿勢に終始した。

いたヨーロッパの酸性雨を錯綜するものにした。西ヨ1989 年に発足したブッシュ政権はまもなく、SO2 排出量ーロッパを凌駕するといわれながら、なかばベールにの大幅削減を骨子とした大気浄化法の改訂に乗り出す。

包まれていた大気汚染の実態が露見したからである。

そしてカナダを訪問して、国内の環境対策を具体的に

旧チェコスロバキア、ポーランド、旧東ドイツの国境進める約束をし、10 年以上にわたる政策論争はひとま地帯にある森林は、ほとんど壊滅状態にあることが判ず決着をみた。

明した。

このように排出削減をめぐる経緯は、ヨーロッパと北アメリカとでは事情が異なった。小国が陸続するヨ

1-1-3

北アメリカの酸性雨

ーロッパの進め方は、科学論争の結論を全部待たないで、政治決着の形で方向を定めたものであった。臨界1970 年代になると、酸性雨への関心は北アメリカで負荷量の評価など、研究の一部は将来の課題として残も高まった。過去の分析データを解析したライケンズされた。これに対して本質的に２国間の問題であるア

電中研レビュー No.43 ● 11

メリカは、莫大な人・物・金を投じて調査を先行し、EPRI をはじめとする電気事業の研究機関も、プロジェ

その結果をふまえて国内法を改訂した。

クトの規模を縮小した。酸性雨は先進国から途上国のいずれにせよ、排出削減が国際的な合意のもとに走問題と見なされ、生産活動の進展が著しい東アジアにり出したヨーロッパや北アメリカでは、酸性雨問題は世界の関心が集まり出した。国内の環境対策に見通し

収束にむかい始めた。1990 年代になると、環境問題のを得たアメリカは、極東地域の環境安全保障のカード

関心はもっぱら地球温暖化に向けられるようになった。

に酸性雨を使って、中国を牽制し始めた。

１−２

アジアの酸性雨

心が集まるようになった。1933 年に中央気象台の倉茂1-2-1 は じ め に

英次郎 Å は、測候関係が将来研究すべき項目を調査し、その一つに「各地の降水の酸性度とそれが産業におよ

ケルナーが 1892 年に帰国した後、降水の分析は農商ぼす影響」をあげている。中央気象台は 1935 年に化学

務省の農事試験場の手に移った。東京西ヶ原の本場と掛を新設し、三宅泰雄の指導のもとに降水の分析を開

畿内、九州、陸羽の各支場では、川島禄郎の指導によ始したÆ。第２次世界大戦末期に中断した調査は、戦後り、1913 年から 20 年間近くにわたって大規模な調査がの早い時期に再開された。だが気象行政の整理・統合Á行われた 。

のなかで、まもなくほとんどの地点で打ち切られた。

降水の化学組成は、農芸化学のほか林学、公衆衛生学、気象学などの分野でも関心事であった。鉱煙によ最後まで残った神戸海洋気象台でも、1961 年をもって
約 25 年間にわたる観測の幕を閉じた。

る森林の被害は、当時大きな社会問題であり、鏑木徳

気象庁が岩手県三陸町の綾里で降水の分析を再開し二などの林学者によって精力的な調査が進められた。

たのは、約 15 年をおいた 1976 年である。この調査は世早くから工業化が進んだ阪神地域では、日本のマンチ

界気象機構の勧告を受けて、大気バックグラウンド汚

ェスターとよばれた大阪の大気汚染がまず深刻化した。

染観測網（BAPMoN）の一環として始められたもので1918 年に大阪市は、鏑木徳二にヨーロッパの大気汚染あるÇ。綾里はその地域観測所として出発したが、1994の調査を委託する。その結果、市立衛生試験所では年に日本では初めて南鳥島に基準観測所が設けられ、1920 年から降下ばいじん量の測定が始められた。このCO2 濃度や大気混濁度とならんで降水の分析が始まった。

調査は第２次大戦末期に中断したものの、70 年以上にわたって続けられてきた。大阪市は、全国に先駆けて

1-2-2

日本の酸性雨1932 年に「ばいえん防止規則」を制定し、その後の各都市における活動のきっかけを作ったÂ。

わが国の酸性雨は、ヨーロッパや北アメリカとは少第２次大戦後、大気汚染が再燃するなかで、降下ばし違った形で出発した。1973 年と 1975 年の梅雨の時期、

いじん量の測定は他の都市にも広がった。イギリス規

関東地方の住民の多くから眼や皮膚の痛みを訴える届格に準拠したデポジットゲージが用いられ、気象条件

け出があった。植物や農作物の一部には可視障害もみを考慮して採水瓶の大きさに工夫がなされた。溶存成られた。被害地域で酸性度の強い降水が観察されたこ分の分析も順次始められた。熊本や四日市では、1960とから、濃度や組成に関心が集まり、環境庁や自治体〜 1970 年代にかけて pH が経年的に低下したことも報告

によって調査が行われた。その結果、被害はホルムア

Ã、Ä

されている

。

1930 年代になると、気象学の分野でも降水化学に関12

ルデヒトや過酸化水素など刺激性物質と、水素イオンとの相加作用によると推定された。だがその全体像は、

1000

排出量（万トン／年）

800

日
露
戦
争
の
勃
発

第
一
次
世
界
大
戦
の
勃
発

↓

↓

600

400

SO2

NOx

第
二
次
世
界
大
戦
の
勃
発

第
二
次
世
界
大
戦
の
終
戦

↓

↓

公
害
対
策
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法
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制
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環国
境連
庁の
の人
発間
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境
会
議

国
連
の
環
境
開
発
会
議

↓

200

0
1900

1920

1940

1960

1980

2000

年

図1-2-1

わが国における過去100年間の二酸化硫黄と窒素酸化物の排出量の推移

完全に解決せずに残された。皮肉なことに、環境庁が 5

度からは５か年計画で「第２次調査」に引き継がれた。

か年計画で調査を開始した 1975 年の夏を最後に、被害

国設大気測定局に自動計測機と自動開閉型の採取器をは聞かれなくなった。わが国ではこの一連の事件をさ設置し、濃度の連続測定と降水の分析とが行なわれたÌ。

して「湿性大気汚染」、あるいは酸性雨とよんできたÈ。

第２次調査は 1993 年度に終わり、1994 年度からは酸

湿性大気汚染が起きた 1970 年代のわが国は、1960 年

性雨の未然防止を目標に掲げた「第 3 次調査」が５か年代に深刻化した公害問題をうけて 1968 年に大気汚染防計画でスタートした。新たに離島に酸性雨測定所を新止法が制定され、SO2 排出量が急激に減少し始めた時代設するなど、観測網の拡充・強化が図られた。第３次と符合した（図 1-2-1）。同じころ欧米で喧伝された越調査の『中間とりまとめ』は 1997 年４月に発表されたÍ。

境大気汚染は、まだ問題視されてなかった。当時としこのなかでは、日本海側で冬季に SO42 −濃度の上昇が認て世界を先行した環境保全対策と、独特の気象条件やめられ、大陸の影響が示唆されること。アルカリ度の地理要因もあいまって、広域的な被害は将来的にも生低い湖沼が確認され、数値実験の結果では、早い場合

じないという見方が支配的であった。上層には偏西風

30 年後に酸性化する可能性があること。原因不明の樹が吹くこと、海に囲まれた島国であり物質が滞留しに木衰退が引き続き確認されることなどが指摘された。

くいこと、酸性物質に対して緩衝能をもつ土壌が多い

陸水の酸性化は、当研究所の見解Îと異なるものであっこと、閉鎖性の湖沼が少なく陸水の交換が早いことが、たが、『最終とりまとめ』の段階で訂正された。

あまり明確な根拠なくその理由とされた。

環境庁の第１次調査を実質的に支えたのは、自治体

ところが 1986 年に、群馬県衛生公害研究所の関口恭の試験研究機関であった。1988 年に始まった第２次調

É

一 が関東地方でみられるスギ衰退を報告し、その原因

査では、観測地点が国設大気測定局に切り替わったたとして酸性雨を指摘したことから事情は一変した。原め、有力な自治体が中心となり行政枠を越える形で全因不明のスギ衰退とオキシダント指数の分布はよく対国を５ブロックに分け、広域モニタリングを開始した。

応することも分かり、環境庁と林野庁は緊急調査を行

梅雨など特定の気象条件を選び、第１次調査と同じÊなった 。これに先立って環境庁は、1983 年に酸性雨対「ろ過式採取器」を用いて集中観測を行った。全国公害策検討会を設置し、環境影響が顕在化したときに備え

研協議会の傘下に、全国 100 地点以上からなる独自のネて５か年計画で「第 1 次酸性雨対策調査」を開始していットワークが展開されたÏ。

た。その結果、全国の多くの地点に欧米なみの酸性物
Ë

質が沈着していることが分かった 。
環境庁の第 1 次調査は 1987 年度に終了し、翌 1988 年

当研究所では、硫黄化合物の輸送や収支の解析を目的に、1987 年から全国規模のモニタリングを開始したÐ。
1990 年以降は西日本地域への集中化を図り、あわせて

電中研レビュー No.43 ● 13

当研究所が主宰する東アジアのネットワークに組み込立環境研究院は、ソウル地域に 18 か所の観測局を設けんだ。統一手法のもとに実施された共同観測としては、て予備調査を行った。1984 年には『酸性雨測定網運営

東アジアで最初のものであるが、所期の目的を達した

指針』が制定され本格調査が始まった。観測局の数はため 1996 年９月をもって足掛け 10 年にわたる調査の幕

その後も増加し、自動開閉型の採取器への切り替えをを閉じた。

進めるなど、ネットワークの整備・拡充が図られた。
観測局の総数は、1995 年には全国 39 都市・ 92 地点に達1-2-3

東アジアの酸性雨

したÓ。黄砂襲来時の降水組成の研究や、長距離輸送モ
デルの開発も始まった。ソウルにおける降水の pH は、

1980 年代になると、酸性雨への関心は東アジア各国

夏季にやや高く冬季にやや低くなる傾向がある。工業でも高まった。中国における酸性雨の調査は、1970 年

都市の蔚山では、1993 年以降の pH に上昇の傾向が認め

代の終わりに試行的に始められ、重慶など西南地域のられる。残念ながら北朝鮮の状況はよくわからない。

都市では、予想よりも酸性化は著しいことが判明した。

台湾における酸性雨の調査は、行政院環境保護署に同じころ行われた北京や南京の調査では、酸性化の兆よって 1984 年に始められたÔ。西海岸の台中にアジア最候はみられないが、硫酸や硝酸の濃度は高いことも分

大級の石炭火力発電所を建設中の台湾電力公司も、独

Ñ

かった 。

自の調査を進めてきた。1990 年には環境保護署によっ1982 年に国家環境保護局は「全国第１回酸性雨会議」て、離島を含む 10 地点に観測局が設けられた。代理表を開催し、その結果を受けて第６次５か年計画の一環

面法による乾性沈着量の測定が行われていることは特として 1983 年から２年間、四川省と貴州省で「第１次筆される。調査結果によると、酸性度の強い降水はお調査」を行った。その結果、都市の酸性雨は深刻な状もに北部で春季に発現する。硫酸と硝酸の濃度はこれ況にあることが確認された。平坦な北東地域と比べると似た季節変化を示す。東アジアを対象にした長距離と大気の交換時間は長く、降水量は多く、土壌の酸緩輸送モデルの開発も、台湾大学などで進められている。

衝能は弱いことがその理由とされた。第１次調査をふ

台湾の大気質に影響をおよぼすおもな排出源は、季節

まえて、1985 年からは第７次５か年計画の一環として風が卓越する冬季は上海付近に、また梅雨季は華南地「第２次調査」が行なわれた。国家環境保護局が作成し域にある。1995 年５月には、台北で「東亜地区酸雨国

た観測マニュアルをもとに、28 省区に約 200 地点からな

際研討会」が開催されたÕ。

る大規模な観測ネットワークが設けられた。華南３省

東南アジアでは、19 世紀の終わりにオランダ、イギ

区では重点観測も行われた。その結果、降水の酸性度

リス、フランスなど旧植民地の宗主国による降水の分の強い地域は局地的なこと、酸性度は年々上昇の傾向

析が行なわれたものの、酸性雨モニタリングは東アジにあること、農作物、森林、建築物などに被害を生じアと比べて遅れた。ロザムステッドの農事試験場のミていることが判明したÒ。

ラーは、1913 年に発表した論文のなかで、アンガス・

1990 年以降は、第８次５か年計画のもとに、華中７スミス以来 50 年間にわたる世界各地の分析値を集成し省で調査が行われた。その結果、湖南省の長沙など華たÖ。そのなかにはジャワ、カルカッタ、ハノイなどの中地域の酸性雨が深刻なこと、巨視的にみると酸性化

興味深いデータが掲載されている。植物の生育が旺盛は東へ拡大していること、環境被害には大気汚染物質な熱帯の情報が、窒素化合物の供給源を知るうえで必の直接影響も関与していること、酸性化の原因は石炭要とされたためである。1970 年代になると BAPMoN の燃焼に起因する SO2 にあることが確認された。行政当局一環として、東南アジアにも観測地点が設けられた。

は石炭の硫黄分の低下、住宅暖房のガス化、環境アセ欧米の研究機関の協力をうけて、既往のデータの再解

スメントの実施などの環境対策を策定し、その一部は

析も始められた。マレーシアやタイの主導のもとに、実行に移されてきた。

「南・東・南東アジア酸性雨ネットワーク」

韓国における酸性雨の調査は、1970 年代の終わりにソウルと蔚山で行われたのが最初である。1980 年に国14（ARNSESEA）を構築する動きもあった。
このようにアジアの各国は、独自に国内のモニタリ

ングを進めてきた。だが試料の採取や分析の方法はまして構想の実現に向けて４回の専門家会合を開催し、ちまちであり、ヨーロッパの EMEP や北アメリカの技術マニュアル原案の策定を進めた×。1997 年２月に広NAPAP のように、国際的に標準化されたものではなか

島で開催された第４回会合で合意の形成がなされ、本った。こうした背景のもと、アジア地域に共通の観測

格稼動までの暫定ネットワークセンターは新潟に置かネットワークを構築する必要性の声が高まり、国連環れた。1999 年に始まった環境庁の「第４次調査」では、

境開発会議、環日本海環境協力会議、エコアジア環境

国設観測網の見直し作業などが進められた。2001 年１相会合などの場で議論されてきた。

月、EANET は国連環境計画の傘下に 10 か国が参加しわが国の環境庁は、1992 年に「東アジア酸性雨モニタて本格稼働を開始し、酸性雨研究センター（ADORC）

リングネットワーク（EANET）」構想を提唱したÜ。そがそのコーデネータに指名された。

１−３

1-3-1 は じ め に
わが国の電気事業では、環境保全を経営の重点課題

当研究所の取り組み
1-3-2

硫黄化合物が関与した酸性雨の研究

まず広域的な観測ネットワークを独自に構築して、に位置づけ、地域社会との共存を図ってきた。火力発

日本列島の硫黄化合物の収支を調べた。その結果、硫電所の建設にさいしては、事前に広範な環境アセスメ

黄化合物の総沈着量は、みかけ上、人為起源の SO2 の排

ントを行なって環境の保全や保護につとめ、化石燃料

出量を２倍以上上まわることが分かった。硫黄化合物の使用にあたっては、良質な燃料の利用、さまざまなの起源を明らかにするため、独自の長距離輸送モデル

環境対策の実施、燃焼方式の改善を積極的に進めてきを開発して解析した。国内に沈着する硫黄化合物のうた。発電の過程で生じる副産物や廃棄物の処理・処分

ち、国内の人為起源に由来するものは約 40 ％、火山活についても、素材としてリサイクルの割合を広げるな動に由来するものは約 20 ％、国外の人為起源に由来す

ど省資源化に努めてきた。

るものは約 40 ％と推計された。

ところが、環境問題をとりまく情勢は 1980 年代の終

環境の酸性化が顕在化している欧米では、河川・湖

わりに大きく変化した。地域社会の枠を越えた広域規

沼の水質変化を予測するモデルが開発され、環境対策

模の問題に関心が集まり、エネルギーと環境との調和の策定に利用されている。EPRI が開発した流域の酸性が強く求められるようになったのである。こうしたな化予測（ILWAS）モデルをもとに、鉱物の風化速度やかで当研究所は、1980 年代の初めに研究に着手し、ま植生作用などに仮定をおき、わが国でもっとも影響がず植物影響と降水化学の課題に取り組んだ。1987 年に生じやすいと考えられる流域条件を設定して長期予測

は通商産業省からの受託研究が発足し、所内研究と受を行った。その結果、現状レベルの酸沈着量が続くか

託研究を連動させる形で、酸性物質の沈着量、スギ衰ぎり顕著な酸性化は生じない。だが沈着量が現在の２退の実態、山地流域での物質移行、表層土壌の酸緩衝

倍程度になると、その累積効果によって、長期的には能などの研究をフェーズ I（1987 〜 1992 年）として進め酸性化が起こり得ることが分かった。

た。東アジア各国との共同観測も、世界に先駆けて開樹木に対する酸性物質の影響を評価するため、代表始した Ø。1993 年からはフェーズ II（1993 〜 1997 年）

的な樹種を対象に暴露実験を行い、可視害の発現や乾として、「硫黄化合物が関与した酸性雨」の研究を展開

物生長の変化を調べた。わが国でみられるスギ衰退に

Î

した 。

は、オゾンと水ストレスの影響が複合的に関与している可能性が高い。また、現状レベルより高濃度の SO2 が電中研レビュー No.43 ● 15

負荷されたときには、乾物生長の低下する樹種がいく

EANET は 2001 年１月に本格的な稼動を開始した。

つかある。このため、仮に東アジアで SO2 濃度が大幅に第６回酸性雨国際会議は、アジアでは初めて 2000 年 12上昇することがあれば、オゾンとの複合作用によって、月につくばで開催された。東アジアの酸性雨に世界のいくつかの樹種に影響のおよぶ可能性はあることが分

関心が集まり、その解決に日本の貢献が求められるよかった。

うになった証といえよう。独り日本が最新の環境対策

森林土壌に対する酸の臨界負荷量の研究は、ヨーロを施せばよいという時代ではなくなったのである。研ッパで始められ、東アジアにも適用が試みられてきた。

究課題の中心も SO 2 から NO x、湿性沈着から乾性沈着、当研究所では、可能なかぎり実測データを評価に反映

実態把握から現象のモデル化というように変化した。

させることを方針に、群馬県の表層土壌の臨界負荷量

RAINS-Asia Úに代表されるように、酸性雨の全体像をを推定した。推定した値は、世界銀行の酸性雨プロジ

一貫したモデルで捉え、実効ある環境対策に役立てよェクト RAINS-Asia の値より約１桁高いものであった。

うという社会科学型の研究も志向されるようになった。

土壌酸性化にともなう影響発現の閾値は、ヨーロッパ

環境問題の発現が予測されたとき、あるいは既に発の方法を踏襲して塩基とアルミニウムの濃度比を 1 とし現しているとき、ソースとレセプタの関係を定量的にた。だが、人工酸性雨を用いた暴露実験の結果による説明し、科学の成果を対策の実現に反映させる筋道はと、この値は樹種によって異なるため、わが国の森林避けて通れない。両者を介在するのは、大気圏・水

生態系を考慮した閾値の設定や評価モデルの整合性に

圏・地圏・生物圏における物質輸送と物質循環というついて、さらに検討が必要なことが分かった。

基本原理である（図 1-3-1）。相手国に対策の実現を迫

酸性雨の構造物影響については、社会的な付加価値

るうえで、厳密な科学的裏付けが要求されるのはもちが高いコンクリート構造物を対象に検討を進めた。短ろんであり、1980 年代にアメリカがカナダに反論した

期間の実験で化学的劣化を評価する促進試験の方法はのもこの点であった。一方で科学的な結論を待って対ないため、水和物の分解や強度に関する長期的な評価策を講じたのでは、往々にして遅すぎるのも確かであは難しい。だが表面侵食量などは、降雨量との関係でり、ヨーロッパは政治決着で方向を求める道を選んだ。

評価が可能なことが分かった。このため、より明確な

21 世紀を迎え排出量の増大が予測される東アジアでは、傾向が判断できるまで、５年間の長期暴露実験を開始

今後の選択肢について議論が展開されることになろう。

した。

こうした趨勢をふまえて当研究所では、1997 年から以上の成果は、1996 年 11 月に東京で開催した国際セはフェーズ III（1997 〜 2000 年）として、「窒素化合物

ミナー「酸性物質の輸送と影響評価」の場で国内外のが関与した酸性雨」の研究を展開してきた。研究の目

Î

関係者に紹介された 。1997 年 12 月は、酸性雨に関心

標は「広域輸送の評価」「環境影響の評価」「総合評価」をもつ多くの分野に参加をよびかけ、東京で公開セミの三つである（図 1-3-2）。広域輸送の評価では、大気

ナー「酸性物質の広域輸送と環境影響」を開催したÙ。
大気圏

1-3-3 窒素化合物が関与した酸性雨の研究
輸送・拡散
地表面

排出源

1980 年代までの酸性雨は、先進国が集まるヨーロッ
パや北アメリカの環境問題であった。だが国際的な排

変

前駆物質

出協約が走り出した結果、問題は収束にむかい始めた。

質

酸性物質

これに対して、今後発展が予想される東アジアでは、重要な環境問題として大きく浮上するようになった。
国内問題の立場に固執してきた中国も、量的な評価は◯◯◯排出源の種類
排出源の高度
排出源の強度

沈着・除去

◯
◯
◯

土壌・陸水の酸性化
森林の衰退
構造物の劣化・腐食ともかく実態として、広域的な物質輸送が存在することに表立って反対しなくなった。

16

図1-3-1

環境大気中における酸性物質の輸送過程

広域モニタリング

地球の温暖化
広域輸送の評価

長距離輸送モデルの開発

地球環境問題
環
境
問
題
へ
の
取
り
組
み

樹木影響の評価

流域の酸性化予測

地域環境問題環境の酸性化

環境影響の評価

臨界負荷量の評価（酸性雨）
環境共生方策

森林への総沈着量評価

構造物影響の評価

総合評価

図1-3-2

電力中央研究所における酸性雨研究の展開

圏を対象に窒素化合物の動態を観測し、排出から沈着ある。

までの過程をモデル化する。環境影響の評価では、地人類が直面する経済（Economics）、エネルギー

表面に沈着した酸性物質が、地圏・水圏・生物圏を循（Energy）、環境（Environment）の三つの E のトレー環する過程を追跡し、環境が許容し得る負荷量を評価

ドオフは、しばしば「トリレンマ」の名でよばれる Û 。

する。あわせて構造物影響や、樹木衰退におよぼす複トリレンマを解決するためには、環境の分野を切り離合要因を解析する。総合評価では、将来のエネルギー

すことなく、三つの分野の叡智を結集して総合的に取需給を分析し、排出量の推移をシナリオ化して沈着量り組む必要がある。当研究所では、酸性雨の研究で培の変化を予測する。こうして酸性雨の全体像を明らかった知見を活用し、アジアの環境問題の解決にむけてにし、施策に資する判断材料を提供することが目標で貢献していきたい。

電中研レビュー No.43 ● 17

第

章

2

酸性物質の広域輸送

第２章

酸性物質の広域輸送 ● 目次

狛江研究所大気科学部長

上席研究員

藤田

慎一

狛江研究所大気科学部

上席研究員

市川

陽一

狛江研究所大気科学部

主任研究員

速水

洋

２−１

東アジアの酸性雨の実態 ………………………………………………………………………………………………… 21

２−２

長距離輸送モデル研究の現状 …………………………………………………………………………………………… 26

２−３

広域輸送の将来予測 ……………………………………………………………………………………………………… 28

コラム１：ミックス・アジア ……………………………………………………………………………………………………… 31

藤田 慎一（８ページに掲載）

速水洋（1990年入所）
気象学と環境化学の学際分野に携わってきた。現在は，窒素化合物を対象に，野外観測と長距離輸送モデル開発に取り組んでいる。

20

市川 陽一（1977年入所）
大気汚染物質の輸送に関する研究に従事している。酸性雨の研究では，広域輸送評価を担当した。これまで，発電所の環境影響評価のために，排ガス拡散予測手法や石炭粉じんの飛散量予測手法を開発した。

２−１

東アジアの酸性雨の実態畳している。その全貌の解明は今後の課題であるが、2-1-1 は じ め に

広域的なものを大雑把に括ると、塩基性のカルシウム（粒子）の発生源はおもに大陸の乾燥地帯にある。アン

東アジア各国は 1980 年代に酸性雨のモニタリングをモニア（ガス）の発生源は、おもに大陸の農業・畜産開始した。その結果、国ごとの状況はかなり判明した地域にある。SO2（ガス）の発生源は、おもに黄海からが、東アジア全域にわたる酸性雨の実態を把握するた

渤海湾にいたる沿岸地域（人為起源）と日本列島の南めには、統一手法によるモニタリングとデータ解析が西部（火山起源）とにある。NO x の発生源は、広域的不可欠である。こうした背景のもとに設立されたな発生源は SO2 とほぼ一致するが、局地的な発生源は大EANET は、2001 年１月に活動を開始したばかりであ都市圏に集中する傾向がある¸。

り、現在のところ系統的な解析結果を報告するには至ってない。

前駆物質の発生源が中国大陸と人間活動とに類型化されることから、降水組成の質的な特徴を検討すると

ここでは数少ない統一手法によるモニタリングの一き［nss-SO42 −＋ NO3−］と［nss-Ca2 ＋＋ NH4 ＋］の値は、例として、1990 年代の初頭に当研究所が中国、韓国、

その起源や履歴を評価するうえでよい指標になる。農台湾の研究機関の協力を得て計 18 地点で行った結果に

業環境技術研究所の鶴田治雄¹は、前者を酸性化ポテン

基づき、東アジアの降水化学の概要を紹介する。

シャル AP、後者を中和ポテンシャル NP と定義して、日本、中国、北アメリカの降水の質的な違いを論じた。

2-1-2

降水組成の地理分布

また国立公衆衛生院の原宏ºは− log［AP］を pAi と定義して、潜在的な酸性度の違いを論じている。
降水がさまざまな溶存成分を含み、その濃度が地理

図 2-1-1 は、東アジアの各地点における AP と NP の的・時間的に大きく変動することはよく知られている。

年平均値の関係を示す。図中の実線は− log［AP − NP］

こうした溶存成分は、ふつう海塩起源と非海塩起源のの当値線であり、降水の酸性度を示す指標となる。こ二つに分けられる。海塩起源のなかで当量的に大きな割合を占めるのは、Na ＋、Mg 2 ＋、Cl −の各成分である。

10−3
アジア大陸

を占めるのは、Ca2 ＋、NH4 ＋、SO42 −、NO3 −の各成分で

済南

うな大陸の地点では、溶存成分の約 85 ％が非海塩起源である。これに対して八丈島や奄美のような洋上の地
点では、溶存成分の約 85 ％が海塩起源である。濃度に

江華島

10−5

八丈島
太平洋

pD

i6

降水量を乗じてフラックス（湿性沈着量）の形でみると、海塩成分の地理的な変動はきわめて大きい。これに対して、非海塩成分の地理的な変動は意外なほど小

10−6
10−6

さい。
非海塩成分の発生源はさまざまであり、物質の種類に応じて、広域的なものと局地的なものとが複雑に重

台中

乙部
東京
常呂
弧状列島
対馬
隠岐
奄美大島
福江島
宮古島 南国大麻里 鹿島

図2-1-1pDi4

地域によって大きく異なる。たとえば北京や済南のよ襄陽i5

溶存成分に占める海塩起源と非海塩起源の割合は、

北京

南京

朝鮮半島

10−4

pD

ある。

nssCa2＋＋NH4＋（eq L−1）

これに対して非海塩起源のなかで当量的に大きな割合

10−5
10−4
2−
−
nssSO4 ＋NO3 （eq L−1）

10−3

東アジアにおける酸性化ポテンシャルAPと中和ポテンシャルNPの関係

電中研レビュー No.43 ● 21

の図から明らかなように、大陸北部にある北京や済南でを示す。全 18 地点の年平均値は約 4.9 であり、最大値はは、成分濃度の間に NP ＞ AP の関係が成立する。すな

済南（pH 6.1）に、最低値は東京（pH 4.5）に見出されわち AP の値は高いが NP の値は相対的にさらに高い。

る。pH の出現頻度は、大部分の地点で単峰型の分布を

これは人為起源の硫酸や硝酸を中和するのに十分な量の示すが、中央値は中国北部で pH 6.0 〜 6.5、日本で pH 4.5

カルシウムやアンモニアが定常的に大気中に供給されて〜 5.5 にあるなど、分布パタンは地域的に異なる。ほぼおり、雲内あるいは雲より下層で降水粒子に取り込まれ同じ経度上にある北京、済南、南京、台中の４地点の頻ていることを意味する。このため、アジア最大の SO2 発度分布をみると、緯度的に済南と台中の中間にあたる南

生域の一つである山東半島の後背に位置するにもかかわ

京の頻度分布は、両地点の分布を重ねた双峰型のパタン

らず、年間を通して酸性度の強い雨は降ってない。

を示す。これと類似した裾の広い頻度分布は朝鮮半島の一方、太平洋上にある八丈島や奄美では、成分濃度の西海岸にある江華島でもみられ、中国大陸の中部から朝間に NP ＜ AP の関係が成立する。すなわち AP の値は低

鮮半島の西部の降水は、気象条件によって大陸性気塊といが NP の値は相対的にさらに低い。このため、主要な海洋性気塊の双方の影響を受けることが分かる。
東アジアの年降水量は、日本海の沿岸を特異点にして、発生域から数百 km 以上離れているにもかかわらず、年間を通して相対的に酸性度の強い雨が降るようになる。

東アジアの南東側で多く北西側で少ない分布を示す。台地理的にみて中国大陸と太平洋の中間に位置する朝鮮

湾や日本の東海岸の降水量は 3000 mm yr − 1 を越えるが、半島では NP ≒ AP の関係が成立し、二つの値の大小関

中国北西部の降水量は 200 mm yr − 1 を下まわる。海域係は交互する。発生源からの距離に対する濃度の減衰率の降水量はよく分からない。東アジアの降水の成因はきは、AP よりも NP の方が大きく、NP/AP の値は中国大

わめて複雑であるが、溶存成分の湿性沈着量は、基本的

陸から北太平洋に東南に下るにしたがって次第に小さくに降水量と濃度の積で規定されるフラックスである。こなる。つまり、水循環を介した酸性化物質と中和物質ののため降水量（海域で多い）と濃度（大陸で高い）とが除去過程には時間的な差異がある。

相殺される非海塩成分の湿性沈着量は、変動率が相対的

図 2-1-2 は各地点における降水の pH の出現頻度分布に小さくなる。これに対して降水量（海域で多い）と濃

常呂
3

乙部

北京

7

3

7 東京

9

5

7

9

5

7

9

襄陽
5

7

9

5

7

9

鹿島

江華島
済南
3

3
5

7

5

9

7

9

3

隠岐

対馬
3

5

7

5

9

9
八丈島

南京
3

5

7

南国

福江島

9

3

5

3

5

7

9

5

7

9

3

大麻里
3

図2-1-2

3

9 3

7

宮古島
台中

22

7

5

5

7

奄美大島

50

7

9

0
5

7

9

9
％

頻度

3

3

5

3 4 5 6 7 8 9pH

東アジアにおける降水のpH出現頻度

度（海域で高い）とが重畳する海塩成分の湿性沈着量は、もたらすのか？

1990 年代になるとこうした議論が活発

変動率が相対的に大きくなる。溶存成分の濃度のバランに行われるようになった。

スできまる水素イオンの湿性沈着量も、結果的に変動率

図 2-1-3 は西日本地域の６地点における 1987 〜 1996の大きな分布パタンを示す。このように非海塩成分の物

年の成分濃度（最大値、平均値、最小値）の経年変化を

質循環は、東アジア規模の水循環と密接に関係しており、示す。降水の酸性度を支配する nss-Ca2 ＋、NH 4 ＋、nss-

これが当該地域における降水化学の特徴を形作っている。

SO42 −および NO3 −の各濃度は、いずれも寒候季（10 〜 3月）に高く、暖候季（４〜９月）に低くなることが分か

2-1-3

る。過去 10 年間の変化をみると、観測事実として NO3 −降水組成の経年変化と NH4 ＋の濃度の増加は顕在化しており、この間の増加
1980 年代の中ごろになると、国内の混乱が収束した中率は約 45 ％に達する。これに対して nss-Ca 2 ＋ 濃度と国でエネルギー消費量の増大が始まり、SO2 や NOx の発

nss-SO 42 −濃度は、経年的に横ばいであり、窒素化合物

生量は急激に増加するようになった。前駆物質の発生量のような明瞭な変化は認められない»。
図 2-1-4 は西日本地域における AP と NP の月平均値

濃度（eqL−1）の増加は、わが国の大気や降水に何らかの質的な変化を

年

図2-1-3

西日本地域における降水中のnss-SO42−、nss-Ca2＋、NO3−、NH4＋の経年変化

AP
100

濃度（eqL−1）

50

NO3−
nss-SO42−

0

nss-Ca2＋
NH4＋

50

100
NP

1988

図2-1-4

1989

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

年

西日本地域における酸性化ポテンシャルAPと中和ポテンシャルNPの経年変化

電中研レビュー No.43 ● 23

（降水量で荷重した６地点での平均値）の経年変化を示す。AP と NP の値は、いずれも寒候期に大きく暖候期

2-1-4

日本列島における硫黄化合物の収支に小さくなることが分かる。AP の値は季節間の差異が大きく経年的に横ばいである。これに対して NP の値は観測データの蓄積が進むにつれて明らかになった重要

季節間の差異が小さく、経年的にやや増加している。そな結論の一つは、冬季の日本海沿岸に多量の SO42 −が湿の結果、西日本地域の NP/AP の値は経年的にやや増加性沈着していることである。

してきた。すなわちこの地域の降水の質は、NP/AP の硫黄化合物の起源や履歴を明らかにする方法はいくつ

値が小さな海洋型から大きな大陸型へと漸近してきた。

かある。第１は観測データの解析である。たとえば、高期間中の気象条件に大きな変化がなかったとすれば、こ濃度が観察されたときの気塊の履歴を分類して発生源のうした経年変化には、先駆物質の発生源の変化が関係し方向を推定する。第２は発生源に固有な物質の分析であている可能性が高い。

る。たとえば、硫黄や鉛の同位体比を大陸と日本の化石

東アジア地域の生産活動は、近年、増大しており降水

燃料中のそれと比較して発生源を推定する。第３は大気中の NO 3 − 濃度も増加している。にもかかわらず nss-

下層での物質収支の解析である。比較的広い地域で流入、SO42 −濃度は横ばいで推移しており、明瞭な増加は認め

流出、発生、沈着の各量を計算し、それらの加減により−られない。その結果、西日本地域における NO 3 /nss2−

圏外からの流入を評価する。第４は長距離輸送モデルの濃度比は、過去約 10 年間に 27 〜 51 ％の増加を示解析である。輸送中に起こる物理・化学現象を計算機のした。上記の６地点を包絡する三角形の領域のなかにはなかで再現し、発生源の寄与を定量的に見積もる。本項

活動中の７火山がある。当研究所の計算 によれば、わではこのうち第３の収支解析の結果を紹介したい。

SO4

2−

が国の陸域における nss-SO4 の湿性沈着量の 20 〜 30 ％いま日本列島に大きな仮想のボックスを重ねたとする。

−1

このボックスの中での硫黄化合物の濃度の時間的な変化と人為起源に匹敵する桜島の活動は、近年やや静穏化し率は、発生量、沈着量、流入量、流出量の和で与えられている。だが火山からの SO2 の発生量が減少したことをる。定常状態を仮定したとき、以上４つの和はゼロにな

は火山起源である。年間の SO2 発生量が約 360 GgS yr−

裏付ける明確なデータは現在のところない。NO3 /nss-

る。ボックスの床面積は約 720,000 km2 であり、その約

SO42 −濃度比の単調な増加は、間欠的な火山活動の変動

50 ％が海域、残りの約 50 ％が陸域である。陸域の約のみで説明することは困難であり、東アジアにおける70 ％が森林、約 20 ％が水田や畑地であり、都市域の占NO X 発生量の増加が深く関係しているものと推察されめる割合は５％以下にすぎない。

½

図 2-1-5 は収支解析の結果であり、1980 年代後半の人

る 。
−

＋

降水の NO3 /NH4 濃度比は、一定の季節変化を示す

為発生量、湿性沈着量、乾性沈着量、人為発生量に対すものの、経年的にみればかなり一様である。つまり見かる総（湿性＋乾性）沈着量の比が 114 のメッシュと 15 のけ上、NO3 −の増加に見合うだけの NH4 ＋がほぼ定常的に気候区別に集計してある¾。

降水中に存在している。これは、硝酸の中和に働くおも人為起源の SO2 の発生量は、生産活動の指標などをもな物質がアンモニアであること、その発生量は経年的にとに見積もる。推計された発生量は約 435 GgS yr − 1 で増加していること、硝酸とアンモニアは類似した履歴をへて降水要素に取り込まれものであることを示唆する。
つまり他の成分と同様に、海を越えたアンモニアの輸送はすでに顕在化していると考えてよい。

湿性沈着量

乾性沈着量

人為発生量

沈着量／発生量gSm−2yr−1＞1.0
0.5−1.0＜0.5

一般に降水中のアンモニアは、地表面に沈着した後、土壌微生物により硝酸に変換され、結果的には生態系の
＞5
2−5
＜2

酸性化に寄与する。したがって東アジアで酸性雨の環境影響を考えるときには、大気系だけではなく、土壌・生態系も含めた総合的な評価が必要である。

24

図2-1-5

日本列島における硫黄化合物の収支あり、全量に占める固定源と移動源の割合はおおむねの三つである。日本列島は世界有数の火山地域であり、80 ： 20 である。発生源の分布をみると中央の山脈の南

活火山の総数は 83 を数える。1980 年代後半に噴煙活動側、つまり首都圏から北九州にいたる沿岸地域に帯状にがみられた火山には桜島、阿蘇山、諏訪之瀬島など 12分布している。東アジア全域の発生量（11.5 TgS yr−1）に占めるわが国の割合は約 4 ％である。

がある。火山起源の硫黄の発生量は約 500 GgS yr − 1 と推計され、これは人為起源の SO 2 発生量に匹敵する ¿ 。

SO42 −の湿性沈着量は、降水濃度と降水量の観測デー

中国大陸や朝鮮半島に活動中の火山はない。これらのなタをもとに見積もる。推計された沈着量は約 620 GgS

かで、1980 年代に最大量の SO2 を放出した火山は、九州

yr−1である。日本海側の気候区では、寒候期の沈着量の南に位置する桜島である。生物起源の硫黄の発生量はが年間の 2/3 を占め、また中央山脈の南側の気候区では明確でない。だが既往の海洋観測データなどから大胆に

暖候期の沈着量が年間の 2/3 を占める。全域を通年でみ推計すると約 70 GgS yr − 1 となり、火山起源や人為起源

ると暖候期と寒候期の沈着量の割合はほぼ半々である。

よりも相対的に小さいとみられる。

SO 2（ガス）と SO42−（粒子）の乾性沈着量は、大気以上の推計から明らかなことは、天然起源の硫黄化合濃度と沈着速度をもとに見積もる。地表面に近いある高物のなかで、日本列島の硫黄の収支に最も大きく関係すさでは、乾性沈着フラックスはその高さでの濃度に比例るのは火山活動だということである。現に火山の影響をすると考え、速度の次元をもつ比例定数を沈着速度で定考慮すると、発生量に対する沈着量の比率は１に近い値義する。沈着速度には地表面の状態や微気象的な条件がになる。だが、火山の分布は地理的に偏在しており、ま含まれており、土地利用や風速分布など入手可能な情報

た噴煙の流出経路は季節的に大きく変化する。たとえばを加工して計算する。推計された乾性沈着量は約 430

桜島をみると、暖候期には日本列島の上層へ向かう流れ

GgS yr−1

であり、全量に占めるガスと粒子割合はおおむね 90 ： 10 である。
沈着量／発生量の比率は地域的に異なるが、この値が４以上の気候区は、みかけ上明らかに沈着量が過剰な領が優勢であるが、寒候期には太平洋上に流出する割合がきわめて高い。このため寒候期の日本海側でみられる高濃度の原因を、火山活動のみで説明することは風系的にみて困難である。

域である。こうした領域は沿岸地域への集中が著しい。

では、冬季の高濃度はどのように説明されるのだろう

これに対してこの値が２以下の気候区は、発生にほぼ見か。シベリア高気圧が優勢な寒候期に北西風によって日合う量の硫黄分が沈着している領域である。こうした領本海に押し出された乾燥気塊は、日本海を吹走する間に域は中央山脈の南側に集中している。日本全体をみると、水蒸気の供給をうけ対流不安定となる。この湿潤気塊は、沈着量／発生量の比率は約 2.4 となり、これは日本列島

日本列島の背骨をなす山脈に当たって強制上昇し、日本に沈着する硫黄化合物の全量はみかけ上、この地域から海側の北斜面に特異的に大雪をもたらす。卓越風によっの発生量を２倍以上上まわることを意味する。

て海上に輸送された硫黄分はこの過程で降雪雲に取込ま

もちろんこうして推計には誤差を伴う。だが以上の計

れ沿岸地域に湿性沈着する。海塩粒子の発生量は、海域算から得られる重要な結論は、日本列島の全体をみればの風速に直接関係するから、日本海域で発生した海塩起

沈着量は発生量を大きく上まわること、日本海側と太平源の硫酸塩も、この過程で雲内あるいは雲より下層で降洋側とでは収支の構造がかなり異なることである。定常

水粒子に取込まれ沿岸地域に湿性沈着する。硫黄分の一状態を仮定すれば、日本海側でみられる過剰な硫黄化合部を消失した乾燥気塊は、中央山脈を越えて太平洋側に物の起源は、天然起源の硫黄化合物、あるいは圏外から流出する。沿岸地域でみられる沈着量と発生量の差は、の流入のいずれかに求めなければならない。

定常モデルでもある程度の説明は可能である。だが、硫天然起源の硫黄化合物として重要なのは、海塩起源の
硫酸塩、火山起源のガス状硫黄、生物起源の還元態硫黄

黄化合物の起源や履歴を定量的に評価するためには、長距離輸送モデルによる解析が不可欠である。

電中研レビュー No.43 ● 25

２−２

長距離輸送モデル研究の現状

2-2-1 はじめに2-2-2硫黄化合物の長距離輸送モデルの比較研究

大気中の主要な酸性物質は硫酸と硝酸である。このう
ち硫酸とその前駆物質（以下、硫黄化合物）は、モデル

当研究所と台湾電力公司／台湾大学は、それぞれのモ化を行う上で扱いが比較的容易である。このため輸送モデルを用いて硫黄化合物の輸送計算を行い、結果を相互デルの研究は硫黄化合物を中心に進展してきた。一時期比較する共同研究を実施したÀ。両機関のモデルの概要のモデル開発ラッシュはひと段落つき、発生源寄与評価を表 2-2-1 Áに示す。大きな違いはモデルの型と物理・などの解析結果もほぼ出揃った。現在はモデルの相互比

化学過程の扱い方である。輸送計算は冬期（1993 年１月

較や長期トレンドの予測といった応用的な段階に入って中旬）と台湾の梅雨期（1993 年５月下旬）を対象に行っいる（2-3 参照）。

た。入力条件のうち発生源データは共通とした。気象デ

当研究所はこれまで、アメリカのアイオワ大学、台湾電ータは、当研究所のモデルにはアメダス、高層気象など

力公司／台湾大学と共同研究の体制を組み、モデルの相の観測データを数学的に補間したものを用い、時間・空互比較を進めてきた。アイオワ大学との共同研究の成果

間的に高解像度で多要素の気象データを必要とする台湾はすでに報告済みであるÁ。2-2-2 では台湾電力公司／台側のモデルには、地域気象モデルで計算した予測値を用湾大学とのモデル比較研究を紹介する。この共同研究は、いた。

より総合的なモデル比較研究であるミックス・アジア

対象期間に当研究所の酸性雨モニタリング地点で得ら（コラム 1 参照）に引き継がれており、モデルの現状認れた観測値に対する計算結果を図 2-2-1 と図 2-2-2 に示

識と性能向上が期待されている。

す。硫黄化合物の大気中濃度（図 2-2-1 左・中央）につ

硝酸とその前駆物質（以下、アンモニアを含め窒素化

いては、両モデルともほぼ妥当な予測性能を持つことが合物と呼ぶ）を対象としたモデル開発は発展途上にある。

わかった。台湾側のモデルは当研究所のモデルよりも予

窒素化合物は粒子化することで長距離輸送されるため、測濃度が若干低いものの、両モデルとも高濃度側で過小

大気中の窒素化合物の形態（ガス、粒子）を予測するこ

予測するなど予測傾向は類似した。この過小予測は、発とが不可欠である。2-2-3 では当研究所における取り組み

生源データが 60 km 四方の平均値であるため、局所的なのなかから、硝酸・硝酸塩のガスと粒子相間の分配に関発生源の影響を考慮できなかったことが原因と考えられする研究を紹介する。

る。硫黄化合物の変質割合（＝粒子状硫酸塩／全硫黄化合物；図 2-2-1 左）については、変質過程を非常に簡略

表2-2-126

電中研と台湾電力／台湾大学の長距離輸送モデル（10）名称

電中研
トラジェクトリー型長距離輸送モデル（TRJ）

台湾電力公司／台湾大学
Taiwan Air Quality Model（TAQM）

基本構造

トラジェクトリー型
風に沿って流れる気塊の濃度を計算

オイラー型
空間を三次元格子に区切って濃度を計算

対象物質

硫黄化合物

硫黄化合物，窒素化合物，他

気象場

観測データの単純内挿
上空の風，降水量

地域気象モデルMM5の出力
風，降水量，気温，水蒸気量，他

輸送拡散

二次元

三次元

湿性沈着

パラメタ化した雲内・雲下洗浄

液相化学，パラメタ化した雲内・雲下洗浄

乾性沈着

設定した乾性沈着速度

抵抗式による乾性沈着速度

気相化学

２化学種（SO2，粒子状硫酸塩），１反応式

63化学種，157反応式m−3） 粒子状SO42−（μg m−3）
SO（μg
2
15
1

計算値

16
12

変質割合（−）
TRJ

10

TAQM
0.5

8
5

4
0

0
0

4

8

12 16

図2-2-1

0
0

5
10
観測値

15

0

0.5

1

観測値（1993年１月）と計算結果の比較
TRJは電中研モデル、TAQMは台湾側のモデルを示す。

降水中SO42−（mg L−1）

降水量（mm／旬）
TRJ

計算値

200
10

TAQM

150
100

5

a）ガス相

800

250

800
600

400

400

200

200

50
0

0

0
0

5

10

15

0

観測値

観測値（1993年５月）と計算結果の比較化した当研究所のモデル、および詳細に扱った台湾側の

200

400

600

800

0

c）微小粒子相1000

予測値

図2-2-200

50 100 150 200 250

800

600

600

400

400

200

200

0

200 400 600 800 1000d）粗大粒子相

1000

800

0
0

モデルともに観測値を良好に再現した。

b）全粒子相

1000

600
予測値

15

200 400 600 800 1000
観測値

0200 400 600 800 1000
観測値

これらの結果に比べて、降水中の硫酸イオン濃度（図 2RH＜DRH

RH＞DRH2-2 左）は予測精度が劣り、極端に予測が外れる地点も見られた。降水量（図 2-2-2 右）についても同様であっ

図2-2-3た。降水中の硫酸イオン濃度は降水量の影響を大きく受けるため、その予測精度も降水量の予測精度に依存する

微小・粗大粒子相がガス相と同時に平衡状態にあると仮定して予測した相別硝酸・硝酸塩
濃度と観測濃度（nmol m−3）
RHは湿度、DRHは硝酸アンモニウムの潮解点を示す。

形となった。
この共同研究ではほかにも計算を行い、硫黄化合物の相（ガス、微小粒子、粗大粒子）の硝酸・硝酸塩濃度を

旬平均濃度と旬間沈着量の予測値はモデルのタイプ（ト

把握すべく、日単位の観測を通年で行っている。この観

ラジェクトリー型とオイラー型）による違いが少ないこ

測では、上流側からインパクタ、デニューダ、フィルタと、予測精度はむしろ空間解像度と降水量予測に影響さーパックを組み合わせて、１ラインで３相を同時捕集でれること、変質過程は簡略型でも十分に表現できること

きるサンプラーを用いているÂ。ここでは、時間解像度などが明らかになった。

を日単位から３あるいは６時間に上げて東京都狛江市（当研究所の構内）で行った特別観測の解析結果を紹介

2-2-3 硝酸・硝酸塩のガス・粒子相間分配する。
この特別観測は 1998 年２月と８月に行い、計 150 のサ

硝酸・硝酸塩はガスあるいは粒子の形態をとる。両者

ンプルを得た。このサンプルを対象に、微小・粗大の粒の沈着特性は大きく異なるため、沈着量を予測・評価す

子相がいずれもガス相と平衡にあると仮定して解析した。

るには両者を分けて扱う必要がある。さらに粒子は粒径

平衡反応の計算には EQUISOLV II Ãを用いた。図 2-2-3

2.5 μm を境に、微小粒子と粗大粒子とで化学組成も大は相別に観測値と予測値を比較したものである。湿度がきく異なることが知られている。そこで当研究所は、３硝酸アンモニウムの潮解点以上の場合についてみると、

電中研レビュー No.43 ● 27

微小粒子相と粗大粒子相を足し合わせた全粒子相の予測
1000

濃度は、観測濃度とほぼ１：１の対応を示した。したが考えてよい。その一方で、微小粒子相は高濃度側で過小予測し、粗大粒子相は全体的に過大予測した。粒子相全予測値って、ガス相と全粒子相間の分配は良好に再現されたと800

RH＜DRH

600

RH＞DRH

400
200

体では観測値をほぼ再現したのだから、微小粒子相の過0小予測分が粗大粒子相として予測されたことになる。

0200 400 600 800 1000

実大気においては、ガス相と粒子相は必ずしも平衡状

観測値

態にはない。だが、ガス状の硝酸が微小粒子表面へ到達する時間は通常秒から分のオーダーであり、ほぼ平衡状

図2-2-4態にあるとみてよい。一方、粗大粒子は平衡までに数日

微小粒子相のみがガス相と平衡状態にあると仮定して予測した微小粒子相の硝酸塩濃度と、観測濃度（nmol m−3）
RHは湿度、DRHは硝酸アンモニウムの潮解点を示す。

を要する場合があるÄ。このため微小・粗大の粒子相がいずれもガス相と平衡あると仮定したのでは、硝酸が粗
大エアロゾル相に速く移動してしまい、過大予測をもたらすことになる。

への分配が良好に再現されるようになり、仮定の妥当性

そこで、粗大粒子相はガス相と平衡に達していないとが確認された。この仮定は、先の仮定では適用範囲外で仮定してこれを系から除外し、ガス相と微小粒子相間のあった湿度が硝酸アンモニウムの潮解点よりも低い場合平衡計算を行った。結果を図 2-2-4 に示す。微小粒子相にも適用できる。

２−３

広域輸送の将来予測
気汚染が効果的に低減される地域を優先せざるを得ない。

2-3-1 は じ め に

その場合、将来のエネルギー需要と排出抑制のシナリオのもと、酸性物質の沈着量がどのように増減するのかを

アジアにおける越境大気汚染の解析結果が 1992 年にはじめて紹介されたときÅ、そうした問題を議論する環
境は整っていないという批判の声が一部にあった。しか容易に解析するツールが役に立つ。
本節では、当研究所が行った越境大気汚染の解析結果と将来予測の解析ツールを紹介する。

しその後、多くの研究者が解析結果を報告するようになり（たとえば市川 Æ ）、最近では世界銀行の「RAINS-

2-3-2

越境大気汚染の解析

Asia プロジェクト」、国連開発計画・国連経済社会部の「北東アジアの越境大気汚染のモデリングに関する専門当研究所では硫黄化合物の長距離輸送モデルとして、

家会議」、オーストリアの国際応用システム分析研究所

トラジェクトリー型È、Éおよびトラジェクトリーとオイが主催した「アジアの大気汚染物質の輸送に関するワー

ラーのハイブリッド型¼、Êのモデルを開発した。これら

クショップ」（コラム１参照）のように、アジアでも国のモデルの妥当性は、当研究所がわが国の 21 地点で取際的な議論の場が設けられるようになってきたÇ。

得した通年観測データとの比較により検証した。ハイブ

越境大気汚染の解析は、適切で効率のよい環境対策をリッド型モデルで予測したわが国の硫黄沈着量は、観測

考えるうえで必要不可欠である。高価な排煙処理施設を

値の 80 ％強であり、多くの地点で両者はファクター２

東アジア全域にすぐに導入することは不可能であり、大（1/2 〜 2 倍）以内で一致した。このようにモデルの予測28

精度は高い。トラジェクトリー型モデルについては、乾日本-全沈着量

性沈着量の予測結果はハイブリッド型モデルよりも多少100低かったが、湿性沈着量については大差がなかった。

80％

妥当性が確認されたハイブリッド型モデルを用いて、40

わが国に沈着した硫黄がどの国・地域から輸送されてきたのかを推定した。結果を図 2-3-1 に示す。ロシア、モ

20100

人間活動による影響が 40 ％、火山の影響が 20 ％、大陸％

ンゴル、台湾の影響は、合計しても１％程度と小さく、

朝当研究所の予測結果は大阪府立大学Ëの予測結果と近

中

火

火

日

日

朝
中
火
日

中

中

40

中

火
日

20
0

年間 寒候期 暖候期

朝

朝

60

2

火

3
4

14

19
20

1

日

日

年間 寒候期 暖候期
火15の影響が 40 ％を占める。寒候期は季節風の影響により
日本海側で大陸の影響が 80 ％を超える。

朝

中

0

80

この図には現れていない。日本全域で見ると、わが国の

60

朝

5

6
7

16

12

10

1
9

いが、世界銀行Ìとは火山と大陸の影響の点で、中国科

2113

学院 Íとは全体的に大きな差が見られた Î。これらの相

8

朝

朝

朝

100

違の原因を探るため、長距離輸送モデルの比較計算プロ％

ジェクト「ミックス・アジア」が実施された（コラム１
参照）。

中

80

中

中

60

火

火

火

日

日

日

40
20
0

2-3-3

酸性物質沈着量の将来予測解析
ツール

年間 寒候期 暖候期日：日本、火：火山、中：中国、朝：北朝鮮・韓国

図2-3-1

わが国に沈着する硫黄化合物の発生源

当研究所は国際応用システム分析研究所と共同で、わが国における酸性物質沈着量の将来予測解析ツール

system）を開発した。特徴は以下の通りである。
・将来の沈着量は、現状の発生−沈着関係（ある地域で発生した大気汚染物質がどこにどれだけ沈着するかを表す行列）と将来の排出量伸び率から計算する。
・対象物質は、現在のところ硫黄化合物であるが、窒素化合物についても近々組み込む予定である。

10000
二酸化硫黄の排出量（万トン/年）

TRAJEC（Trans-sea of Japan and East China sea

9000
8000

規制シナリオ
悲観的なシナリオ

7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000

・対象期間は 1990 年〜 2030 年である。排出量と沈着量

01990の基準年は 1995 年である。

1995

2000

2010

2020

2030

年

・ Windows 95/98 上で沈着量の計算、排出量・沈着量のマップ表示、排出・沈着データファイルの編集がで

図2-3-2

東アジアの二酸化硫黄排出量の経年変化予測

きる。
・マップ上である地点を指示することにより、その地点の排出量も考慮した。列として与える発生源は東アジアの排出量、沈着量、影響を及ぼす地域などの数値情報の 51 小領域と火山から成り、行として与える沈着点はが得られる。

日本を１度間隔で区切った 88 格子点から成る。

硫黄の発生・沈着関係は、当研究所のトラジェクトリ

図 2-3-2 は東アジアの二酸化硫黄排出量の経年変化をー型モデルで計算した。人為起源の排出量は現在得られ示す。この図の規制シナリオには、東アジア各国・地域

る最新（1995 年）の１度格子データを用いた。火山からの現状の規制が反映されている。つまり、日本にはすべ

電中研レビュー No.43 ● 29

50
48
46
44
42
40
38
36
34
32

t grid−1 yr−1
0
10 00030 00050 000100 000
250 000
500 000
1 500 000

30
28
26
24
22
20
18

108 111 114 117 120 123 126 129 132 135 138 141 144 147

図2-3-32030年における東アジアの二酸化硫黄排出分布の予測

46
45
44
43
42
41
40
39
38
37
36
35
34
mg m−2 yr−1
0
100
300
500
1000
2000
5000
10000

33
32
31
30
29
28
27
26

127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147

図2-3-42030年におけるわが国の硫黄沈着量分布の予測ての産業部門で既設、新設を問わず高効率の湿式脱硫装

図 2-3-3、図 2-3-4 に示す。このシナリオでは、わが国置の導入と燃料の低硫黄分化を課し、韓国・台湾・香港の 2030 年の硫黄沈着量は 1995 年に比べて約 20 ％増加しにはすべての新設の燃焼プラントに高効率湿式あるいはた。中国の 2030 年のエネルギー消費量が 1995 年の 2.7 倍

同等の脱硫装置の導入と燃料の低硫黄分化を課し、中国に、二酸化硫黄排出量が 3.5 倍になるというかなり悲観には新設の発電所に対して地域の事情に応じて燃料転換

的なシナリオÏでは、日本海側で硫黄の沈着量が２倍にや簡易脱硫装置の導入を課している。

なる地域が生じた。こうした硫黄沈着量の増加は、主に現状規制シナリオにおける 2030 年の東アジアの二酸化硫黄排出量分布とわが国の硫黄沈着量分布をそれぞれ30

朝鮮半島の西にある渤海湾と黄海を囲む領域の排出量が増加することによる。

コラム１ ミックス・アジア
モデルによって異なる発生・沈着関係
1990 年代はアジアを対象とした長距離輸送モデ
ルの開発と越境大気汚染の解析が進んだ時代であった。日本、韓国、中国、台湾のみならず、欧米の研究者からもアジアの大気汚染物質の輸送に関する研究成果が多数発表された。しかし、発生−沈着関係に着目すると、結果に違いが見られる。
長距離輸送モデルの妥当性は観測データをもとに検証される。ところが、妥当性を確認したモデルを用いて発生−沈着関係を評価しても、モデルによって結果が異なるという奇妙なことが起こる。
この原因を探るため、研究者が一堂に会して計算
結果の相違について議論する必要があった。国際
応用システム分析研究所（IIASA （注１））と当研究所は、広域輸送評価の整合性をとることの重要性

写真１

ワークショップの参加者を認識し、「アジアの大気汚染物質の輸送に関する
ワークショップ」を開催した。

と共同研究を実施し、両機関の長距離輸送モデルによる比較計算を行った。ここで得られた成果Àがミックス・アジアの下地になった。これをベース

欧米亜から 20 を越える機関が参加
1998 年 7 月、99 年７月、2000 年９月に IIASA でに、当研究所、アメリカ・アイオワ大学、九州大開催された。第 1 回会議では長距離輸送モデルの比学が必要なデータを用意し、比較計算の始まりとのなった。ミックス・アジアに対して、解析の事例

提案、第２回会議では比較計算結果の紹介 、第３数が十分でない、評価地点が日本に偏っているな

回会議では比較計算の総括が行われた。会議参加

どの指摘はあったが、参加した８つのモデルの計機関のリストを表１に、第３回会議の参加者を写算結果から、「個々の結果には当然違いが見られる

真１に示す。

が、発生−沈着関係を含めて予測結果の大まかな（注２）

較計算プロジェクト「ミックス・アジア」

Ð

特徴は一致している。例えば、二酸化硫黄の濃度
モデルの整合性評価の大きな第一歩
当研究所は 1995 〜 1998 年に台湾電力／台湾大学

分布のパタンやある地点の沈着量に影響を与える
主発生源地域などは各モデルで似ている。また、モデルパラメータを極端な値にしなければ、予測

表１「アジアの大気汚染物質の輸送に関するワークショップ」の参加機関

結果の違いは、鉛直輸送の扱いなどモデルの構造に起因するのではないか。」ということが明らかに
あるいは示唆された。このような結果が得られた

国・地域

機関名

ことは、モデル間の相違とその原因を明らかにす日本●電中研，京都大，山梨大，東京大，●九州大，気象研，●大阪府大，酸性雨研究センター

るための大きな第一歩といえる。今後、ミック

韓国

科学技術研，●延世大

中国科学院大気物理研，同済大，清華大

台湾

雲林技術科学大

米国●アイオワ大，プリンストン大，
アルゴンヌ国立研，ジョージア工科大

欧州

イアサ，●スウェーデン気象水文研，
イタリア大気物理研●はミックス・アジアの参加機関

ス・アジアが発展的に継続していくことを期待する。

注１：イアサ（IIASA: International Institute for Applied
Systems Analysis）と呼ばれる非政府、非営利の国際研究機関。所在地はオーストリアのラクセンブルグ。エネルギーと技術、人口と社会、環境と資源などの問題が得意である。
注２： MICS-ASIA（Model InterComparison Study of Long
Range Transport and Sulfur Deposition in East Asia）

電中研レビュー No.43 ● 31

第

3

章

森林生態系における酸の
挙動

第３章

森林生態系における酸の挙動 ● 目次

狛江研究所大気科学部

上席研究員

佐藤

一男

狛江研究所大気科学部

主任研究員

高橋

章

狛江研究所大気科学部

主任研究員

若松

孝志

３−１

森林への酸の総沈着量 …………………………………………………………………………………………………… 35

３−２

土壌−植生系における酸の収支 ………………………………………………………………………………………… 37３−３臨界負荷量とアルミニウムの化学 ……………………………………………………………………………………… 40

コラム２：窒素飽和の功罪 ………………………………………………………………………………………………………… 44

佐藤 一男（1982年入所）
石炭灰埋立地の環境影響評価，酸性雨の土
壌影響評価を行ってきた。現在は，森林生態
系の物質循環の研究に取り組んでいる。

若松 孝志（1996年入所）
酸性雨の土壌影響を評価するため，森林土壌における酸の収支の評価を行ってきた。現
在は，森林生態系の物質循環の研究に取り組
んでいる。

34

高橋
章（1988年入所）
酸性雨のモニタリング，酸性物質の乾性沈着に関する研究に従事してきた。現在は，森林への化学物質の沈着量評価の研究に取り組
んでいる。

３−１

森林への酸の総沈着量

3-1-1 はじめにN

群馬県

わが国の国土は，その約７割が森林に覆われている。
このため酸性雨による環境影響の中では，森林生態系
妙義山に及ぼす影響が最も重要な検討課題の一つである。

林道

酸性雨によって，はたしてどの程度の酸（H +）が森林に負荷されているのか。この問題は生態系への影響550mを評価するうえで最も基本的な問題であるが，答を得るのはそう簡単でない。H+ は降水によって森林にもた調査区らされる（湿性沈着）ほかに，酸性ガスの形でも樹冠に沈着している（乾性沈着）。湿性沈着量は降水中の H+
林外雨

濃度に降水量を乗じることで推計できるのに対し，乾性沈着量を実測することは極めて難しい。このため，

林内雨，樹幹流
リターフォール

わが国では乾性沈着に関する研究が遅れており，沈着

土壌溶液

量の実態はあまり知られていなかった。

地下水

こうした背景のもと，当研究所はインフェレンシャ

600m

渓流堰

ル法と呼ばれるモデルを用いて乾性沈着量の推計を行

流域の境界

+

ってきた。本節では，群馬県のスギ林を対象に H の総650m

沈着量（湿性＋乾性）を推計した結果を紹介する。
0

3-1-2

200m

実験林における酸性雨調査

700m

当研究所は群馬県から県有林の一部を借り受け，
1996 年４月から５年間にわたって酸性雨に関する総合

図3-1-1

実験林の位置調査を実施した。調査の目的は森林生態系における酸の挙動と収支を明らかすることである。以下では借用した林地を「実験林」と呼ぶことにする。

し，その塔頂で樹冠より上の気象要素（風向，風速，

実験林は群馬県妙義町の大桁県有林内に位置し，面

温湿度，日射量）と大気質（SO 2，NO 2，HNO 3，HCl，

積が 11.4 ha の集水域をなしている（図 3-1-1）。標高は粒子状物質）の連続観測を行った。また，タワー中間

520 〜 720 m，主な植生はスギ（63 ％），ヒノキ（27 ％），の樹冠近傍に結露計を設置し，ぬれ時間の観測を行っアカマツ（10 ％）である。集水域の出口から約 100 m

た。これと併行して，胸高直径が平均的なスギ５本を上流に入ったスギの一斉林内に，20 m × 60 m の調査区

選び，林内雨と樹幹流の採取を行った。林外雨は集水を設定し，集中観測を実施した。調査区内のスギ個体

域出口の平坦地で採取した。土壌溶液や植生調査の概数は 127 本，樹齢は 39 年，樹高は約 20 m，平均胸高直要は 3-2 を参照されたい。以下に述べる解析では 1997 年

径は 23.7 cm であった。

10 月〜 1998 年９月の１年間のデータセットを用いた。

調査区のほぼ中央に高さ約 30 m の観測タワーを設置

電中研レビュー No.43 ● 35

も可能である。

3-1-3

SO2 の乾性沈着に及ぼす葉面のぬれ効果推定方法の概要は以下の通りであるº。一般に，大気中のガス状物質の乾性沈着量 F は，大気中の濃度 C と沈
着速度 Vd の積の形で推定される。

はじめに代表的な酸性ガスである SO2 の乾性沈着について検討した¸。SO2 は水に対する溶解性が比較的高い。

F ＝ Vd C（3.1）

このため森林への乾性沈着量は，葉面のぬれ具合によって大きく変動することが予想される¹。図 3-1-2（下）大気から沈着面までを３つの輸送過程でモデル化するは結露計で観測した月ごとのぬれ時間の割合を示す。

と，Vd は各過程での沈着抵抗の和の逆数で表される。

ぬれ時間は冬季から夏季かけて増大する傾向が認めら
Vd ＝（Ra ＋Rb ＋Rc）− 1

れた。観測期間を寒候季（10 月〜３月）と暖候季（４（3.2）

月〜９月）に分けると，寒候季のぬれ時間はわずか17 ％であったの対し，暖候季は 60 ％に及んだ。このよ

ここで，Ra ：空力学的抵抗，Rb ：準層流抵抗，Rc ：表

うに観測地点のスギ林は，暖候季に極めて湿潤な状況

面抵抗である。インフェレンシャル法では，気象デーにあることが分かった。こうしたぬれ時間の変動が SO2タなどから各沈着抵抗を算出し，沈着速度の推定を行ºの乾性沈着量に及ぼす影響をインフェレンシャル法 をう。
この沈着速度に対するぬれの影響を調べるため，こ用いて評価した。
インフェレンシャル法は乾性沈着のプロセスを比較

こではぬれ効果なし（ケース１）とぬれ効果あり（ケ的簡易なモデルで表現し，気象データや濃度データをース２）の２ケースについて沈着速度を計算した。ケ用いて，対象成分の乾性沈着量を推定するものである。

ース２では，結露計がぬれを検出した期間は R c を構成

既存の気象や濃度のデータを利用すれば，新たなデー

する抵抗の１つであるクチクラ抵抗 Rcut の値を０とした。

タの取得は不要であり，また全国規模の沈着量の推定

その結果，ケース１では沈着速度は寒候季，暖候季のともに 0.32 cm s − 1（平均値）となった。一方，ケース２

観測時間に対するぬれ時間の割合（％）

相対湿度
降水量

600

80
60

400
40
200

の場合はケース 1 よりも寒候季に約２倍（0.62 cm s − 1），100
相対湿度（％）

降水量（mm）

800

20
0

0
100

暖候季に約３倍（1.03 cm s − 1）に増大した。
こうした沈着速度の増大は，当然，乾性沈着量の増大をもたらす。図 3-1-3 は算出した沈着速度に大気中のSO2 濃度を乗じて SO2 の乾性沈着量を推計した結果である。図では各月の積算値を示した。ケース１の場合，
SO 2 の年間沈着量は 0.15 keq ha − 1 となったのに対し，

90
80

ケース２では 0.22 keq ha − 1 となり，ぬれを考慮するこ70とにより 1.5 倍に増大した。一方，図中の点線は SO 42 −60のネット林内沈量（NTF）を表す。NTF とは，林内雨5040による沈着量（TF）と樹幹流による沈着量（SF）の和30から，林外雨による沈着量（PD）を差し引いたもので20ある。樹冠に沈着した SO 2 はすべて H 2SO 4 に変換され，

100

Oct Nov Dec Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep
'97

'98

降雨時に SO 42 −の形で林床に降ると仮定すれば，NTF
は対象期間の積算乾性沈着量に相当する »〜½。図 3-1-3に示したように年間の NTF は 0.25 keq ha − 1 であり，ケ

図3-1-236

スギ林におけるぬれ時間（下段）および降水量，
相対湿度の観測結果（上段）ース２の推計結果はこの値にほぼ一致した。
以上の結果から，湿潤な気候条件に立地するわが国

表3-1-1
SO2，SO42−の積算沈着量（keq ha−1）

0.3

スギ林へのH＋の湿性・乾性沈着量（keq ha−1 yr−1）

ケース１（計算値，ぬれ効果なし）
ケース２（計算値，ぬれ効果あり）
SO42−ネット林内沈着量（観測値）
総沈着量
1.24

0.2

湿性沈着量
0.52

乾性沈着量
0.72
SO2
14%

HNO3
19%

NO2
6%

HCl
19%

はすべて H 2SO 4 と HNO 3 に変換されると仮定した。H +の湿性沈着量は，林外雨の観測結果から算出した。

0.1

推定された H+ の総沈着量は 1.24 keq ha − 1 yr − 1 となった（表 3-1-1）。この値は欧米の森林での沈着量に匹敵するものである¿〜Á。総沈着量に占める乾性沈着量の0Oct Nov Dec Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep'97'98

割合は 58 ％であり，湿性沈着量を上回った。４種のガス成分の中では HCl の寄与が最大（19 ％）であった。

図3-1-3推定したSO2の乾性沈着量とSO42− のネット
林内沈着量の比較（積算値）

こうした高い寄与率は欧米では報告例がない。HCl の寄与が高くなった原因は，HCl の沈着速度が大きいことに加え，大気中の HCl 濃度が SO2 や HNO3 に匹敵するレベの森林においては，SO2 の乾性沈着量は葉面のぬれの影
響を大きく受けること，Rcut の値を０とすることでぬれ効果を考慮できることがわかった。

ルにあったためである。
その背景には関東地方の煙源の特異性がある。一般に，HCl の主要な排出源は焼却場と考えられている Â 。
関東全域では，ごみ焼却場の HCl 排出量は 30 〜 40 kt

3-1-4

yr − 1 にのぼる ¾Ã 。この値は，同地域における SO 2 や酸の総沈着量NO x の排出量（当量ベース）と同じオーダーである ¾ 。
つぎに SO 2 以外の酸性ガス（NO 2，HNO 3，HCl）に一方，西欧諸国における HCl 排出量は SO 2 や NO x の排ついてもインフェレンシャル法を用いて乾性沈着量の出量よりも約２桁小さい Â 。このように関東地方では推定を行い，森林への H + の総沈着量を評価した ¾。H +HCl の排出量が特異的に多い。このことが HCl の寄与率の乾性沈着量を計算する際，樹冠に沈着した SO2 と NO2を増大させた主要因と推定される。

３−２

土壌−植生系における酸の収支
から H+ を上乗せしている「外乱」と位置づけられよう。
本節では，こうした外乱が森林生態系における H+ の

3-2-1 はじめに収支にどの程度影響を及ぼしているかについて，前節+

前節では大気から森林へ酸（H ）が沈着するメカニ
ズムと年間の総沈着量について述べた。こうした H+ のと同じ群馬県の実験林（スギ林）を対象に評価した結果Äを紹介する。

負荷が仮になくても，森林生態系の内部では自然のプロセスで H+ がつねに生産されている。NH4+ の硝化，植3-2-2酸の収支の推定方法

生による陽イオン吸収，土壌中の CO2，土壌有機酸など
がそのメカニズムである。したがって，酸性雨は外部

欧米では 1980 年代から H + 収支の研究が行われてき電中研レビュー No.43 ● 37

た ÅÆ。それらの多くは流域全体を対象としたものであ
湿性＋乾性

るが，酸性雨が土壌の酸性化や養分循環に及ぼす影響

NH4＋
1.0

を評価するには，土壌−植生系に焦点を当てることが

NO3−
1.1

0.2

必要である。本研究では土壌−植生系をA樹体，B土

スギ樹体

壌表層（落葉層＋０〜 10 cm），C土壌下層（10 〜 100cm）の３つのコンパートメントに分け，それぞれの H+

林内雨＋樹幹流

リターフォール

NH4＋0.8

収支を推定した。これにより土壌−植生系内部での H +

NO3−
1.2

循環の様子を可視化することができる。
落葉層＋
表層10cm

野外観測のうち，林外雨，林内雨，樹幹流は 3-1 で述

土壌液相

0.4

3.5
NH4＋
0.03

べた通りである。これらに加え，土壌溶液（深さ 10，
100 cm）とリターフォールの通年観測を行った。また

吸収

土壌固相

浸透水
NO3− 5.0
3.4

樹体への元素の蓄積量を推定するため，大・中・小の下層
10〜100cm

３本のスギを伐倒し，化学分析を行った。以上のデー

土壌液相
2.3
NH4＋
0.01

タをもとに，前記の３コンパートメントにおける各種
イオン（Ca2+，Mg2+，K+，Na+，NH4+，SO42 −，NO3 −，浸透水
NO3− 3.9

0.8（100〜130 cm）

Cl −，HCO3 −，orgn −）の収支をそれぞれ算定し，その結果に基づき H+ 収支を推定した。その際，つぎの仮定

図3-2-1を設けた。∏樹木が根から陽イオンを吸収した場合は，土壌−植生系における窒素の収支（単位：kmol ha−1 yr−1）

当量の H+ が根から放出される（陰イオンが吸収された
場合は H+ が消費される），π土壌から陽イオンが溶出した場合は，当量の H+ が消費される（陰イオンが溶出し表層から流入した NO3 −との合量は樹木によって完全にた場合は H+ が供給される），∫樹木が根から吸収する窒は吸収されず，3.9 kmol ha − 1 yr − 1 が系外に流出してい素はすべて NO3 −の形態とする。最後の仮定は，土壌溶る。

−

液中の窒素は 97 ％以上が NO3 であったという観測結果

窒素が植生によって十分に吸収されずに，根域土壌に基づいている。大気からの H + の総沈着量は 3-1 で推層から流出している状態を「窒素飽和」と呼び，欧米定した値を用いた。

では陸水酸性化の原因として問題視されている（コラ以下では，イオンの収支の例として窒素と塩基の収ム 2 参照）。

+

支を紹介し，最後に H 収支の推定結果について述べる。

3-2-4

塩基の収支

3-2-3 窒素の収支
図 3 - 2 - 2 は 土 壌 − 植 生 系 に お け る 塩 基 （ C a 2+ ＋
図 3-2-1 は土壌−植生系における窒素の収支を示す。

Mg2+ ＋ K+ ＋ Na+）の収支を示す。前記にならって要約

図の要旨はつぎの通りである。∏大気からの総沈着量

するとつぎの通りである。∏大気からの総沈着量は 0.7

は 2.1 kmol ha − 1 yr − 1 であり，ほぼ同量が林内雨と樹幹

keq ha − 1 yr − 1 であり，これに樹冠からの溶脱が加わっ流によって林床に負荷されている。π樹木による全吸て，2.4 keq ha − 1 yr − 1 の塩基が林床に負荷されている。

収量は 4.9 kmol ha − 1 yr − 1 であり，その 90 ％がリター

π樹木による吸収量は 10.8 keq ha − 1 yr − 1 であり，そのフォールとして林床に還元されている。∫林内雨が土

93 ％がリターフォールと樹冠溶脱により林床に還元さ壌表層を浸透する間に，NO3 −フラックスが著しく増大れている。∫林内雨が土壌表層を浸透する間に，塩基している（増分： 3.8 kmol ha

−1

yr

−1

）。これは主に有+のフラックスが著しく増大している（増分： 4.8 keq

機態窒素の無機化による NH4 の生成とその硝化に起因

ha − 1 yr − 1 ）。これは土壌固相からの供給に起因する。

する。ªこうした NO 3 − の生成は土壌下層でも起こり，ªこうした供給は土壌下層でも起こり，表層から流入

38

湿性＋乾性0.7

スギ樹体
林内雨＋樹幹流

リターフォール
8.4

2.4
吸収

1.6
1.0
土壌液相

落葉層＋
表層10cm
5.6

浸透水
7.2

土壌固相

土壌液相

下層
10〜100cm
6.1

浸透水
5.3

8.0
1.8

（100〜130cm）

図3-2-2土壌−植生系における塩基の収支（単位：keq ha−1 yr−1）した塩基との合量は 13.3 keq ha − 1 yr − 1 に達する。その生の塩基吸収に起因する。供給された H+ は，土壌から

うち 60 ％は樹木に吸収され，40 ％は系外に流出していの塩基放出と植生の NO3 −吸収によって完全に中和される。ºその結果，この土壌−植生系では 4.6 keq ha − 1

ている。

yr

−1

大気由来の H+ 量をA酸性雨（湿性＋乾性），B樹冠での塩基が正味で流亡している。

以下で述べるが，土壌から多量の塩基が溶出していの NH4+ 吸収，C大気由来の NH4+ の硝化による H+ 負荷

ることが，土壌浸透水の酸性化を阻止しているのであ量の合計とみなせば，その値は 3.1 keq ha − 1 yr − 1 である。

る。

これに対し，土壌−植生系の内部では 15.9 keq ha − 1 yr − 1の H+ が生産されている。大気由来のじつに 5.2 倍である。
換言すれば，H+ の全供給量に対する大気降下物の寄与

3-2-5 H+ の収支

は 16 ％となる。
+

図 3-2-3 は土壌−植生系における H の収支を示す。

森林生態系はこうした外乱を系内の物質循環のプロ

図の要旨はつぎの通りである。∏大気から樹冠への総セスに取り込んで，完全に消化吸収し，系外への流出

沈着量は 1.2 keq ha − 1 yr − 1 であり，内訳は湿性 42 ％，（土壌浸透水の酸性化）を防いでいる。その担い手は土乾性 58 ％である（3-1 参照）。樹冠では塩基溶脱による壌による豊富な塩基の放出である。おそらく，外乱が+中和が起こり，林床に到達する前に大部分の H が消失加わった分だけ，鉱物風化による塩基供給量は増大ししている。π厚さがわずか 10 cm の土壌表層で 6.7 keq

ただろう。大気降下物による H+ 負荷量が現在のレベル

ha − 1 yr − 1 の H + が生産されている。その 76 ％は NH 4+を推移するならば，こうしたバランスは維持されるだの硝化に由来し，とりわけ土壌有機物由来の NH4+ の寄ろう。仮に将来，塩基の放出で賄いきれないほど H+ 負与が大きい。供給された H+ は土壌からの塩基放出など荷量が増大すると，系外への流出が不可避となる。そによって完全に中和されている。∫土壌下層におけるうした H+ 負荷量は「臨界負荷量」と呼ばれている。

全生産量は 10.5 keq ha − 1 yr − 1 であり，その 76 ％は植

電中研レビュー No.43 ● 39

湿性＋乾性
1.2
NH4＋吸収0.2
有機アニオン溶脱0.3a) 大気由来のNH4＋の硝化

樹冠
塩基溶脱1.6b) 土壌有機物由来のNH4＋の硝化

林内雨＋樹幹流
0.2
硝化a 1.6
吸収硝化b 3.5
CO2 解離0.1
落葉層＋
表層10cm無機アニオン
放出0.4

土壌
液相

塩基
1.0
硝酸イオン
0.4

塩基放出
5.9

無機アニオン0.1

土壌固相
無機アニオン吸着
0.5

浸透水
0.02

硝化b 2.3
塩基8.0
下層10〜100cm

CO2 解離0.2
土壌
液相
塩基放出
6.1

無機アニオン吸着
0.2
H＋の供給

図3-2-3３−３硝酸イオン3.4

浸透水
0.01

無機アニオン0.8

H＋の消費

土壌−植生系におけるH＋の収支（単位：keq ha−1 yr−1）

臨界負荷量とアルミニウムの化学調印されたÈ。その時期，わが国でも臨界負荷量は酸性

3-3-1 はじめに雨研究のキーワードの 1 つとなりつつあった。ところが，
1996 年に臨界負荷量の科学的妥当性について数多くの臨界負荷量（critical load）の概念は 1980 年代中ごろ

問題点を指摘する論文Éがお膝元のヨーロッパで発表さにヨーロッパで創出されたÇ。1990 年代初頭にはヨーロれた。わが国でもそれを追認する論文Êが出された。つッパ全域を網羅する臨界負荷量のマップが作成され，

いには，アジアを舞台とした RAINS-Asia プロジェクト

それに基づく国際交渉によって二酸化硫黄の排出量削の 1998 年ワークショップにおいて，今後は臨界負荷量減に関する第 2 次議定書（オスロ議定書）が 1994 年にという用語を用いないことが合意されるに至ったÊ。

40

このように臨界負荷量に対する評価はこの 10 年間でこうした臨界負荷量の推定方法に対し，数多くの問めまぐるしく変遷した。批判の主旨は，用いられた推題点が指摘されている。その一例Éを表 3-3-1 に示した。

定方法（モデル）が複雑な森林生態系をあまりにも単これらの指摘はどれももっともである。しかし，Al が純化しているため，推定された「臨界負荷量」は真の樹木根に有害であることは事実である。また土壌溶液

意味での臨界負荷量ではあり得ないというものである。

の BC/Al 比が低下すると，樹木の生長が阻害されるこ

これは正鵠を射たものであるが，森林生態系を忠実にとも実験で証明されているÌ。しがたって，定常物質収再現するモデルを開発することはほとんど不可能であ支モデルで推定される「臨界負荷量」を全面的に否定ろう。とすれば，いろいろな切り口で生態系を多面的する必要はないだろう。少なくとも森林衰退のリスクに捉えることが必要であり，いわゆる臨界負荷量もそを表す一つの指標であり得る。

の一つである得る。こうした視点に立ち，当研究所でも臨界負荷量に関わる研究を進めてきた。

3-3-3

当研究所の取り組み

本節ではヨーロッパで採用された臨界負荷量の推定方法とその問題点について述べ，当研究所が行ってきた研究の一部を紹介する。

以下では当研究所が進めてきた研究のうち，広島県の林地の土壌溶液における Al の形態と BC/Al 比の調査
結果，および H+ の許容沈着量の試算結果を紹介する。

3-3-2 臨界負荷量の推定方法とその問題点_

土壌溶液における Al の形態

ヨーロッパでは定常物質収支モデルと呼ばれる方法

森林の土壌溶液においては，Al は Al3+ のほかに各種で臨界負荷量が数値化された ÈË 。基本的な考え方は，の無機錯体や有機錯体の形で，また多核体としても存

森林生態系に被害が現れない範囲で最も土壌の酸性化在し得る。これらのうち植物毒性の中心は Al 3+ であり，が進んだ状態を臨界状態と定義し，ある１つの化学的有機錯体の毒性はきわめて弱いといわれているÍ。
図 3-3-1 は酸性岩（花崗岩，流紋岩）を母材とする土指標を用いて臨界状態を表わす。前記モデルでは，土
2+

2+

+

壌溶液中の塩基（BC ＝ Ca ＋ Mg ＋ K ）と Al のモル壌が分布する広島県南部の 25 地点における土壌溶液の濃度比 BC/Al が化学的指標とされた。樹木にとって塩pH と Al の形態を示す。地点番号に下に植生を示した。

基は栄養成分，Al は有害成分であるから，両者の濃度

土壌溶液はその樹種の樹冠下でポーラスカップ法Îで採比が小さいほど樹木の生長は阻害されるÌ。BC/Al 比の取した。深さは 50 cm（根域）である。Al は高速液体

閾値は苗木を用いた実験結果から 1 とされた。また，土クロマトグラフ／ルモガリオン蛍光法Ïで定量した単核

壌溶液中の Al 濃度はギプサイトの溶解平衡で規定されAl（Alm）である。棒グラフがない地点では Alm は検出ると仮定された。

されなかった。
Alm 濃度は地点によってかなり異なっていたが，概し

表3-3-1

定常物質収支モデルによる臨界荷量推定の問題点

土壌の非定常性・土壌はフィールド条件下では定常状態にない
・評価地点の履歴や季節変化などを考慮できる非定常モデルによる評価のほうがより現実的な解を与える
生物指標
・樹木を単一の指標とすることは疑問
・樹木根に養分を供給する菌根菌，植物死骸の分解者であるミミズ，
大気質に敏感な地衣類なども指標となり得る
化学的指標
・BC/Al比が植物の生長を支配する唯一の土壌特性ではない（温度，湿度，窒素やリンの濃度なども重要）・根の塩基吸収に及ぼすAlの影響はフィールド条件では未解明
・BC/Al比は季節的にも空間的にも大きく変動するから，閾値を１に固定するのは不適当
・Al濃度がギプサイトの溶解平衡で規定されるとする仮定は非現実的文献18をもとに作成て pH が低い地点で高かった。Alm の形態も地点間の差が大きく，すべてが有機態 Alm の地点もあれば，No.23地点のようにすべてが無機態 Alm の地点もあった。この結果から，Al 濃度が同じでも，樹木根に対する有害性は相違し得ることが理解できる。

`

BC/Al 比図 3-3-2 は同地点における BC/Al 比を示す。分母のAl には，植物毒性が強い Al3+ とその加水分解種の総和（Alf ＝ Al3+ ＋ AlOH2+ ＋ Al（OH）2+ ＋ Al（OH）30），およびICP 発光分析法で定量された全 Al（Alt）の２種類をと

電中研レビュー No.43 ● 41

7

20

Al3＋

6

AlOH2＋
15

Al(OH)2＋5pH

Alm濃度（μmol L−1）

25

Al(OH)30AlF2＋

10

AlSO4＋
4
5

有機態Al
pH

3

0
１ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ 10 1112 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 2324 25︵ ︵︵ ︵︵ ︵︵ ︵ ︵︵ ︵︵︵︵︵ ︵︵︵︵︵ ︵︵︵︵︵ヒ ヒク クア ヒス ク スク アヒアアダ ヒススヒア スアスヒク
ノ ノヌ ヌカ ノギ ヌ ギヌ カノカカケ ノギギノカ ギカギノリ
キ キギ ギマ キ︶ ギ ︶ギ マキママカ キ︶︶キマ ︶マ︶キ︶︶ ︶︶ ︶ツ ︶ ︶ ︶ ツ︶ツツン ︶︶ツ ツ ︶
︶
︶ ︶︶バ
︶ ︶
︶

図3-3-1

森林の土壌溶液におけるAlmの濃度と形態（深さ50cm）

1000

BC/Al比

100

10

Alf
Alt
1

１ ２ ３ ４ ５ ６ ７８ ９ 10 1112 131415 1617 1819 2021 22 23 2425

図3-3-2森林の土壌溶液のBC/Al比（深さ50cm）

った。Al t には Al m のほかに多核 Al 種が含まれる。Al f

ロットして求められたものであるÌ。Al の内容についてが不検出であった 10 地点は BC/Alt のみを示した。

は記述がないため Alt が用いられたと推定されるが，植Alf は Alt の一部であるから，BC/Alf は BC/Alt よりも物毒性との関係があいまいである。今後，BC/Alf ある

つねに大きくなる。Alf が検出された 15 地点についてみいは BC/無機態 Alm を指標とした場合の閾値が解明されると BC/Alf の方が 1.3 〜 6.8 倍（平均 3.5 倍）大きかった。

ることを期待したい。さらに，5-2 で述べるが，樹種に逆に BC/Alt は BC/Al の最小値である。その値は 1.5 〜

よる閾値の違いについても検討が必要である。

440 の範囲にあり，いずれの地点もヨーロッパでの閾値
１を上回った。

a

酸の許容沈着量の試算

この閾値は，苗木を用いた膨大な数の実験結果を既

BC/Alt を指標とし，その閾値を１とした場合，上記往文献から蒐集し，BC/Al 比と相対生長率の関係をプの 25 地点はいずれも臨界状態に到達していない。では，

42

今後大気からどの程度の H+ が上乗せされたら臨界に達成６〜９年度の平均値）である。乾性沈着量もそれと同するであろうか。図 3-3-3 はその値を当研究所が考案しレベルと仮定すれば，現在の H+ の総沈着量は 0.710 keq

た簡易な定常物質収支モデルを用いて試算した結果でha − 1 yr − 1 のオーダーである。したがって，許容上乗せある。許容上乗せ量は 0.77 〜 15.8（幾何平均 2.90）keq

量が最も低い地点でも，現在の沈着量と同程度の上乗せ

ha − 1 yr − 1 の範囲にあった。環境庁Ðが広島県の倉橋島が許容されると推計される。

で観測した H+ の湿性沈着量は 0.355 keq ha − 1 yr − 1（平H＋の許容上乗せ量（keq ha−1 yr−1）

20

15

10

5

0
１ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ 1011 121314 15 16 1718 19 20 2122 23 24 25

図3-3-3大気からのH＋の許容上乗せ量

電中研レビュー No.43 ● 43

コラム２ 窒素飽和の功罪は起っていない（図 3-2-1 〜 3-2-3 参照）。つまり，

大気降下物は森林生態系への重要な窒素の供給

窒素飽和に特段の罪状は認められないのである。

源である。しかし植生が要求する以上の窒素が供給されると，余剰分が根域土壌層から下層に流出

逆に陸水のアルカリ度（HCO 3 −）の形成に重要する。こうした状態は「窒素飽和」と呼ばれていな役割を果たしていることが調査の結果分かった Óる。

（功）。根域土壌層から流出した NO3 −は下層土壌を浸透して地下水帯に流入する。そこで NO3 −は著し

欧米のいくつかの生態系では，過剰な窒素の負−荷により，根域土壌層から NO3 が流出しているÑÒく減少し，その減少量に見合う量の HCO3 −が生じ。

NO3 −は陰イオンであるから，陽イオンを同伴してていることが分かった（図１）。こうした量論関係行動する。欧米で問題になっているのは，同伴陽

は，地下水帯で微生物による脱窒（次式）が起っ+ていると考えれば説明がつく。

イオンが H や Al であり，土壌浸透水の酸性化をもたらしている点である（罪）。これは土壌が酸中和

4NO3 −＋ 5CH2O → 4HCO3 −＋ 2N2 ＋ CO2 ＋ 3H2O

能力に乏しいことに起因する。したがって，浸透水の酸性化は NO3 −に限らず SO42 −や Cl −が大量に負荷された場合でも起こり得る。

この反応が起れば，地下水中の硝酸態窒素の安定同位体比（δ15N）が上昇する。実際，地下水の群馬県の実験林（スギ林）でも，土壌−植生系−

から NO3 が流出しており，飽和状態になっている。

δ15N 値は土壌溶液に比べて３〜４パーミル上昇ししかし土壌から十分な塩基の供給があるため，塩ており，HCO 3 −の生成は脱窒に起因することが裏

基（主に Ca2＋−+

づけられた。

）が NO3 に同伴し，H や Al の流出

pH
8.0

7.0

6.0

5.0

4.0

3.0
林外雨

pH
林内雨
10cm
土
壌
溶
液

30cm
50cm
100cm

地下水
渓流水
1000

800

600

400

200

0

0

200

陽イオン濃度（μeq L−1）

H＋

44

Mg2＋

K＋

400

600

800

1000

陰イオン濃度（μeq L−1）

NH4＋

Ca2＋

Na＋

Cl−

SO42−

NO3−

図１

群馬県のスギ林における降水と陸水の年平均化学組成

HCO3−

第

章

4

山地流域の酸性化予測

第４章

山地流域の酸性化予測 ● 目次

我孫子研究所環境科学部長

上席研究員

宮永

洋一

我孫子研究所環境科学部

主任研究員

池田

英史

４−１

鉱物風化による酸中和作用の評価手法 ………………………………………………………………………………… 47

４−２

酸中和作用の流域比較 …………………………………………………………………………………………………… 48

４−３

酸性化の長期予測 ………………………………………………………………………………………………………… 52

コラム３：世界の陸水影響予測モデル …………………………………………………………………………………………… 54

宮永 洋一（1976年入所）
ダム貯水池の水質予測と対策，酸性雨の陸水影響予測，湖沼底泥の有効利用などの研究に従事してきた。現在は河川・貯水池環境保全や土砂管理などの課題に取り組んでいる。

46

池田 英史（1985年入所）
これまで，山地流域における水文，水質，
鉱物に関するデータを基に酸性雨が陸水水質に及ぼす影響に関する研究に従事してきた。
現在は，廃棄物処分施設が周辺に及ぼす環境
影響，森林土壌による二酸化炭素固定に関する研究に従事している。

４−１

鉱物風化による酸中和作用の評価手法
H ＋とがイオン交換し，H ＋が土壌に吸着される。

4-1-1 はじめにb

陰イオンの吸着前章では土壌−植生系における酸の収支について述

黒ボク土などに含まれるアロフェンの表面には OH −べた。本章では視野を流域全体に広げて，鉱物風化にが吸着している。この OH −と土壌水中の SO 42 −とが交よる酸中和作用と流域の酸性化予測に関する当研究所

換反応を起こし，土壌水中に放出された OH −が H ＋をの研究結果を紹介する。

中和する。

欧米のいくつかの流域では土壌や陸水が酸性化しており，その原因として酸性雨が指摘されている¸。わがc

鉱物の化学的風化

国でも長期的にみて酸性化は起り得るのか。この問い

土壌や岩盤に含まれる鉱物は，土壌水中の H ＋との反に答えるため，当研究所では鉱物の化学的風化による応により塩基を放出し，H ＋を消費する。広範囲の地層

酸中和作用を定量的に評価する手法を開発し，いくつに含まれ，風化作用を受けやすい斜長石がカオリナイ

かの流域に適用した。本節では手法の概要について述

トに変化する例を以下に示す。

べる。
2NaCaAl3Si5O16 ＋ 6H ＋＋ 11H2O →4-1-2

2Na ＋＋ 2Ca2 ＋＋ 4H4SiO4 ＋ 3Al2Si2O（OH）
5
4 （4.2）

中和作用の概要

湿性沈着および乾性沈着の形で森林にもたらされた鉱物の風化は，H ＋を消費し，塩基を放出するという酸（H ＋）は，流域内で種々の物理・化学・生物学的作

点で陽イオン交換による中和作用と同じである。しか用を受ける。ここでは，山地流域における酸の中和反し，酸の中和容量を決定する塩基の総量は，土壌中の応を概観する。

交換性塩基に比べてはるかに多い。また，鉱物は交換
性塩基と異なり，土壌化の進んでいない深部にも分布_

樹冠での中和しており，それらの層でも酸を中和し得る。したがっ樹木の葉の表面からは K ＋ などの塩基が滲出する ¹ 。
これらの塩基と酸性雨中の H ＋がイオン交換し，H ＋がて，陽イオン交換よりも長期間にわたって酸を中和できる。

吸収除去される（3-2-5 参照）。

4-1-3
`

炭酸塩の溶解流域における鉱物の風化速度と中和作用の評価手法

土壌や地層中に CaCO 3 などの炭酸塩鉱物が存在することがある。これが以下の反応により H ＋を中和する。

上記の中和反応のうち，山地流域で普遍的にみられる反応は陽イオン交換と鉱物風化である。当研究所でCaCO3 ＋ H ＋ → Ca2 ＋＋ HCO3 −（4.1）

は，この両者の作用を定量的に分別する方法を考案したº。

a 陽イオン交換
土壌粒子の表面は一般にマイナスに荷電している。
その部分に吸着している Ca2 ＋などの塩基と土壌水中の流域内の土壌水や地下水に溶解している物質のうち，HCO 3 −のように気相との交換があるもの以外は，以下に示す物質収支式が成立する»。

電中研レビュー No.43 ● 47

る主要鉱物について式（4.4）を合計すれば，風化によりOut − In ＝ W ±Δ Ex ±Δ Bio

供給される化学種 x の総量が求められる。式（4.3）にお（4.3）

いて樹木の項を無視すると化学種 x についての収支式はここで，Out ：地下水や河川水に溶解して流域から流出次式となる。

する量，In ：大気から降下する量，W ：鉱物風化により供給される量，Δ Ex ：土壌とのイオン交換による供

±Δ Ex
Out
（x）
− In（x）＝−Σ（axi dMi/dt）（4.5）

給量，Δ Bio ：樹木による供給量（吸収量）である。こここで，Out（x），In（x）は流域全体の物質収支から，axiのうち，W は以下の式から求められる。
鉱物 i から風化によって放出される化学種 x の量 Fxi は次式で与えられる。

は推定した風化反応式から求められ，未知数は dMi/dt
およびΔ Ex となる。ここでは，流域内で供給されているイオンおよび H4SiO4 について求めた収支式を連立さFxi ＝− axi dMi/dt

せることにより，鉱物の風化速度と陽イオン交換量を（4.4）

同時に求める。H 4SiO 4 はイオン交換によっては供給さ
ここで，axi ：鉱物 i の風化反応におけるイオン x の当量れず，風化に対して極めて安定である石英を除く鉱物

比，Mi ：鉱物 i の流域内含有量，t ：時間である。このの風化によってのみ供給されるので，風化速度を評価

式において，鉱物 i の風化速度は，流域内含有量の減少

するうえで有効な指標となる。

率− dMi/dt で表される。したがって，流域内に含まれ４−２

酸中和作用の流域比較

4-2-1 はじめに

4-2-2

比較対象とした流域

前節で述べた評価手法を，酸性化したアメリカの流比較を行った各流域の位置，地質，河川水質を図 4-

域と酸性化していないわが国の流域に適用し，各流域

2-1 に示す。河川水質は pH，pH 4.8 アルカリ度（μ eq¼

L − 1）の年平均値を示した。対象とした流域は，わが国の中和作用の比較を行った 。

中宮（手取川水系）
地質：砂岩、頁岩
河川水質：pH：7.9、アルカリ度：880

陣が畑（天竜川水系）
地質：花崗閃緑岩
河川水質：pH：7.2、アルカリ度：130

東谷（吉野川水系）
地質：緑色泥岩、黒色泥岩
河川水質：
pH：7.7、アルカリ度：440

ウッズ（アメリカ、ニューヨーク州）
地質：片麻岩河川水質：
pH：4.7、アルカリ度：−10

図4-2-148

試験流域の位置、地質、河川水質

の手取川水系中宮流域（石川県吉野谷村），吉野川水系

頭から採取した母岩試料の分析により行った。分析方

東谷流域（高知県本川村），天竜川水系陣が畑流域（長法は偏光顕微鏡による観察，および不定方位法による X

野県浪合村），アメリカのウッズ（Woods）第２流域

線回折とした。方解石（CaCO3）については，1N-HCl（ニューヨーク州アディロンダック公園内，ウッズ流域を添加して同定した。二次鉱物の同定は，母岩試料の 2と略記）の４流域である。いずれの流域も工場や鉱山

μ m 以下の画分の分析により行った。

などの人為汚染源はない。
各流域の河川水質を比較すると，ウッズ流域では pH4-2-4

流域調査の結果

が 4.7 と低く，アディロンダック地域の他の湖沼と同様，酸性化が進んでいる。それに対し，わが国の３流域は_流域の物質収支

いずれも pH 7 以上であり，酸性化は生じていない。筆４流域の物質収支を図 4-2-2 に示す。大気からの H ＋

者らは以前，日本全国の約 200 地点の河川を対象に，酸の沈着量は流域間で大きな差はなかった。流域からの½

中和能力の指標であるアルカリ度の調査を行った 。そH ＋の流出量は，わが国の３流域では沈着量に比べて無の結果と比較すると，中宮流域のアルカリ度は平均よ視し得る量であり，流域内でほぼ完全に中和されていりも高く，東谷流域はほぼ平均であるのに対し，陣がるのに対し，ウッズ流域では充分に中和されず，河川

畑流域は下位 10 ％の範囲に含まれる。

へ流出していた。つぎに塩基（Ca2 ＋，Mg2 ＋，Na ＋，K ＋）地質については，中宮流域では地表より順に，褐色とアルカリ度の主成分である HCO3 −の流出量は，中宮

森林土，崖錐堆積物，砂岩・頁岩互層が分布する。東流域や東谷流域で多く，陣が畑流域やウッズ流域に比谷流域は黒色片岩，緑色片岩が分布し，表土は 1 m 未

べて流域の中和作用が大きいことがわかる。また H4SiO4満である。陣が畑流域では表層より，残積性未熟土，の流出量から，東谷流域およびウッズ流域ではケイ酸

崖錐堆積物，花崗閃緑岩が分布し，中和作用は小さい

塩鉱物の風化速度が小さいことがわかる。なお，今回と考えられる。ウッズ流域の地質は先カンブリア代対象とした流域では塩基，HCO3 −，H4SiO4 の沈着量は（約６億年以前）に形成された片麻岩であり ¾，地表に流出量に比べて少なかったため図示を省略した。

は漂礫土（glacier till）と呼ばれる層が存在するが厚さは 2.5 m と薄い¿。

`鉱物の風化反応式
流域内で観察された一次鉱物の種類と含有率を表 4-4-2-3流域調査の方法

2-1 に示す。東谷流域の方解石は深度 14.9 〜 15.1 m 付近に脈状に存在していたため，その範囲の含有率を示し_流域の物質収支
湿性沈着量は降水量と降水中の濃度の積から求め，乾性沈着量は大気中の粒子状物質濃度と沈着速度Àとのた。これらの鉱物のうち，石英は風化に対して極めて安定であるので，考察から除外した。二次鉱物については X 線回折の結果および土壌水，地下水の水質から＋積から求めた。H の沈着量については陰イオンの沈着

一方，流域からの流出量は，河川水中の濃度と流出高の積から求めた。河川水質は流域下端で月に１〜２回調査した。河川流量は連続観測し，両者から月間の Outを求め，最後に年間の Out を求めた。

`

鉱物の同定
土壌に含まれる一次鉱物，二次鉱物を同定し，風化沈着量、流出量（mol ha−1 yr−1）量の総和と陽イオンの沈着量の総和との差から求めた。
20000

H＋（沈着量）H＋（流出量）塩基（流出量）HCO3−（流出量）
H4SiO4（流出量）

15000
10000
5000
3000
2000
1000
0
中宮

東谷

陣が畑

ウッズ

反応式を決定した。一次鉱物については含有率も求めた。一次鉱物の同定は，ボーリングコアサンプルや露図4-2-2試験流域への沈着量と流出量（年間積算値）

電中研レビュー No.43 ● 49

表4-2-2

試験流域内で観察された一次鉱物の化学組成と風化反応式（一例）

中宮流域
斜長石：Na0.98Ca0.02Al1.02Si2.98O8＋1.02H＋＋4.43H2O→0.98Na＋＋0.02Ca2＋＋1.96H4SiO4＋0.51 Al2Si2O5(OH)4
東谷流域
緑泥石：Mg3.7405Fe¿5.24Al5.205Si5.606O20(OH)16＋7.481H＋＋2.1265H2O＋1.31O2→3.7405Mg2＋＋0.401 H4SiO4＋5.24Fe(OH)3＋2.6025 Al2Si2O5(OH)4
陣が畑流域
黒雲母：K0.69Mg1.31Fe¡3.38Al2.97Si5.41O20(OH)4＋3.31H＋＋9.265H2O→0.69K＋＋1.31Mg2＋＋2.44H4SiO4＋3.38Fe(OH)3＋1.485 Al2Si2O5(OH)4
ウッズ流域
角閃石：Na0.12Mg1.10Ca0.87Al0.52Fe¡4.22Si6.93O22(OH)2＋16.72H＋＋3.98H2O→0.12Na＋＋1.10Mg2＋＋0.87Ca2＋＋4.22Fe3＋＋6.41H4SiO4＋0.26 Al2Si2O5(OH)4

表4-2-1

各鉱物の含有量（重量％）

流域

中宮

陣が畑

東谷

ウッズ

石英
斜長石
カリ長石
黒雲母
角閃石
白雲母
緑泥石
方解石

29.4
26.8
8.6
27.8

34.8
28.4
20.6
10.2

32.5
21.3

19.0
32.9
34.4
6.5

27.1
9.0
18.6*

＊：方解石は深度14.9−15.1mのコア中の値

カオリナイトが考えられた。以上の検討に基づき，各

表4-2-3各流域の風化速度、交換性イオン供給量（mol ha−1 yr−1）
中宮

陣が畑

東谷

ウッズ

斜長石
カリ長石
黒雲母
角閃石
緑泥石
白雲母
方解石
方解石 and/or 交換性Ca2＋
交換性Mg2＋
交換性Na＋

1016
25
1183

1562
0
330

487

288
10

風化層厚さ（m）
H沈着量（mol ha−1 yr−1）

30
780

31
115
59
4485
8902

277
−213

736

239
44
99

17
489

8
507

2.5
898

流域で生じていると考えられる風化反応式の一例を表

a

中和作用の検討
以上に示した物質収支および鉱物の風化反応式に基づいて，各流域の中和作用を検討した。各流域における鉱物の風化速度，陽イオン交換による供給量を表 42-3 に，各流域への H ＋の沈着量と鉱物風化による中和量を図 4-2-3 に示す。カリ長石と白雲母は，他の鉱物に比べて風化による塩基供給量が少ないため図には含め

H＋の沈着量と中和量（eq ha−1 yr−1）

4-2-2 に示す。
25000

20000

であること，土壌水と地下水の水質の鉛直分布をみる

斜長石

黒雲母
角閃石

緑泥石
方解石

陣が畑

ウッズ

15000

10000

5000

0
中宮

ていない。
中宮流域では，H 4SiO 4 濃度が深度にかかわらず一定

酸沈着量

図4-2-3

東谷

各流域におけるH＋の沈着量（左側）と鉱物風化による中和量（右側）と土壌化がほとんど進んでいない深度 10 m 付近でもCa2 ＋が供給されていることからº、Á，主要な中和反応はかかわらず低い値であった。以上より，この深度付近

方解石の風化と考えられる。

で方解石の風化もしくは交換性 Ca2 ＋による Ca2 ＋の供給

東谷流域では，土壌水と地下水の水質は崖錐堆積物による中和作用が大きいと考えられるが，この深度はから砂岩・頁岩（風化層）に変化する深度 5 m 付近で土壌化がほとんど進んでおらず，陽イオン交換容量

pH，アルカリ度ともに上昇しており，この層の中和作（CEC），交換性 Ca2 ＋ともに小さい。それに対して表 4-用が大きいと考えられる。一方，H 4SiO 4 濃度は深度に

2-1 に示したように，方解石が含まれている深度 15 m 付

50

風化によるH＋の中和量（A.N., eq ha−1 yr−1）

25000：アルカリ度＞200μeq L−1：0＜アルカリ度＜200

20000

C

：アルカリ度＜0
15000
H

10000

A.N./A.D.＝105000
A.N./A.D.＝2

Po

0
0

Pa

J

L
200

400

600

＋

H の沈着量（A.D., eq ha

−1

800
yr

−1

W
1000

）

C：中宮、H：東谷、J：陣が畑、W：ウッズ
L：Loch Vale(4)、Pa: Panther(11)、Po：Pond Branch(12)

図 4-2-4

各流域におけるH＋の沈着量、風化による中和量と陸水アルカリ度の関係

近の層で中和作用が大きい。以上より，Ca 2 ＋の供給は

往の研究»、Â、Ãにおける H ＋の沈着量，鉱物風化による方解石の風化によるものと考えられる。

中和量と河川水のアルカリ度との関係を図 4-2-4 に示す。

陣が畑流域では，7 m より深部の風化花崗閃緑岩層でウッズ流域のように，風化による H ＋の中和量（A.N.）

土壌水，地下水の pH，アルカリ度，H4SiO4 濃度が高いと H ＋の沈着量（A.D.）の比（A.N./A.D.）が２〜３を下ことから，ケイ酸塩鉱物，特に斜長石の風化による中回る流域では，河川水のアルカリ度がマイナスとなり和作用が働いていると考えられるº。しかし，図 4-2-3 に酸性化している。一方，中宮流域や東谷流域のように，示すように前記２流域に比べて中和作用は小さい。ここの比が 10 〜 15 を上回る流域では河川水のアルカリ度

れは，風化されやすい方解石の寄与が小さいことや，

は酸性雨に対する感受性なしとされる 200μeq L − 1 以上

花崗閃緑岩が風化した残積性未熟土が流域に分布して

Ä

であった。

おり，降水の流域内滞留時間が短いためと考えられる。

わが国の３流域のうち最も中和作用の小さい陣が畑

ウッズ流域では他の流域と異なり，河川水が酸性で流域の場合，H ＋の沈着量が現在の２〜３倍に増加したあるため Fe3 ＋が河川に流出している。このため Fe3 ＋の場合にはアルカリ度がマイナスとなり，酸性化が生じ−

収支を含めて検討した。この流域は，塩基，HCO 3 ，るおそれがある。しかし，H ＋の沈着量が増大した場合

H 4SiO 4 の Out がいずれも小さい。したがって，わが国には鉱物の風化速度も増大することや，風化で中和しの流域に比べて鉱物の風化速度が小さく，風化およびきれない H ＋は陽イオン交換で中和されるため，河川水

陽イオン交換により中和しきれない H ＋が河川へ流出し質への影響は小さいと考えられる。また，全国河川水ていると考えられる（図 4-2-2 参照）。

質調査の結果½から，全体の 90 ％が陣が畑流域よりもアルカリ度が高い流域であり，H ＋の沈着量が増大した場

4-2-5

風化作用と陸水水質との関係

合でも酸性化は生じる可能性は小さいと考えられる。

以上の考察により明らかになった各流域，および既

電中研レビュー No.43 ● 51

４−３

酸性化の長期予測した吉野川水系の東谷流域を対象に，ILWAS モデルによる陸水影響予測のケーススタディを行った。この流

4-3-1 はじめに域の概要は 4-2 で述べたように火山・鉱山・温泉や人為汚染源のない山地森林流域である。流域の酸中和能は，

酸性雨の陸水への影響は，1960 年代頃からヨーロッ

全国的には中程度に相当する。

パ北部やアメリカ北東部，カナダなどで顕在化し，河川・湖沼の酸性化に伴う魚類の減少などの生態系影響

ILWAS モデルによる計算では，この流域の深さ 16 mが発生しているÅ、Æ。一方わが国では，1980 年代から環までを深度方向に４層（厚さ 0.5，0.5，7，8 m） に分Ç、È

境庁や当研究所などによる全国規模の調査が始められ，

け，気象，H ＋の沈着量，土壌化学性，透水係数などの欧米に近いレベルの酸沈着量が観測されている。しか条件は実測値を与えた。しかし，鉱物の風化速度は実し，20 年経った現在でも土壌や陸水への顕著な影響は測が困難である。このため当研究所では 4-1 で述べたよ

現れていない。

うに，流域の土壌・地層中の鉱物組成と年間の物質収当研究所では，酸性雨の土壌・陸水への長期的な影支のデータから平均的な風化速度を推定する方法を考

響を予測評価するため，流域における酸の中和や水収案した。この手法で東谷流域の平均的な風化速度を求支・物質収支を考慮した予測手法の構築を行ってきたº。

めると，表 4-3-1 のようになった。１年間の河川流量と水質の再現計算を行ってモデルのパラメータを決定し

4-3-2

陸水影響予測モデル

た上で，100 年間の水質の長期予測を行った。結果を図4-3-1 に示す。気象条件は過去 10 年分の観測値を 10 回

地表に沈着した酸性物質は，森林・土壌系における繰り返し，H ＋の沈着量は１年分の観測値を 100 年間与

種々の物理・化学・生物学的作用を受け，主として土えた。現状の条件をそのまま延長した「基準ケース」

壌との陽イオン交換と鉱物の化学的風化によって中和の計算結果では，現状レベルの H ＋の沈着量 507 eq ha − 1

され，地中を浸透して河川へ流出する。

yr − 1（湿性＋乾性）が 100 年間続いても，河川の水質は

酸性雨の陸水影響予測手法としては，こうした流域

安定していて酸性化は起こらない。しかし，仮に表 4-における酸の中和作用およびその他の水質変化のメカ

3-2 の鉱物の風化のうち方解石の寄与（87 ％）がまった

ニズムを数式化した数値モデルを用いて，流域の地形，

くないとした場合の「比較ケース」では，数十年後に降水量，酸の沈着量，土壌化学性などの条件を与え，は河川水の酸性化の兆候が現れ，その後徐々に酸性化

水や各種イオンの場所的，時間的変化を数値計算するが進んでいくという結果になった。この流域の表層 0.5方法がある。欧米では，1980 年代に ILWAS

m における交換性塩基含有量の実測値は 81 keq ha − 1 で（Integrated Lake and Watershed Acidification Study）É，あり，これは現状の H ＋沈着量の 160 年分を中和できる

MAGIC（Model of Acidification of Groundwater In

容量である。しかし，土壌中では CO 2 の溶解による酸

Catchment）Êなどのモデルが開発され実用化されておの生成もあるため，風化による中和作用が働かなけれり，これらはわが国の陸水影響予測においても参照す

ば土壌は急速に塩基を失い，河川水のアルカリ度が低べきモデルと考えられる。

下し，酸性雨の影響を受けやすくなるものと考えられる。

4-3-3 わが国における陸水影響の長期予測
表4-3-1

現在のところ，わが国では陸水影響モデルによる解析の報告例は非常に少ない。
当研究所では，1993 〜 94 年に年間の物質収支を観測

52

風化速度の推定値（mol ha−1 yr−1）
斜長石

緑泥石

白雲母

方解石

487

115

59

4485

pH（基準ケース）

pH（比較ケース）

アルカリ度（基準）

アルカリ度（比較）

8
2

pH

7
6

1

5
4
3
0

10

20

30

図4-3-1

40

50

60

70

80

90

アルカリ度（meq L−1）

3

9

0
100 年

100年間の水質の予測計算結果

この結果は東谷という特定の流域についての結果で

陸水影響予測としてはまだ不十分な段階にある。しかあり，しかも１年間の水質の再現計算で決定したパラ

し図 4-3-1 の結果から，予測結果には鉱物の風化速度のメータ値をそのまま 100 年先の予測に使っているため，評価が大きく影響することが明らかになった。

電中研レビュー No.43 ● 53

コラム３ 世界の陸水影響予測モデル
1970 年代に酸性雨による陸水の酸性化が顕在化

土壌中での鉱物風化や陽イオン交換，降水と樹冠した欧米では，陸水水質の将来像を予測し，あるとの相互作用，根からの吸収などを計算し，河川

いは有効な対策を練るためのツールとして，様々水質を予測する（図２）。解析の時間単位は１日でË

な陸水影響予測モデルが開発されてきた 。それらある。一方，MAGIC モデルは長期の予測を目的とのモデルは対象別に，土壌モデル，湖沼モデル，して開発されたものであり，解析の時間単位は１流域モデル，流域・湖沼モデルの４種類に分類さ年である。水文モデルは，流域全体の降水量と蒸れる（図１）。メカニズムの扱い方からは集約モデ

発散量を入力条件として，表面流，浸透流およびルと素過程複合モデル，時間的には定常モデルと側方流を経験式で解析する。化学モデルは土壌中非定常モデルに分類される。集約モデルとは流域の主要な素過程を考慮している。

内の化学反応を少ないパラメータで代表させるもこれらのモデルは，対象地点の条件や解析目的のであり，素過程複合モデルとは 4-1-2 でも述べたに応じて使い分ける必要がある。例えば，ILWAS

化学反応を別個にモデル化し，組み合わせたもの

モデルは融雪に伴う湖沼水 pH の低下など短期的なである。

水質変化の予測に適するのに対し，MAGIC モデル

ここでは，流域への適用実績が多い ILWAS モデ

は数百年という長期的な予測を得意とする。これ

ルと MAGIC モデルの二つを紹介する。ILWAS モらのモデルはあらゆる素過程を完全にモデル化しデルはアメリカ電力研究所（EPRI）が実施したているわけではなく，またわが国の山地流域を対ILWAS プロジェクトで作成されたモデルである。

象に開発されたものでもない。このためわが国に流域を積雪，土壌層（多層），河川，湖沼に分け，適用する際には，モデルの特性を熟知したうえで，

まず水文モデルで流域内の水流動（降水の移行と流域条件に適合するかどうかを見極める必要があ

河川への流出）を計算する。つぎに化学モデルでる。

地域・湖沼モデルILWAS（1985）
MAGIC（1985）
ETD（1986）

湖沼モデル

土壌モデル

Henriksen（1979） Reuss（1980）
Trickle Down（1984） SMART（1989）

入力条件
水文、気象、地質、植生、酸性沈着

流域モデル
Birkenes（1982）

水文モデル
降雨と樹木との接触
地表からの蒸発
樹木からの蒸散
降雨の土壌への浸透
地下水の涵養水質モデル
降水と樹木との反応
土壌有機分との反応
樹根による養分吸収
土壌粒子との反応

河川水質の将来予測

図１

54

酸性雨陸水影響予測モデルの位置づけ(20)

図２

ILWASモデルの構成

第

章

5

樹木への影響評価

第５章

樹木への影響評価 ● 目次

我孫子研究所応用生物部長

上席研究員

河野

吉久

我孫子研究所応用生物部

主任研究員

松村

秀幸

５−１

各地の森林衰退状況 ……………………………………………………………………………………………………… 57

５−２

酸性雨・霧の影響 ………………………………………………………………………………………………………… 62

５−３

オゾンと二酸化硫黄の単独および複合影響 …………………………………………………………………………… 66

コラム４：オゾンのクリティカルレベル ………………………………………………………………………………………… 70

河野 吉久（1974年入所）
大気汚染物質の影響評価に関する研究の中で，降下ばいじん，重金属・微量元素の植物
影響，酸性物質の複合影響や各地の森林衰退
原因の解明に関する研究に従事。現在は，陸域生態系アセスメントや森林における炭素固定量評価の課題にも取り組んでいる。

56

松村 秀幸（1990年入所）
酸性降下物や光化学オキシダントなどの大気汚染物質の植物への影響に関する実験的研究に従事。現在はガス状大気汚染物質（オゾン，二酸化硫黄，二酸化窒素）の樹木影響に関する研究に取り組んでいる。

５−１

各地の森林衰退状況
表5-1-1

UN/ECE-EUによる落葉率と変色率による区分(6)

5-1-1 はじめに
階級

落葉率

程度

落葉状況

0
1
2
3
4

0〜10％
＞10〜25％＞25〜60％＞60〜＜100％
100％

健全
軽度（警告段階）
中程度
重度
枯死

変色状況

0
1
2
3
4

0〜10％
＞10〜25％＞25〜60％＞60〜＜100％
100％

健全
軽度（警告段階）
中程度
重度
枯死

1970 年代の初頭に、北欧の研究者を中心に降雨の酸性化現象と樹木の生長低下との関係が議論されはじめ、
酸性雨研究が北欧や米国の研究者を中心に本格化するようになった。その後、1970 年代の終わりから 1980 年
代にかけて、旧西ドイツを中心に広範囲にわたる森林の衰退現象が指摘されるようになり、わが国でも森林衰退現象と大気汚染物質や酸性雨との関係について議論が活発に行われるようになった¸、¹。

較を行うため、共通的な樹種としてドイツトウヒ、

本節では、欧米の代表的な森林衰退地域と国内で議論されている森林や樹木の衰退の概況を紹介する。

ヨ−ロッパアカマツ（Pinus sylvestris）、ヨ−ロッパモミ、
ヨ−ロッパブナ（Fagus sylvatica）、ヨ−ロッパナラ（Quercus robur）など 13 種が選定されている½。1998 年

5-1-2の国別調査結果（基本格子 5,695 地点の代表木 127,455 本

ヨーロッパの状況の状況）を図 5-1-1 に示した。全調査木の平均落葉率は1970 年代の初頭から、旧西ドイツで新しい症状を伴20.2 ％で、樹種別ではヨーロッパナラ 27.1 ％、ドイツトった衰退現象がヨ−ロッパモミ（Abies alba）やドイツ

ウヒ 19.7 ％、ヨーロッパアカマツ 19.6 ％、ヨーロッパブ

トウヒ（Picea abies）で見られるようになり、1970 年代

ナ 18.7 ％であった。

後半には中央ヨ−ロッパ各国でも様々な樹種に異常症状が見られるようになった。こうした森林衰退現象は「新しい森林衰退」と呼ばれているº、»。
1985 年に各国の森林衰退状況調査が始まり、1986 年¼には共通の調査マニュアルが採択された 。旧西ドイツ

このような森林調査のデータをみる場合、特に次の点に留意する必要がある。
・調査地点であらかじめ抽出した代表的な数樹種の現況を数値化し、平均値として示したものであることを中心に 1986 年からヨーロッパ全体での調査が開始さ

・落葉原因の中には気象害（乾燥害、凍害など）、病

れ、現在も続いている½。この調査では、基本格子（グ虫害、あるいは局地的な大気汚染の影響など、いリッド）として 16 km × 16 km が設定された。国によろいろな原因によるものが含まれていることってはさらに細かい格子、例えば 1 km × 1 km が設定

・落葉状況は種や地域によって異なることされている。格子の交点では、樹高が 60 cm 以上で物・同じ樹種でも立地（気候、土壌タイプ、標高など）

理的な損傷を受けていない個体を対象に、代表的な優や樹齢などの条件が異なること

占種などから少なくとも 20 個体を抽出して、表 5-1-1に示した落葉率や変色率で衰退度を判定する。調査木

ヨーロッパにおける森林衰退の原因はまだ十分に解が伐採されたり、風害などで倒木した場合には代替木

明されておらず、これまでに土壌酸性化説、オゾン＋を選別している。

酸性ミスト説、マグネシウム欠乏説、窒素過剰説、ス国や地域によって対象樹種は異なるが、1998 年にはトレス複合説など、様々な仮説が提唱されてきた¾。しヨーロッパ全体で 17,861 地点が調査対象となり、合計

かし現在のところ、森林衰退の主要な原因は大気汚染

371,238 本が調査されている。一方、国別や地域別の比物質であり、気象害などの非生物的要因や病虫害など

電中研レビュー No.43 ● 57

の生物的要因は二次的なものであるとの考え方が一般ルーマニア的であるº。また、中央ヨーロッパにおいて短期間に大フィンランド規模な面積の森林が消滅した原因の一つとして、重度

アルバニアの大気汚染による樹木の衰退とそれに伴う病虫害の発生などのため、大規模な計画外の伐採が行われたこと

ポルトガルがあげられている¿（写真 5-1-1）。一方、最近の調査にオランダよるとヨーロッパでは森林の生長量が増加しており、
デンマーク
落葉率

ベルギー

0-10%

硫黄酸化物の減少と引き換えに窒素酸化物の沈着量が増加したことがその原因として指摘されているÀ。

11-25%

フランス

26-60%
ドイツ

61-100%

5-1-3

北米の状況

スペイン

北米における森林衰退はヨーロッパとはやや異なり、

ノルウェー

ある特定の地域で限られた樹種の衰退が問題となってスロベニアいる。全米酸性降水影響評価プログラム（NAPAP）で

イタリア

は、葉量の減少や変色、異常な生長低下、枝や個体のベラルーシ

枯死率の増加などを衰退の徴候とし、森林衰退現象をブルガリア

・樹木や森林の正常な成熟や老齢化現象とは異なる

ウクライナ
0%

図5-1-1

・自然要因だけでは説明できない
20%

40%

60%

80%

100%

1998年における欧州各国の森林の状況(6)調査地点総数：5695点、総調査個体数：127,455本

写真5-1-1

58

・森林モニタリング調査などで明らかになるほどの激しさと広がりをもった現象であると定義している。

チェコ共和国・Jizersky山地の森林の現況

ここでは北米の主要４地域における森林衰退の現状

低いアカトウヒの方が冬季の異常寒波の影響を受けやとその原因をまとめた»。

すいのではないかと考えられている»。

_`

アパラチア山脈北部のトウヒと南部のモミの衰退
アパラチア山脈北部のアカトウヒ（Picea rubens）は、

アメリカ西海岸のマツ類の衰退
カリフォルニア州シェラネバダ山脈やサンバナディ

異常な落葉と枝や梢端の枯損、生長低下、高い枯死率

ーノ山脈では 1950 年代からポンデローサマツ（Pinusを示している。衰退は樹齢や林分状態とは無関係で、

ponderosa）やジェフリーマツ（Pinus jeffreyi）に、針葉

標高とともに増加している。年輪解析によると、最近の異常（旧葉の白色斑点など）、生長低下、枯死が生じ

20 〜 25 年間の生長が著しく低下している。一方、南部ていた。1970 年代にはこの地域の広い範囲で衰退が観の標高が高い地帯では、フレーザーモミ（Abies fraseri）

察されるようになった。マツの衰退分布とオゾン濃度の衰退が顕著である（写真 5-1-2）。カサアブラムシのの時間的・空間的分布が一致し、オゾンの暴露試験に仲間（Adelges picea）が樹液を吸汁する過程で毒素を放よって野外で観察される可視害や生長低下が再現され出し、３〜７年後には樹体が枯死するÁ。一方、共存すている。また、オゾンの影響は乾燥ストレスが加わっ

るアカトウヒには寄生しないため、アカトウヒの衰退たときに助長され、オゾンと乾燥ストレスを受けたマはみられない。

ツはキクイムシ類に対する抵抗性が著しく低下するこアカトウヒもキクイムシ類などによる虫害が最も直接的な枯死原因と考えられているが、アカトウヒやモとも明らかにされている»。このため、オゾンが第一の衰退原因と考えられている。

ミは高標高域に分布するため、酸性の雲水や高濃度のオゾンにさらされる頻度が高い。このため、針葉からa

アメリカ南東部のストローブマツの衰退の養分溶脱の増加や、オゾンが体内の生理的なプロセ

アメリカ南東部のストローブマツの衰退は 1950 年代

スを阻害し、耐凍性を低下させ、モミよりも耐寒性がから観察されている。衰退の特徴は生長低下であるが、

写真5-1-2

米国・ミッチェル山のフレーザーモミとアカトウヒ林の状況
白骨樹（枯死木）：フレーザーモミ

電中研レビュー No.43 ● 59

オゾン被害に類似した可視害も報告されているÂ〜Ä。

従来報告されているスギ衰退現象の中には気象害、

NAPAP »は、オゾンの慢性的な影響も否定できない病虫害などの原因を特定できる衰退も含まれているが、が、生長低下はむしろ過去の土地利用形態、樹齢の増実態調査の結果、原因不明の衰退木は新潟平野、濃尾加とそれに伴う樹木間の競争の増大、その他の自然要

平野、大阪平野、岡山平野、四国瀬戸内沿岸の各周辺因が原因であるとしている。しかし、野外で観察され地域でみられる。しかし、仙台平野、出雲・松江・米る針葉の可視害が、オープントップチャンバーなどの子平野、大分平野、宮崎平野では顕著な衰退現象は観

オゾン暴露試験で再現されたことが報告されており、察されない。また、スギの衰退地点は標高の低い地域»

オゾンの直接影響による衰退との評価もある 。

に多く分布し、衰退木は大径木で風当たりの強い孤立木や林冠からの突出木に多いことなどの特徴が明らかb

北米北東部のサトウカエデの衰退
アメリカ北東部〜カナダ南東部のサトウカエデの衰になったÏ、Ð。
¹

衰退の原因

退が、1970 年代後半から 1980 年代中ごろにかけて発生

スギの衰退が報告されはじめた 1960 〜 1970 年代にはした。衰退の特徴は葉の矮小化と変色、葉量の減少、二酸化硫黄との関係が論じられたÉ。関口ら¸や高橋らË

枝の枯損などで、1900 年代初期から断続的に報告されが関東地方のスギ衰退は酸性降下物と関連性があるとている兆候に類似している。

示唆して以来、二次汚染物質 Ì、Í、Ñ、あるいは水・乾

サトウカエデの衰退は、害虫による異常落葉と葉中燥ストレスÒ〜Õなどの原因が指摘されてきた。

の養分（特にカリウム）欠乏が主要な衰退原因と考えられている。その根拠として、関東・甲信地域を除く全国の主要９地域の実態調査とともに土壌の理化学性や葉中の主要元素含有量を調・この地域の土壌は K、Mg などの栄養塩類が少ない

査した結果、スギの衰退が認められた地域では表層土・衰退分布と酸性降下物の分布が一致しない

壌の pH が低い傾向にあった。しかし、スギ衰退との密・年輪解析で異常な生長低下が認められない

接な関係は認められていない。また、全国規模での降・現状レベルの酸性雨や土壌溶液中の Al 濃度では苗雨 pH の観測結果とスギ衰退の地域分布とを比較しても、木の生長低下や被害が実験的に認められない

関連性はみられていないÐ、Ö、×。

などがあげられている»。
`

5-1-4

モミの衰退
神奈川県丹沢山系に位置する大山（標高 1245 m）のわが国の状況

標高 700 〜 1100 m に分布するモミ天然林は、神奈川県
わが国では平地林のスギ、山地林のモミとブナ、亜の天然記念物に指定されているが、衰退により消滅が高山帯林のシラビソ類の衰退、マツ類のザイセンチュ

危惧されている。鈴木・尾岸Øは 1954 年の航空写真を解ウ病による枯死、ナラ類に寄生するカシノナガキクイ

析し、モミの衰退は 1954 年以前に始まったこと、衰退

Å

ムシの食害が原因する枯損現象 などと酸性雨や大気汚のピークは 1960 年中ごろ〜 1970 年中ごろで、以後は新染の影響との関連性について関心がもたれている。こたな衰退進行はみられないことを報告している。井川

こでは、スギ、モミ、ブナ、シラビソ類の衰退についらÙ、Úは大山の標高約 700 m において pH 2.61 の霧を観てまとめた。

測し、酸性霧のモミへの影響は大きいと指摘している。
一方、古川・井上Ûはモミの老齢化、自然災害、大気汚

_

スギの衰退

染、酸性雨・霧などとモミの衰退との関係について検

¸

衰退の現状

討したが、いずれも関連性は低いと指摘している。モ

スギの衰退は、東京などの大都市周辺において 1960
年代から注目されÆ〜È、その後現在までに衰退範囲が拡

大し、関東・甲信 É〜Ì、関西・瀬戸内 Í、北陸地方 Îの平野部におよんでいる。

60

ミを選択的に食害するハラアカマイマイによる被害も衰退原因の一つとして指摘されているÜ。
現在の大気の状況から過去に始まった衰退の原因について推定するのは困難であるが、林床にモミの稚樹が少ないこと、標高 700 m 付近の林分ではアカガシが・衰退木が風や乾燥に対して抵抗力のない樹形であ優占していること、1955 年前後の大山の植生群落調査

る

では確認されなかったカヤなどが多く生育することな・衰退が始まった時期が極端に降雨量の少なかった

どから、大山のモミ林は常緑広葉樹林に遷移あるいは

1984 年と一致している

更新しつつあるとも考えられている。福岡県宝満山のこれらのことから、風当たりの強い場所に生育し、乾モミについても須田らÝが同様の指摘をしている。

燥に対して抵抗力の弱い樹形をしたブナ個体が、1984
年に土壌水分の不足と風による水分損失に耐えられな

a

ブナの衰退

くなって衰退し始めたと考察している。また、丹沢山

神奈川県Þによる航空写真の解析と現地調査の結果に系と同様にブナ林床には後継樹となるブナ稚樹が生育よると、丹沢山系・塔ヶ岳のブナ林の衰退は 1969 年ましていないことなどから、天城山系のブナの衰退は遷で認められなかったが、丹沢山・蛭ヶ岳・檜洞丸では移過程における自然現象の一つであるとも考えられて1954 年にすでに衰退が認められている。丹沢山ではいる。

1973 年をピークに衰退木が減少傾向にあるのに対し、
蛭ヶ岳・檜洞丸では年々増加し、蛭ヶ岳では 1990 年には全体の 2/3 が衰退し、現在でも衰退が進行している（写真 5-1-3）。

b

シラビソ・オオシラビソの衰退
日光、秩父山系、南アルプス、八幡平・八甲田山の亜高山帯域、紀伊半島の大台ケ原、大峰山系の弥山、一方、静岡大学環境研究会ßは 1984 年以降目立ち始め

四国石鎚山のシラビソ類の衰退現象は、これまでは台た伊豆半島の天城山系におけるブナ衰退の実態調査を

風や季節風などが原因した亜高山帯に特有な現象とさ行った。その結果、天城山系では、れてきた。日光周辺で枯死木の存在する地形は、南東・ブナの衰退は樹冠表面の細枝の枯死から始まる

斜面で風の吹きぬける場所、あるいは北西斜面でも尾・衰退木が多く発生している場所は、地形や植生か

根上部で南東風の吹きぬける位置で、環境条件が類似している。谷本らàの年輪解析の結果によると、1982 年

らみて風衝地である

写真5-1-3

丹沢山系のブナの衰退状況

電中研レビュー No.43 ● 61

表5-1-2

欧米と日本の森林・樹木衰退現象の比較
北米

ヨーロッパ
旧東側

旧西側

ドイツトウヒヨーロッパモミ
ヨーロッパブナ
カンバ類
ナラ類
マツ類

樹種

日本

西海岸

東海岸

マツ類

モミ類
アカトウヒ
サトウカエデ
マツ類
ナラ類

スギ
モミ
ブナ
シラビソ類
カンバ類
ナラ・カシ類
マツ類
縞枯れ
先端枯れ
枯死
白骨化
酸性霧
大気汚染
風，台風
病虫害

症状

急激な衰退
枯死
白骨化

葉の黄化
落葉の増加
枯死

枯死率の増加先端からの衰退
縞枯れ
白骨化

原因

二酸化硫黄
オゾン
異常乾燥
風

二酸化硫黄
N沈着の増加
Mg欠乏
風
乾燥

オゾン
乾燥

虫害
オゾン
耐寒性の低下の台風襲来年と衰退年とが一致している。一方、山頂つに大別される。生物的要因としては、病虫害、動物の風衝部では矮性化したシラビソ類が枯死しており、の食害、個体間の競争や遷移などがある。非生物的要

変形した樹形から常習的な季節風が枯損の原因である因としては異常低高温、乾燥、多雨、強風などの気象と推定されている。

条件や人為起源の汚染物質の影響などがある。樹木のしかし、最近になって酸性雨や酸性霧の影響に加え衰退原因を解明するためには、どの要因が主要因（一て、これらの標高の高い地域は一般にオゾン濃度が高次要因）で、何が従要因（二次要因）であるか、あるいことから、その影響の可能性を指摘する報告がみら

いはどの要因とどの要因が複合的に影響しているのかれるようになってきたá。これらの山岳域はいずれも大を検討する必要があるâ。表 5-1-2 に欧米と日本の森林

気・気象・降水の連続観測データが欠落しているため、衰退状況を概略的にまとめた。種が異なることを除け基本的なデータを取得するための基盤整備を行い、議ば、いずれの地域でも衰退・枯死といった現象が観察論を行うことが肝要と考える。

される。しかし、その原因は表に示した要因以外にも多々ある。自然環境条件下では、各地で指摘されていc

森林衰退の原因

るオゾンや酸性物質の影響以外にも、気象要因や生物

自然条件下において樹木の衰退や枯死に係る要因は要因との相互関係について考慮する必要がある。

多数あるが、それらは生物的要因と非生物的要因の２

５−２

酸性雨・霧の影響
国のいたるところで酸性雨が報告されるようになり、これが各地の樹木衰退の原因ではないかと考えられる

5-2-1 はじめにようになった¸、¹。
1970 年代初頭に、関東地方などで小雨が降った後に森林や樹木は、様々な環境要因の影響を受けながらアサガオやツツジの花弁が脱色する現象が観察された。

生育している。本節では酸性雨と酸性霧（ミスト）の1975 年には東京都公害研究所が「湿性大気汚染」とし

暴露実験結果、および森林衰退現象との関連について

ãて調査・研究報告を発表している 。大気汚染対策の結果、二酸化硫黄の大気中濃度は顕著に低下したが、全

62

概説する。

に、冬季は要水量を考慮して頻度・時間を調整した。

5-2-2

急性反応である可視害の発現状況をもとに、表 5-2-1

可視害の発現と降雨 pH との関係に示したように人工酸性雨に対する 46 樹種の感受性を作物に対する酸性雨の影響を評価するために開発し分類したå。降雨 pH が 2.0 〜 2.5 の場合はいずれの樹種

た降雨装置äを改良し、降雨の分布精度を高めて長期のにも斑点や壊死斑が発現し、種によっては落葉や枯死

暴露実験に使用した。人工酸性雨は、純水（pH 5.6 ：するものがあった。しかし、その程度は pH 3.0 になる

対照）に硫酸、硝酸、塩酸を 5 ： 2 ： 3（当量比）の割と急激に低くなった。ハイネスらæが示したように、人合で混合して調製した。１時間当たりの降雨強度を 2.5

工酸性雨の暴露による可視害の発現 pH は樹種によってmm とし、生長期は 20 mm/回、３回/週の頻度を標準異なり、pH の閾値は針葉樹の場合は 3.0 〜 2.5 の間、広表5-2-1

人工酸性雨暴露による樹木の可視障害発現状況(46)
pH

樹

種

5.6

4.0

3.0

2.5

2.0

葉の可視症状

＋
＋
＋
全落葉
＋
＋
＋
＋
＋
＋

葉先の壊死
壊死、落葉
鱗片葉の褐変壊死
白化
葉先の壊死
鱗片葉の褐変壊死
葉先の壊死
短葉化（pH2.5）
壊死、落葉
鱗片葉の褐変壊死
壊死、落葉

葉緑の壊死
葉先の壊死
壊死斑
葉先の壊死
壊死斑、小葉化
壊死斑
壊死斑
葉緑の壊死
葉全体の壊死
葉緑の壊死
壊死斑
壊死斑
葉緑の壊死
葉緑の壊死

針葉樹
アカマツ
ウラジロモミカイヅカカイブキ
カラマツ
クロマツ
サワラ
スギ
ストローブマツ
ドイツトウヒ
ヒノキ
モミ

¹＊
º
¸
º
¸
¸
º
º
¹
¸
¹

−
−
−
−
−
−
−
−
−
−
−

−
−
−
−
−
−
−
−
−
−
−

−
−
−
−
−
−
−
−
−
−
−

常緑広葉樹
ウバメガシ
オオムラサキツツジ
カナメモチ
サツキ
シャリンバイ
スダジイ
タブノキ
ツバキ
トキワサンザシ
トベラ
ネズミモチ
マサキ
マテバシイ
ヤマモモ

¸
¸
¸
¸
¸
¸
¸
¸
¸
¹
¸
¸
¸
¸

−
−
−
−
−
−
−
−
−
−
−
−
−
−

−
−
−
−
−
−
−
−
−
−
−
−
−
−

−
−
＋
−
＋
−
−
＋
＋
＋
＋
＋
−
−

＋
＋
＋
＋
＋
＋
＋
＋
＋
＋
＋
＋
＋
＋

落葉広葉樹
アジサイ
アンズ
ウメ
エニシダ
ケヤキ
コデマリ
コナラ
シラカンバ
ソメイヨシノ
トウカエデ
ドウダンツツジ
トネリコ
ドロヤナギ
ハナミズキ
ブナ
ミズナラ
ミヤギノハギムラサキハシドイ
ヤシャブシ
ヤマザクラ
ユリノキ

¸
¸
»
¸
º
¸
º
º
¸
º
¹
º
º
¹
º
º
¸
¸
¸
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º

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−
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−
−
−
−
−
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−
−
−
−
−
−
−
−
−
−
−
−

−
−
−
−
−
−
−
−
−
−
−
−
−
−
−
−
−
−
−
−
−

＋
＋
＋
−
−
−
＋
−
＋
−
＋
＋
−
＋
＋
＋
＋
＋
−
＋
＋

全落葉
全落葉

−
＋

−
−
−
−

＋
枯死
＋
＋
＋
＋

＋
＋
全落葉
全落葉
全落葉
枯死

＋
＋
＋
＋

全落葉
＋
枯死
全落葉
＋

＋
＋

壊死斑
壊死斑、穿孔壊死斑、落葉壊死斑
壊死斑、小葉化
壊死斑
葉緑の壊死、壊死斑
葉緑の壊死、落葉
壊死斑、穿孔葉緑の壊死、壊死斑
褐色壊死斑
壊死斑
葉緑・葉脈の壊死
壊死斑、葉緑の壊死
葉緑の壊死、壊死斑
葉緑の壊死、壊死斑
壊死斑
壊死斑
壊死斑点、小葉化
壊死斑、落葉壊死斑−：可視障害なし、＋：可視障害あり。
／回×３回／週
降雨量：20mm（2.5mm hr−1×8hr）＊ ¸ 1991年７月から10月に暴露、¹ 1992年４月から６月に暴露、º 1993年４月から ６月に暴露、» 1993年７月から９月に暴露。

電中研レビュー No.43 ● 63

葉樹では 4.0 〜 3.0 の間にあった。

したが、クロマツ以外では有意な生長低下は認められ

降雨と霧を比較すると、霧やミストの方が水滴径がなかった（図 5-2-1）。針葉樹の場合、pH 5.6 の場合の小さいため比表面積が大きい。このため、水滴中に取個体乾物重量を基準にすると、pH 2.5 のそれは± 20 ％り込まれる成分濃度が高く、雨滴よりも霧の方が pH はの変動範囲であった。落葉広葉樹の場合は− 90 ％〜＋低くなる傾向にある。したがって、同じ pH でも霧やミ

65 ％の範囲で変化し、半数が− 50 ％以上を示した。特ストの方が影響は大きいと考えられている。そこで、にドロヤナギ、トネリコ、トウカエデの生長低下が顕両者の影響を比較するため、単位面積当たりの沈着量著であったâ、é。これらの結果から、可視害発現と同様を等しくして降雨と霧を模したミストによる影響の差に、生長反応についても針葉樹の方が広葉樹よりも耐異を調べた。その結果、可視害の発現頻度や障害の程酸性は強いことがうかがえる。

度は降雨よりもミストの方が大きくなる傾向にあった

一方、ポットに充填した土壌に無施肥の状態で pH

ç

4.0 あるいは 3.0 の人工酸性雨やミストを暴露すると、生が、可視害の発現 pH にはほとんど差はみられなかった 。

長促進効果がみられる場合が多い è、ê、ë。この生長促

5-2-3

進効果は、人工酸性雨の主成分として用いた硝酸の施生長におよぼす影響

肥効果と考えられる。pH 3.0 の人工酸性雨を年間 2000
スギ、ヒノキ、サワラを対象に２年間の暴露実験をmm 与えた場合の窒素負荷量は 56 kg ha − 1 に相当する。

行った結果、pH 2.0 の人工酸性雨では可視害が発現し、この値は市販の 8-8-8 式化成肥料の基準施肥量（80 kg

光合成器官の落葉・枯死に伴う生長低下が認められた

ha − 1）よりもやや少ないが、窒素の施肥効果が十分にが、pH 5.6 〜 3.0 では生長低下はみられなかったè。つ

見込める量である。鈴木らìの林内雨調査によると、東ぎに、３生長期（約 27 か月間）にわたって人工酸性雨

京都多摩地区では 100 kg ha − 1 yr − 1 の硝酸イオンが沈を暴露した結果、針葉樹８種のうち、クロマツは pH

着している。ヨーロッパの最近の調査結果でも、森林2.5 における個体乾物重量が pH 5.6 に比べて有意に低下の材積量（バイオマス）が以前よりも増加しており、

200
相
対
乾
物
重
量
％

針葉樹

150
100
50

ギ
ス

ソ
ビ

ヒ
ノ
キ
ス
ト
ロ
ー
ブ
マ
ツ

ア

シ

ラ

マ
カ

ト
ツ
イ
ド

ウ

200
相
対
乾
物
重
量
％

ツ

ヒ
ウ

ツ
マ
ラ
カ

ラ

ク

ジ

ロ

ロ

マ

モ

ツ

ミ

0

広葉樹

150
100
50

図5-2-1

バ
ン

キ

カ
ラ
シ

ユ

リ

ノ

ラ
ナ
コ

ラ
ミ

ズ

ナ

キ
ヤ
ケ

ナ
ブ

デ
エ
ウ

カ

リ
ネ
ト

ト

ド

ロ

ヤ

ナ

コ

ギ

0

樹木の生長におよぼす人工酸性雨（pH2.5）の影響(43)
暴露期間：３生長期（27か月間）、総降雨量：4100mm。
ただし、シラビソとケヤキは１生長期の結果。
縦軸：pH5.6の個体乾物重量を基準にした相対値として表示。

64

その原因として窒素沈着量の増加が指摘されている À 。

示した人工酸性雨を約 27 か月間（約 4,100 mm）暴露し今後は、窒素沈着量の増加がもたらす影響について検た後の土壌 pH は、pH 3.0 の降雨では初期値の 5.3 から討も必要と考える。

4.7 に、pH 2.5 の降雨では 4.4 に低下した。このため、降雨 pH が 2.5 のとき、広葉樹あるいは針葉樹を植栽した

5-2-4

土壌の BC/Al 比は 0.8 〜 1.0 に低下した（図 5-2-2）。

土壌酸性化の影響暴露実験では、人工酸性雨が植物体の地上部と土壌
酸性雨が樹木衰退を引き起こす原因の一つとして土の両方に沈着するため、地上部に対する直接影響と土壌の酸性化が考えられる。すなわち、土壌 pH の低下、壌を介した間接影響を分けて考えることは難しい。し塩基の溶脱による養分欠乏、Al イオンの毒性影響であかし、針葉樹の場合は BC/Al 比が１以下になってもほる。

とんどの樹種に顕著な生長低下は認められなかった。
一方、落葉広葉樹の場合は生長低下の割合が樹種によ3-3 で述べたように、土壌の酸性化により Al が溶出し、土壌溶液の塩基（BC）と Al のモル濃度比（BC/Al）がって大きく異なった。この結果から、閾値は樹種によ

１以下になるとドイツトウヒなどの根の生長が抑制さって異なることが明らかである。今後、BC/Al 比が指れたことからí、北欧の森林土壌に対する BC/Al 比の閾標として適当かどうか、また BC/Al ＝ 1 が閾値としてî

適当かどうかの検討が必要と考えるâ、ñ。

値（critical point）は 1 とされた 。
スギへの暴露実験では、降雨 pH が 2.0 の場合に１年後に BC/Al 比は約 0.4 に低下したï、ð。また、図 5-2-1 に

5-2-5

酸性雨とオゾンの複合影響

BC/Al

スギ衰退の実態調査結果によれば、光化学オキシダ
8.0

ント濃度が 60 ppb を越える時間数が多く、生長期の降6.0

水量が少ない地域ほど、衰退の程度が激しい傾向にあった。このため、スギ衰退にはオキシダントや乾燥ス

4.0

トレスが影響している可能性が示唆されるÐ、Ñ。
針葉樹
広葉樹

2.0

オキシダントの主成分であるオゾンと酸性雨の複合影響を調べるため、スギ、ヒノキ、サワラを対象に２

0.0
2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

年間の暴露実験を行ったê。オゾン単独の場合、オゾン

人工酸性雨のpH

濃度が高くても個体の生長に見かけ上の影響はなかっ
人工酸性雨暴露実験終了後の土壌のBC/Al (50)

たが、地上部に比べて根の割合が相対的に減少する、

暴露期間：３生長期（27か月間）、総降雨量：4100mm
BC/Al＝（K＋Ca＋Mg）/Al（mM/mM）

すなわち光合成産物の分配が影響をうけることが明ら

図5-2-3

ス

ギ

2.4
2.2
2.0
1.8
1.6
1.4
1.2
1.0
0.8

1.7
ヒノキ

pH5.6
pH3.0

サワラ
1.6
TR比

2.4
2.2
2.0
1.8
1.6
1.4
1.2
1.0
0.8

TR比

TR比

図5-2-2

1.5
1.4
1.3
1.2

対照 0.06 0.12 0.18

対照 0.06 0.12 0.18

対照 0.06 0.12 0.18

オゾン濃度

オゾン濃度

オゾン濃度

ppm

ppm

ppm

スギ、ヒノキ、サワラの地上部（Top）と根（Root）の重量比におよぼす
オゾンと人工酸性雨の複合影響(51)
暴露期間：23か月間、総降雨量：4300mm
オゾンは毎日09：00〜15：00の間に一定濃度で暴露

電中研レビュー No.43 ● 65

大気汚染物質（SOx, NOx, Ox, 粒子状物質, etc.）

湿性沈着

乾性沈着
生長促進
C/Nの低下耐寒性の低下NO3

炭素分配率の変化
Top/Rootの上昇

O3

施肥効果
炭素分配率の変化の加速
Top/Rootの上昇の加速

気象要因
温度
異常低温
異常高温
日射不足
水分過多（湿害）
風害（台風や季節風などの強風）
乾燥ストレス（少雨）

異常低温
根量の減少
養・水分吸収能力の低下

生長量の低下抵抗性の低下

土壌酸性化
土壌pHの低下
Al溶出量の増加
Ca，Mgの欠乏
BC/Alの低下

生物要因
遷移減少（競争）
病虫害

衰退・枯死

遷移の進行
動物による食害
裸地化

図5-2-4

窒素化合物とオゾンの複合影響仮説かとなった。オゾンに pH 3.0 の人工酸性雨を複合する

都市周辺域におけるスギの衰退原因として水ストレと、対照よりも個体の生長量は増加するが、分配率のス説（大気の乾燥化の影響） Ò〜Õが提示されているが、アンバランスが加速されることがわかった（図 5-2-3）。

オゾンと窒素酸化物の複合影響によって光合成産物のまた、オープントップチャンバーを用いて光化学オキ

分配率のアンバランス化が加速されている可能性が考

シダントを浄化した大気と非浄化大気に pH 3.0 の酸性えられる。このようなアンバランス化は結果的にスギ

ミストを組み合わせた３年間の暴露実験でも、酸性ミなどの水要求の大きい樹木の乾燥ストレス感受性を増スト中の硝酸がオゾンの影響を増大させる可能性のあ大させていると考えることができる（図 5-2-4）。

ることが判明したë。

５−３

オゾンと二酸化硫黄の単独
および複合影響
進展にともなってわが国への SO2 の移流が増加すること

5-3-1 はじめにがあれば、生態系への影響が懸念される。一方、オゾン（O3）濃度も将来増加することが予測されている。

わが国では厳しい排煙対策が取られているため、二わが国に生育する樹木に及ぼす O3 や SO2 の影響を調

酸化硫黄（SO2）の樹木への直接影響は極めて小さいとべた既往の研究は、高濃度急性暴露による葉の可視害考えられる。しかし、東アジア地域の著しい工業化の発現を指標としたものが多いò、ó。しかし、可障害を指66

標とした場合の O3 や SO2 の閾値やその樹種間差は、生た大気、およびその大気につねに外気の 1.0、1.5、2.0 倍

長反応を指標としたものとは一致しないばかりでなく、になるように O 3 を添加した４段階とした（図 5-3-1）。

可視害が発現しなくても樹木の生長は低下することがSO2 濃度は浄化大気および 10、20、40 ppb の 4 段階とし

ô、õ

ある

た（図 5-3-1）。1.0 倍以上の O 3 区および 10 ppb 以上の。

そこで、当研究所では樹木を対象に、オープントッ
プチャンバーを用いた O3 と SO 2 の暴露実験を２年半にSO 2 区における濃度は目標濃度よりも若干低かったが、おおむね良好に制御できた（表 5-3-1）。

わたって実施した。
_

葉の可視害発現に及ぼす影響
O 3 あるいは SO 2 の単独暴露による葉面の可視害発現

5-3-2 O3 と SO2 の単独影響

状況を表 5-3-2 に示した。外気の 1.5 〜 2.0 倍の高濃度 O317 樹種（針葉樹８種＋落葉広葉樹９種）の苗木を黒あるいは 20 〜 40 ppb の高濃度 SO2 の暴露によって、針ボク土を詰めたポットに移植して用いた。暴露実験は

葉樹では４種のマツ類（アカマツ、クロマツ、ストロ

当研究所の赤城試験センター（群馬県勢多郡宮城村）

ーブマツ、カラマツ）とドイツトウヒ、落葉広葉樹で構内の標高 540 m 地点に、16 棟の大型オープントップ

は供試した全９種の葉に可視害が発現した。ポプラ

チャンバー（OTC）を設置して行った。OTC の利点は、（ドロノキ）では外気の 1.0 倍の O3 暴露によっても可視

野外環境に近い条件で大気汚染物質の植物影響を評価

害が発現した。ウラジロモミ、スギ、ヒノキの３種のできる点である。OTC は二重のパイプハウスで構成さ針葉樹では可視害は認められなかった。

れ、内側のハウスは上部東西に沿った幅 30 cm の開口部以外は農業用ビニールで被覆し、外側のハウス枠に`生長に及ぼす影響

は降雨を遮断するため上部のみに幅 120 cm のビニール

1.5 〜 2.0 倍の高濃度 O 3 の暴露によって、６種の針葉を張った。内側ハウスの両東西妻面上部には、外気を樹（アカマツ、ストローブマツ、カラマツ、ドイツト導入するための送風機を１基づつ設置した。外気はウヒ、ウラジロモミ、スギ）、およびミズナラを除く８

OTC 中央部へ向かって拡散させ、ハウスの上部開口部

種の落葉広葉樹の乾重量が有意に低下した。これらのから排出する設計である。

うち、針葉樹のストローブマツと落葉広葉樹のポプラ、暴露期間は 1993 年４月〜 1995 年９月の 30 か月間とし

トウカエデでは 1.0 倍 O3 区においても乾重量は低下した。

た（ただし 1994 年１〜４月と 1995 年１〜３月は暴露し一方、20 〜 40 ppb の高濃度 SO2 の暴露によって、４種なかった）。O3 濃度は外気を活性炭フィルターで浄化しの針葉樹（アカマツ、ストローブマツ、カラマツ、ウ

90
80

50
O3

SO2
40

濃度（ppb）

70
60

30

50
40

20

30
20

10

10
0

0
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23
時
浄化区
1.5倍区
野

刻
1.0倍区
2.0倍区
外

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23
時
浄化区
20ppb区

刻
10ppb区
40ppb区

図5-3-1 O3およびSO2濃度の日パターン（暴露期間平均）
暴露期間： 93年４〜12月、 94年５〜12月、 95年４〜９月

電中研レビュー No.43 ● 67

表5-3-1

O3とSO2の暴露期間中における平均濃度

トウカエデでは 10 ppb SO2 区においても乾重量は低下

濃度（ppb）
期間

処理区

24時間
平均値

12時間
平均値

日最高値
平均値

1993年
４月〜12月（275日）

浄化区
1.0倍区
1.5倍区
2.0倍区
野外

12
28
41
54
30

12
30
44
58
32

20
46
67
89
48

1994年
５月〜12月（245日）

浄化区
1.0倍区
1.5倍区
2.0倍区
野外

10
33
49
65
36

11
38
56
74
41

17
57
83
110
60

1995年
４月〜９月
（183日）

浄化区
1.0倍区
1.5倍区
2.0倍区
野外

9
36
53
71
37

10
38
57
75
40

17
59
88
118
61

1993年
４月〜12月（275日）

浄化区
10ppb区
20ppb区
40ppb区
野外

＜1
8
18
35
＜1

＜1
8
18
35
＜1

＜1
13
25
42
1

1994年
SO2 ５月〜12月（245日）

浄化区
10ppb区
20ppb区
40ppb区
野外

＜1
8
17
32
＜1

＜1
8
17
32
1

＜1
11
22
39
2

1995年
４月〜９月
（183日）

浄化区
10ppb区
20ppb区
40ppb区
野外

＜1
10
19
39
＜1

＜1
10
19
39
＜1

＜1
14
27
53
1

O3

た。針葉樹のストローブマツと落葉広葉樹のユリノキ、

12時間：6:00−17:59

した。
以上のように、生長反応からみた O3 あるいは SO2 に対する感受性は樹種によって異なった。ポプラのように O3 に感受性の高い樹種では、現状の O3 濃度レベルでも生長への影響が発現し得ることが示唆された。一方、ストローブマツなどの外来樹種を除くと、SO2 が平均 10
ppb 程度では生長に対する影響はみられなかったが、常時 20 ppb 以上になると影響が懸念される樹種のあることがわかった。さらに、本研究で供試した 17 樹種間のO 3 あるいは SO 2 に対する感受性の順位は、可視害発現を指標にした場合と生長低下を指標にした場合では必ずしも一致せず、生長低下を引き起こす O3 や SO2 の濃度レベルと可視害を発現させる濃度レベルも樹種により異なることが明らかとなった。

5-3-3

O3 と SO2 の複合影響

17 樹種を対象に前記と同じ設定の４段階の O3 区と４段階の SO2 区をすべて組合せた 16 処理区の複合暴露実

表5-3-2

葉の可視害発現におよぼすO3とSO2の
単独影響
樹種

Ａ）針葉樹
アカマツ
クロマツ
ストローブマツカラマツ
ドイツトウヒウラジロモミ
ス ギ
ヒノキ

O3処理区

SO2処理区

浄 1.0 1.5 2.0
化 倍 倍 倍浄 10 20 40
化 ppb ppb ppb

−
−
−
−
−
−
−
−

−
−
−
−
−
−
−
−

−
−
−
−
−
−
−
−

＋
−
＋
−
−
−
−
−

＋
＋
＋
＋
＋
−
−
−

−
−
−
−
−
−
−
−

−
−
＋
−
−
−
−
−

＋
＋
＋
＋
＋
−
−
−

験を行った。図 5-3-2 に樹種ごとの生長反応（個体乾重量）を示した。O 3 濃度は暴露期間中の平均濃度である。
アカマツ、ウラジロモミ、トウカエデの３樹種では、O3濃度が高くなると生長が低下したが、SO2 濃度も高くなると相加的に生長が低下した。クロマツやブナでは SO2と O 3 の複合影響がみられ、SO 2 濃度が高くなるにしたがい O3 濃度の増加に伴う生長低下が相乗的に大きくなった。ドイツトウヒ、ヒノキ、ポプラ、コナラ、ミズ
ナラ、トネリコでも程度は小さいが、同様の相乗的なＢ）落葉広葉樹
ポプラ
シラカンバ
コナラ
ミズナラ
ブ ナ
ケヤキ
ユリノキ
トウカエデ
トネリコ

−
−
−
−
−
−
−
−
−

＋
−
−
−
−
−
−
−
−

＋
＋
−
−
−
＋
−
−
−

＋
＋
＋
＋
＋
＋
＋
＋
＋

−
−
−
−
−
−
−
−
−

−
−
−
−
−
−
−
−
−

＋
＋
＋
−
−
−
−
−
−

＋
＋
＋
＋
＋
＋
＋
＋
＋

試験期間：30か月（1993年４月〜 95年９月）
但し、カラマツ・シラカンバは16か月（ 93年４月〜 94年８月）
ケヤキは５か月（ 93年４月〜８月）
94年１〜４月と 95年１〜３月は暴露休止。
−／＋：可視害発現なし／可視害発現
但し、可視害には早期落葉も含む

複合影響がみられた。ストローブマツ、カラマツ、シラカンバ、ケヤキ、ユリノキの５樹種では、SO2 濃度が20 ppb までは O3 濃度の増加に伴う生長低下の程度が相加的あるいは相乗的に大きくなった。しかし、SO2 濃度
が 40 ppb になると相殺的に複合影響が弱くなり、SO 2
濃度によって反応が異なった。これらに対し、スギだ
けは SO2 と O3 の複合影響がみられなかった。
以上のことから、本研究で供試した 17 樹種は、スギを除くと、O3 に対する負の生長反応は 10 ppb より高い

ラジロモミ）と４種の落葉広葉樹（シラカンバ、ケヤ

濃度の SO2 が付加された場合に相加以上の作用を及ぼし、キ、ユリノキ、トウカエデ）の乾重量が有意に低下し生長低下を増大させることが明らかとなった。

68

個体乾重量（％）

120

クロマツ

ドイツトウヒウラジロモミ

ス

ギ

ヒノキ

ポプラ

シラカンバ

コナラ

ミズナラ

ケヤキ

ユリノキ

トウカエデ

ストローブマツ

80
60
40
20
0
120

個体乾重量（％）

カラマツ

アカマツ

100

100
80
60
40
20

個体乾重量（％）

0
120
100
80
60
40
20

個体乾重量（％）

0
120

ブ

ナ

100
80
60
40
20

個体乾重量（％）

0
120

0

トネリコ

100

20
40
60
O3濃度（ppb）

0

20
40
60
O3濃度（ppb）

0

20
40
60
O3濃度（ppb）

80

80
60

SO2浄化区

40

10ppb SO2区

20

20ppb SO2区

040ppb SO2区
0

20

40

60

80

O3濃度（ppb）

図5-3-2

個体乾重量におよぼすO3とSO2の複合影響

試験期間：30か月（カラマツ・シラカンバは16か月、ケヤキは５か月）
縦軸：浄化区（O3浄化×SO2浄化）に対する相対値（％）
横軸：暴露期間中における日中12時間の平均O3濃度
曲
線：各SO2区において平均O3濃度に対する個体乾重量（相対値）をウェイブル関数で回帰した曲線（ストローブマツの40ppb SO2区は二次関数による回帰）

電中研レビュー No.43 ● 69

コラム４ オゾンのクリティカルレベル;;
国々が隣接しているヨーロッパでは、国境を越森林の樹木を対象とした O3 の CL は 10,000 ppb･hr

えた大気汚染物質の輸送が大きな環境問題となっの AOT40 と定められている。樹木の CL は４〜９た。このためヨーロッパ国連経済委員会で国際交

月の６か月における日照時の AOT40 を対象として渉が行われ、その中でクリティカルレベル

いる。解析には、O 3 感受性の高いヨーロッパブナ（critical level、CL）という概念が生まれた。CL はの苗木を対象とした OTC による暴露実験結果が用

大気汚染物質が植物などに直接的影響を及ぼす場いられた。10,000 ppb･hr の AOT40 で１年あたり合の閾値濃度を意味する。現在は、農作物や樹木の生長量が 10 ％減少したことが CL の根拠であった。

に影響を及ぼしていると考えられているオゾン

AOT40 を指標としたレベルøの CL は、ヨーロ（O3）を対象に CL の設定・改訂が進められている。

ッパのあらゆる環境条件下における、あらゆる農1988 年に最初の CL が提案され、生長期における作物や樹木に対して指定されている。しかし、O 3

日中７時間の平均濃度として 25 ppb が設定された。

に対する反応は植物の種や品種によって大きな差

その後、平均濃度よりも閾値濃度の超過分を積算があり、生育環境や他の汚染物質との交互作用にしたドウス（濃度×時間）が植物の反応とよく整よっても大きく変化する。このためレベルøの CL合することが明らかとなり、1993 年に 40 ppb を越は植物に及ぼす潜在的な O3 影響を表現するだけにえた O3 のドウスが CL の指標と決定された。その値使用され、実際の被害程度の定量的評価には用いを AOT40（ Accumulated exposure Over a

られていない。現在ヨーロッパでは、それらの変Threshold of 40 ppb）と呼ぶ（図１）。ヨーロッパ

動要因を組み込んだレベル¿の CL による実際的なではバックグランド O3 濃度が 40 ppb よりも若干低O3 影響評価手法の開発に取り組んでいる。

いことから、閾値として 40 ppb が採用された。

以上、ヨーロッパで設定された CL について概説

現在のところ、植物のタイプごとにレベルøとしたが、その値を世界の他の地域へ適用すには十呼ばれる CL が決められている。１年生の農作物を分な注意が必要である。ヨーロッパ内においても、対象とした CL は 3,000 ppb･hr の AOT40 である。

スカンジナビアから地中海まで大きな気候的格差

この値は O3 に感受性の高いコムギを用いたオープがあり、同一の CL 値を適用することに多くの異論

ントップチャンバー（OTC）による暴露実験の結がある。CL はそれを適用する地域の植生を対象と果から導かれたものであり、コムギの標準的栽培

した暴露実験結果や野外デ−タに基づいて設定す期間である３か月間（50 W m − 2 以上の日照時）にることが重要である。

５％の減収を引き起こすドウスであった。一方、

140

オゾン濃度（ppb）

120
100
80
60
40
20
0

0

4

図１

8 12 16 20 0

4

8 12 16 20 0時

4

8 12 16 20

オゾンのAOT40の算出に関する概念図
40 ppb以上の斜線部をAOT40として算出する。

70

第

章

6

コンクリート構造物への
影響評価

第６章

コンクリート構造物への影響評価 ● 目次

我孫子研究所構造部長

上席研究員

金津

努

我孫子研究所構造部

主任研究員

山本

武志

６−１

コンクリートの劣化要因 ………………………………………………………………………………………………… 73

６−２

暴露実験による影響評価 ………………………………………………………………………………………………… 75

コラム５：コンクリートのつらら現象 …………………………………………………………………………………………… 79

金津
努（1978年入所）
LNG地下タンク，原子力発電所格納容器の温度応力設計合理化研究に従事。現在は，原子力発電所屋外重要土木構造物の耐震設計
合理化研究，コンクリート製電力施設の健全度診断，酸性雨影響などの研究に取り組んでいる。

72

山本 武志（1993年入所）
フライアッシュの有効利用に関して，品質と混和したコンクリートの性能評価，JIS改正に関する調査研究に従事。現在は，フライ
アッシュのアルカリ骨材反応抑制効果やポゾ
ラン活性の早期評価の研究に取り組んでいる。

６−１

コンクリートの劣化要因の表面から徐々に空隙の pH が低下し，セメント水和物が変質する。いわゆる中性化と呼ばれる現象である。

6-1-1 はじめに

水和物の変質速度は，コンクリート構造物の状態や環
コンクリートの経年劣化には，塩害，アルカリシリ

境条件により異なる。特に，ひび割れが生じた場合や，カ反応，炭酸化，硫酸塩による浸食，凍害などのようコンクリート打設時に過剰の練混ぜ水が投入されて空に，十年から数十年で被害が顕在化するような現象（注１）

隙が多いコンクリートの場合は劣化が促進される。コと，酸性雨のように劣化進行が非常に緩慢で，通常のンクリートに生じるひび割れの原因は，外力荷重，温構造物の耐用年数内でそれが原因と判断することが難度応力，乾燥収縮，凍結融解，アルカリシリカ反応，しい現象がある。劣化速度の速い現象については，経塩害による鉄筋膨張などである。つまり，コンクリー

年変化の評価方法や対策技術が開発され，耐用年数がト打設時に用いる材料および配合の違いと，構造物を数十年のコンクリート構造物では，これらの劣化現象

供用する場所の地域特性の違いにより，コンクリート¸

を考慮に入れた設計手法が提案されている 。しかし，に生じるひび割れの特性が異なる。その結果，H ＋の影

酸性雨については現象が十分に解明されておらず，こ響度合いはかなり異なると考えられる。わが国におけれに起因する経年劣化の評価は困難な状況にある。

る雨水の年平均 pH は 4.6 〜 5.2（平均 4.8）の範囲にある

最近は既設施設の共用期間の延伸，耐用期間が 100 年

が，降水量の分布を考え合わせると，雨水を介して地を越える施設の設計などが行われるようになってきた。

表面へ負荷される H ＋量（湿性沈着量）は，南西地域のまた，既設施設の施工方法に起因する劣化の早期顕在

方が北東地域より多くなる¹。したがって，コンクリー化が問題となっている。従来，二次的な要因としてのトに及ぼす影響も地域により異なるものと考えられる。

位置づけであった酸性雨の影響も，他の要因との複合
劣化要因として考慮するべき事項となってきた。

6-1-3

酸性雨による炭酸化の促進

本節では，降雨に起因するセメント硬化体の化学的変質について，既往の知見をとりまとめた。

コンクリート表面とひび割れ面は，空気中の二酸化炭素の影響により，セメント水和物（C-S-H，Ca（OH）
2）

6-1-2 劣化因子

が炭酸化したカルサイト（CaCO3）の薄膜で覆われている。その状態のひび割れに酸性雨が浸入した場合の化

コンクリートとは，セメントペースト（セメント・学反応式をコラム５に示した。浸透水はカルサイトを水）に骨材（砂・砂利）を混ぜた硬化体であり，主要溶解して高濃度の H ＋と HCO3 −を含む水となるが，ひび

な水和物は Ca-Si-H2O 系化合物（C-S-H）と Ca（OH）2 で割れを出ると脱炭酸が起り，炭酸カルシウム（CaCO3）ある。コンクリート中の空隙に水分が浸透することにが析出するº。

より，Ca（OH）2 が Ca2 ＋と OH −に解離する。また，セメントに微量含まれている Na 2 O，K 2 O が溶解して Na ＋ ，6-1-4酸による水和物の化学的変質

K ＋，OH −になるため，コンクリート中の空隙の pH は
12 〜 13 と非常に高い。しかし，空気中の二酸化炭素や中性の水にモルタルを浸漬した場合でも，モルタル

水素イオン（H ＋）を含んだ雨水，河川水，霧などに曝から Ca2 ＋が溶出する。しかし，酸性溶液に浸漬した場

されると，H ＋と OH −の中和反応が起り，コンクリート

合の方が溶出量は著しく多くなる。pH 4.0，pH 3.5，

注１：これらの要因を考慮した設計を行った場合には，現象は生じないか，顕在化するまでにかなりの長期間を要する。

pH 3.0 の溶液にモルタルを浸漬した実験»が行われ，pHの違いによるペースト部の CaO，SiO 2，Al 2O 3，Fe 2O 3，

電中研レビュー No.43 ● 73

50

SiO2

40
Fe2O3

30
20

Al2O3

10

70

70

60

60
SiO2

50
40

Al2O3

30
20

MgO

CaO

10

0

0

10 20 30 40
浸漬時間（日）_図6-1-1

50

0

0

20
40
60
浸漬時間（日）

pH4.0

`

CaO

50
40
30
SiO2

20
MgO Al2O3 Fe2O3

10

Fe2O3

MgO

0

80

0

5

30

pH3.0

種々pH条件での組成成分割合の経時変化（普通ポルトランドセメント、W/C＝50％）(4)

MgO の溶出特性の違いが明らかにされた（図 6-1-1）。
また，各試料とも浸漬時間の経過とともに変色した。
pH 4.0 では浸漬開始後数日で黒色になり，25 日程度で隅角部が白色に変色した。pH 3.0 では 50 日目程度で茶色（赤褐色）に変色した。これらの変色は，ペースト
表層部における元素の存在比率と関係があり，特にFe2O3 と Al2O3 は内部から表層部に向かう濃縮作用があ

10

m

ot

fro
C
Ca

4

C
Ca

m

O3

2

)2

OH

O3

6

fro

(
Ca

CaCO3 from C-S-H

0

炭酸化による化学的変化
図6-1-2

y
rh

he

8

0

es

at

dr

ると考えられている。

6-1-5

10 15 20 25
浸漬時間（日）apH3.5

炭酸カルシウム量（mmol/g-cem.）

成分組成割合（％）

60

成分組成割合（％）

CaO

成分組成割合（％）

70

1.0
2.0
3.0
シリカゲル量（mmol/g-cem.）

炭酸カルシウム量とシリカゲル量の関係 (5)セメント水和物である C-S-H を定量分析する手法を用いて，他のセメント水和物（Ca（ OH）2，モノサルフェート）と合わせて炭酸化速度が評価された¼（図 6-1-2）。

（×10−3）14

その結果，Aセメント水和物である C-S-H と Ca（ OH）212が大きい，C C-S-H に比べてモノサルフェートの炭酸化速度の方が大きい，D C-S-H の炭酸化は，カルシウム含有率が低い低カルシウム型の C-S-H を経て進行することが明らかにされた。

空隙容積（ml/g）の炭酸化は同時期に始まり，その後もほぼ並行して進行する，B C-S-H に比べて Ca（ OH）2 の炭酸化速度の方

前養生：40℃、18時間
炭酸化：２日間
非炭酸化
炭酸化
前養生

10
8
6
4
2

6-1-6

炭酸化による物理的変化

0

10−1
100
10−2
細孔径（μm、対数スケール）

炭酸化によるセメント組織の変質について，実験的に次の知見が得られている。モルタルを炭酸化させ，

図6-1-3

各試料の細孔径分布 (6)その炭酸化した部分と炭酸化していない部分の細孔径分布の比較により，炭酸化した領域のほうが 1 μ m 以下いう結果が得られている½（図 6-1-3）。また，空隙量のの細孔径容積が全般的に低下し，組織が緻密化すると低下にともない，モルタルの曲げ強度は増加する。一74

般に，水酸化カルシウムが炭酸化により炭酸カルシウ

Ca 溶出が容易な組織に変質することも事実であり，ひム（カルサイト，バテライト，アラゴナイト）に変化

び割れなどの欠陥ができる場合には，劣化を促進するすることで，硬化体内の細孔量は低減する。しかし，要件になる。

６−２

暴露実験による影響評価
酸を 5 ： 2 ： 3（当量比）の割合で混合して調製した。
pH は 2.5，3.0，4.0，5.6 の４段階とした。

6-2-1 はじめに前節で述べたように，酸性雨の影響は長期にわたっ`試験体の条件てゆっくりと進行する性質のものであり，暴露試験に

¸

形状・寸法

より影響を検証するには，長期間の継続実験を必要と降雨に曝される面の状態が強度に反映され易いようする。当研究所では，４か年にわたり酸性雨を模擬しに，板状試験体を曲げ強度試験に用いた（図 6-2-1）。

た人工雨を用いて暴露試験を実施し（総降雨量は約

形状は厚さ 1.5 cm，幅 4 cm，長さ 16 cm である。この9000 mm），以下の４つの観点から酸性雨のコンクリー

大きさの関係から，試験体はモルタル（コンクリート

トへの影響を評価した。

から砂利部分を除いたもの）で作製した。曲げ試験は，

A

pH によって表面浸食量はどのように異なるか

降雨に曝される面を引張り側にして実施した。

B

コンクリート内部にどのように影響するか¹

C

コンクリートの強度は影響を受けるのかD

コンクリートの表面状態（色調）にどのように

試験要因
酸性雨の影響は，コンクリート構造物の欠陥部で早期に顕在化することが既往の研究から明らかにされている。本研究では，モルタルの水セメント比（以下影響するかW/C）を大きくして品質を低下させ，構造物の欠陥を実験的に再現することにした。

6-2-2 模擬酸性雨による暴露実験

W/C を 60 ％，80 ％，100 ％に変え，単位体積当たり_

酸性雨の条件のセメントペースト量が一定となるように配合を決定

模擬酸性雨の陰イオン組成は，わが国での実測例をした。一般の配合では W/C 65 ％がほぼ上限なので，参考にして，純水（pH 5.6 ：対照）に硫酸，硝酸，塩W/C 80 ％，100 ％ は品質をかなり低下させたものと考

15mm

模擬酸性雨暴露試験状況

40mm

160mm

15mm

モルタル試験体

荷重

酸性雨の当たる面

図6-2-1

モルタル試験体と曲げ強度試験方法

電中研レビュー No.43 ● 75

えることができる。試験体は１ケース３本である。

である。
浸食速度は pH が 4.0 を下回るようになると増加し始

a

降雨条件

め，pH 3.0 を下回ると急激に大きくなった。この領域

1 降雨イベントを６時間，16 mm とし，これを２日にでは，モルタルの品質の影響も大きくなるが，pH の影

１回降らせた（雨量は１週間で約 50 mm）。これは，乾響はさらに著しい。pH 3.0 の場合の浸食速度は，pH 5.6

湿を与えることにより実際の降雨条件に近づけるように比較して，品質が通常のモルタル（W/C ： 60 ％）で配慮したものである。模擬酸性雨の総雨量は約 9000

約 1.6 倍，品質不良のモルタル（W/C ： 80 ％，100 ％）mm であり，これは単純に年平均（約 1700 mm）で換で約 2 倍となった。pH が 2.5 になると，品質が通常のモ算すると，わが国の降水量の５〜６年分に相当する。

ルタルで約 3.8 倍，品質不良のモルタルで約 4.3 倍となっ現実には，pH 4.0 を下回る雨が年間 1700 mm 降っていた。降雨量 10000 mm のときの浸食量は，pH 5.6 の場合るわけではない。

で 0.3 mm 程度，pH 2.5 の降雨で 1.0 〜 1.4 mm と推定される。
本実験で得られた pH と浸食速度の関係を pH が変動

6-2-3 表面の浸食量についてする実際の降雨の場合に適用するとすれば，各 pH の降
表面浸食量（浸食厚さ）は，所定降雨量を暴露した
毎に 0.01 mm まで測定した。この測定値は，雨滴が試

雨量に浸食速度を乗じて，それらを積算することにより，表面浸食量の評価は可能と考えられる。

験体表面に衝突する際の物理的な現象に起因する量と，酸性雨によりセメントペースト硬化体が変質して失わ

6-2-4

内部への影響についてれる量を合わせた量である。
降雨量と浸食量とは，模擬酸性雨の種類に関係なく試験体内部への影響は，組織の密実さ，品質の良さ

非常に良好な直線関係が認められたことから，単位降を表す指標として，単位体積当たりの細孔容積と主要雨量当たりの浸食深さ，つまり浸食速度として図 6-2-2な水和物である CSH（Ca-Si-H2O 系化合物）を測定してに示した。この図から，モルタルの W/C の影響，模擬評価した。酸性雨の内部への進入により硬化体が分解

酸性雨の pH の影響を明確に把握することができる。

して各種イオンが溶出し，組織が多孔質化することが模擬酸性雨の pH が 4.0 以上の場合には，W/C の大き予測された。

い（品質不良の）モルタルの方が浸食速度はやや大き

実験結果（図 6-2-3）は，品質が不良なモルタルほどいものの，大きな差はなかった。つまり，わが国で通総細孔容積は大きい値となったが，模擬酸性雨に暴露常認められる酸性雨の pH 程度では，コンクリートの品されても，それらの値は初期値のまま経時的にはほと質が悪くても（W/C ： 80 ％，100 ％），浸食に与える影

んど変化しなかった。むしろ，経時的に小さくなる傾響は pH 5.6 の降雨の場合と大差がないことを示すもの

向が認められた。別途実施した NO 3 − の測定結果から，
酸性雨は内部へ浸透しているが，モルタルの微細構造へは悪影響を及ぼしていないことが示唆された。

16

表面浸食速度（×10−3mm mm−1）

さらに，セメントペースト硬化体の品質をより的確

W/C：60％
W/C：80％
W/C：100％1412に評価するため，試験体の表層（5 mm）と内部（中央10部 5 mm）の２箇所から試料を採取し CSH を測定した

86（図 6-2-4）。模擬酸性雨の影響は，pH 2.5 の場合に明確4に認められ，表層ほど CSH が多く分解されたが，pH20

4.0 と pH 5.6 では採取場所による差はそれほど大きくな
2

3

4

5

模擬酸性雨のpH

6かった。むしろ，モルタルの品質（W/C）の影響が大きい。W/C が 100 ％と品質がかなり悪い場合は，降雨

図6-2-276

模擬酸性雨のpHと表面侵食速度の関係

のみにより CSH の分解が進行した。

単位モルタル量当たりの細孔容積（cc g−1）

W/C; 60％

0.12

W/C; 80％

0.12

0.1

0.1

0.1

0.08

0.08

0.08

0.06

0.06
○ pH 2.5△ pH 3.0□ pH 4.0◇ pH 5.6● 気乾暴露

0.04
0.02
0

0.04
0.02

2000

4000

6000

W/C; 60％

pH 2.5

4000

6000

0

8000

2000

4000

6000

8000

総降雨量（mm）

総降雨量と試験体内部の総細孔容積1.5

2
pH 4.02000

総降雨量（mm）

図6-2-3

1.5

0.02
0

0

8000

○ pH 2.5△ pH 3.0□ pH 4.0◇ pH 5.6● 気乾暴露0.04

00W/C; 100％

0.06○ pH 2.5△ pH 3.0□ pH 4.0◇ pH 5.6● 気乾暴露総降雨量（mm）

CaO/SiO2モル比

0.12

W/C; 80％
pH 2.5

W/C; 100％
pH 4.0pH 5.61.5

pH 5.6pH 2.5
1

1
pH 4.01
0.5

pH 5.6

0.5

0.5

0

平均 内 表面 平均 内 表面 平均 内 表面

0

平均 内 表面 平均 内 表面 平均 内 表面0

総降雨量：9000mm

総降雨量：9000mm

図6-2-4

平均 内 表面 平均 内 表面 平均 内 表面

総降雨量：9000mm

C-S-Hの分析結果

本暴露実験から，モルタル内部への影響は次のよう的にやや低下し，その割合は pH が低いほど大きくなっに結論される。酸性雨の pH が 3.0 を下回る場合や，モた。すなわち，モルタルの品質が悪く pH が低い場合は，ルタルの品質が非常に不良の場合は，pH 5.6，W/C

降雨量 9000 mm 程度で曲げ強度に若干の影響がでるも60 ％の条件に比較して，セメントペースト硬化体の分のと考えられる。

解が顕著に生じる。しかし，pH が 4.0 以上，W/C が80 ％以下ならば，酸性雨の影響はほとんどない。

6-2-4 で述べたように，セメント硬化体の CSH 分解の程度は内部より表層部で著しく，その傾向は pH が低いほど大きい。ここで述べた曲げ強度に対する影響は，

6-2-5 曲げ強度に与える影響
模擬酸性雨に曝した面を引張り側として，試験体のそうした CSH 分解の結果と符合するものである。

6-2-6

表面状態（色調）について曲げ試験を行った結果を図 6-2-5 に示す。ここでは pH
5.6 の場合を基準として強度変化を整理した。

降雨に起因するコンクリートの色調の経時変化は，

曲げ強度は，モルタルの品質や模擬酸性雨の pH の違

一つの劣化事象と考えられる。色調の変化は，物理的，いにより，経時変化にわずかであるが差が生じた。

化学的な影響に比べて短期間で顕在化する現象である

W/C が 60 ％の場合は，降雨量が約 9000 mm となってため，他の要因を二次的要因を位置づければ，コンク

も，pH にかかわらず曲げ強度比はほとんど変化しなか

リート構造物の性能に影響する一次的要因である。

った。一方，W/C が 80 ％の場合は，曲げ強度比は経時

図 6-2-6 は総雨量約 9000 mm，試験日数 1430 日の時

電中研レビュー No.43 ● 77

W/C; 60%

曲げ強度比（pH X/pH5.6）

1.5

1

W/C; 100%

W/C; 80%

1.5

1.5

1

○pH 2.5△pH 3.0□pH 4.0◇pH 5.6

0.5

1○pH 2.5△pH 3.0□pH 4.0◇pH 5.6

0.5

0

0
0

2000 4000 6000
総降雨量（mm）

8000

図6-2-50○pH 2.5△pH 3.0□pH 4.0◇pH 5.6

0.5

2000 4000 6000 8000
総降雨量（mm）

002000 4000 6000
総降雨量（mm）

8000

総降雨量に伴う曲げ強度比の変化同じであった。一方，模擬酸性雨に暴露した試験体は，
W/C；60％

pH が 5.6 から低くなるにしたがい表面が赤茶けてきた。

総降雨量；9000mm

約８cm

これは，モルタル中の鉄分（Fe）が酸化されて褐色化したものと考えられる。既往の研究 ¾、¿によれば，Feは酸性環境下であっても溶出しにくく，残留と濃縮が顕著になり，酸化とともに赤褐色化することが確認されている。
気乾（室内） pH 2.5

pH 3.0pH 4.0pH 5.6

pH が 5.6，4.0 では，色調は気乾状態とそれほど大きく相違しなかったが，pH が 3.0，2.5 ではかなり色濃く

図6-2-6

各pHの条件での試験体表面の色調の相違なった。このような状態は，降雨量 2100 mm 時点で現れており，影響の顕在化は早い。しかし，実際の降雨点の試験体（W/C 60 ％）の外観を示した。室内に放置

pH のレベル（pH 4.0 以上）では，色調変化は緩慢に進した試験体（気乾）は，暴露開始時の外観とほとんど

行する。

78

コラム５ コンクリートのつらら現象
Ca2 ＋＋ 2HCO3 − → CaCO3 ＋ H2O ＋ CO2 ↑ひび割れの入ったコンクリートの表面に，白色πの液ダレ痕のようなものが付着していることがある。それは降雨の作用により生成した炭酸カルシ

同時に，コンクリート空隙内の pH 低下により，ウムの白色沈澱であるº。

セメント水和物である Ca-Si-H2O 系化合物の一部がひび割れ内の表層部は，セメント水和物（Ca

溶解する（式∫）。ここで生成した H4SiO4 がゲル化

（OH）2）と空気中の炭酸ガスの反応により生成した

し，ひび割れを閉塞することがあり，つららの形

カルサイト（CaCO3）の膜で覆われている。そこに成を律速する要因となる。

酸性雨が浸透すると，式∏の反応が生じる。
（Ca）x（Si）y（H2O）z ＋ nH ＋ →CaCO3 ＋ H ＋ → Ca2 ＋＋ HCO3 −∏xCa2 ＋＋ yH4SiO4 ＋ mH2O

雨水がひび割れ内を浸透する間に，雨水は Ca 2 ＋∫実構造物に生じるつららの成長は，ひび割れ幅，−と HCO3 を含むかなり濃厚な溶液になる。やがて

環境温度，湿度，風，日射などの影響を受けるの

雨水がひび割れのそとに出ると，大気に開放されで，降雨の影響を評価するのは難しいÀ。また，純るため脱炭酸が起り，CaCO 3 が析出する（式π）。

水やアルカリ水によってもつらら現象の起ること

つまり，ひび割れが発生しているコンクリート部が明らかにされており，必ずしも酸性雨に特定さ材の下部で，円形状の結晶塊が生成し，徐々に成れる現象ではないが，pH が低い雨水の方が成長を長することによりストロー状のつららとなる（写促すことも確認されているÁ、Â。

真１）
。

写真１

コンクリートつらら

電中研レビュー No.43 ● 79

第

章

7
総合評価

第７章

総合評価 ● 目

企画部環境推進担当

次

部長

朝倉

一雄

狛江研究所大気科学部長

上席研究員

藤田

慎一

狛江研究所大気科学部

上席研究員

佐藤

一男

７−１

酸性物質の広域輸送 ……………………………………………………………………………………………………… 83

７−２

酸性物質の環境影響 ……………………………………………………………………………………………………… 84

７−３

今後の課題 ………………………………………………………………………………………………………………… 85

朝倉 一雄（1971年入所）
火力発電所の排ガス拡散実態調査，排ガス拡散予測手法および石炭火力発電所微量物質の環境影響評価など，発電所の大気環境影響評価に係わる研究を行ってきた。現在，企画部で，地球温暖化問題や微量物質対策など，
環境研究全般にわたる総合推進の業務を担当している。

佐藤 一男（34ページに掲載）

82

藤田 慎一（８ページに掲載）

７−１

¸

東アジアの降水化学

酸性物質の広域輸送
出経路は季節的に大きく変化する。寒候期の日本海側でみられる高濃度の原因を，火山活動で説明すること

東アジアの降水組成は，上層風や降水量などの気象は風系的にみても困難である。

条件と，前駆物質の排出源分布の二つに大きく支配されている。その質的な変化を検討するとき，AP ：º［nss-SO42 −＋ NO3 −］と NP ：［nss-Ca2 ＋＋ NH4 ＋］の値

酸性物質の広域輸送はよい指標になる。大陸北部の降水は NP ＞ AP の関係

ハイブリッド型の広域輸送モデルを開発し，わが国が成立し，AP は高いが NP は相対的にさらに高い。こに沈着する硫黄化合物の排出源の寄与率を計算した。

れは硫酸や硝酸を中和するのに十分な量のカルシウム

予測されたわが国の沈着量は，観測値の 80 ％強であり，やアンモニアが，定常的に降水中に供給されているこ

多くの地点で両者はよく一致する。日本全域で見ると，とを意味する。このため，アジア最大の SO2 排出域の後全沈着量のうち人間活動による影響が 40 ％，火山の影背に位置するにもかかわらず，酸性度の強い雨は降っ

響が 20 ％，大陸の影響が 40 ％を占める。寒候期の日本ていない。太平洋上の降水は NP ＜ AP の関係が成立し，海側では，季節風の影響により大陸の影響が 80 ％を超

AP は低いが NP は相対的にさらに低い。このため発生える。
広域輸送モデルによる計算結果の妥当性は，他のモ域から離れているにもかかわらず，年間を通して酸性

デルとの比較計算によって裏付けられた。台湾電力公

度の強い雨が降ることになる。
2＋＋，NH4 ，nss-司／台湾大学との共同研究や当研究所の提唱による国SO 42 −，NO 3 −の各濃度は，寒候季に高く暖候季に低く際プロジェクト（MICS-ASIA）により，複数の広域輸なる傾向がある。NO 3 −濃度と NH 4 ＋濃度の増加は顕在送モデルを用いて硫黄化合物の輸送計算を行い，モデ化しており，過去 10 年間の増加率は約 45 ％に達する。

ル間の整合を調べた。その結果によると，個々の結果

西日本地域における降水中の nss-Ca2＋2−濃度には，明瞭には当然違いはみられるが，発生−沈着関係を含めてな経年変化は認められない。降水の酸性化に及ぼす硝予測結果の大まかな特徴は一致している。濃度や沈着酸の寄与は経年的に増加しており，東アジアにおける量の予測精度は，空間解像度や降水量の評価に大きく

NOX 排出量の増加がこれに深く関与している。

支配されることがわかった。

これに対して nss-Ca

濃度と nss-SO4

国際応用システム分析研究所と共同で，わが国にお¹

わが国における硫黄の収支

ける酸性物質の沈着量の将来予測解析ツール TRAJECを開発した。将来の SO2 排出量について，現状規制シナ

1980 年代後半の日本列島を対象に，硫黄化合物の収−1リオにおける 2030 年の全沈着量は，1995 年に比べて約，乾性沈着量は約 430

20 ％増加する。中国の 2030 年のエネルギー消費量がGgS yr − 1 である。沈着量／排出量の比率は地域的に異1995 年の 2.7 倍に，SO2 排出量が 3.5 倍になるという悲観

なるが，日本全体をみると，みかけ上，全沈着量はこ的なシナリオでは，日本海側で硫黄の沈着量が２倍にの地域からの排出量を約 2.4 倍上回る。硫黄化合物の収なる地域が生じる。わが国における硫黄沈着量の増加

支には天然排出源，特に火山活動も大きく関与していに関与するのは，主に朝鮮半島の西にある渤海湾と黄る。だがその分布は地理的に偏在しており，噴煙の流

海を囲む領域からの排出量の増加である。

支を解析した。推計された人為排出量は約 435 GgS yr
湿性沈着量は約 620 GgS yr−1，

電中研レビュー No.43 ● 83

７−２

¸

森林への酸の総沈着量した。中宮流域と東谷流域における主要な中和反応は，

群馬県の実験林（スギ人工林）を対象に，大気から＋樹冠への H の沈着量を推定した。降水による湿性沈着
量は 0.52 keq ha

−1

yr

−1

酸性物質の環境影響，４種の酸性ガス（SO2，NO2，

方解石の風化である。陣が畑流域ではケイ酸塩鉱物，
とくに斜長石の風化が中和に働いている。一方，鉱物の風化速度が小さいウッズ流域では，風化と陽イオン

HNO3，HCl）による乾性沈着量は 0.72 keq ha − 1 yr − 1

交換では中和しきれない H ＋が流出し，湖水の酸性化をとなり，総沈着量は 1.24 keq ha − 1 yr − 1 と推計された。

招いている。

この値は森林土壌や湖の酸性化が喧伝される欧米の沈以上の結果から，酸性化のおそれのある流域条件と着量に匹敵するものである。一方，欧米に見られない

しては，石英や白雲母などの風化しにくい鉱物を多く特徴として，H ＋の乾性沈着量に占める HCl の寄与がか含み，風化層が薄い（10 m 以下）ため鉱物の風化速度なり大きい（19 ％）ことがあげられる。

が小さく（1 kmol ha − 1 yr − 1 以下），風化による H ＋の中和量と H ＋の沈着量の比が小さい（10 以下）流域と考¹

森林土壌への影響えられる。

前記の実験林を対象に，土壌−植生系における H ＋の収支を推定した。大気からは湿性＋乾性沈着，大気由＋

来の NH 4 の葉面吸収と土壌中での硝化により合計 3.1
keq ha

−1

yr

−1

＋

の H が負荷されている。これに対し，鉱物風化の重要性はモデル計算でも裏づけられた。
アメリカの電力研究所（EPRI）が開発した ILWAS モ
デルを東谷流域に適用し，河川水質の長期予測を行った。その結果，現状レベルの H ＋の沈着が 100 年間続い系の内部ではその 5.2 倍（15.9 keq ha − 1 yr − 1）の H ＋がても，河川水質は安定しており酸性化は起こらない。

自然のプロセスで生産されている。さらに，両者を合

一方，方解石の風化がまったく起こらないと仮定した＋

わせたすべての H は，土壌からの豊富な塩基の放出や場合は，数十年後に酸性化の兆候が現れ，その後徐々

植生のアニオン吸収により，系内で完全に中和されてに酸性化の進むことが予測された。

いることがわかった。
酸性岩（花崗岩，流紋岩）を母材とする土壌が分布»

樹木への影響する広島県南部の 25 地点を対象に，深さ 50 cm におけ樹木を対象に人工酸性雨の暴露実験を行った。可視る土壌溶液の BC/Al 比を調べた。その結果，BC/Al 比

害の発現 pH は樹種によって異なり，針葉樹の場合は 3.0

は 1.5 〜 440 の範囲にあり，いずれの地点もヨーロッパ〜 2.5 の間，広葉樹では 4.0 〜 3.0 の間にある。生長反応での閾値１を上回った。そこで，BC/Al 比が１となるについても，針葉樹のほうが広葉樹よりも耐酸性は強＋H の上乗せ量を試算した結果，0.77 〜 15.8 keq ha
−1

−1

＋

い。土壌に無施肥の状態で人工酸性雨を暴露すると，となった。これらの値は，同地点における H の総硝酸の施肥効果により生長促進がみられる。針葉樹の沈着量（およそ 0.7 keq ha − 1 yr − 1）と同レベルかそれ場合は，土壌の BC/Al 比が１以下になってもほとんど以上である。

の樹種に顕著な生長低下は認められないが，落葉広葉yr

樹の場合は生長低下の割合が樹種によって大きく異なº

陸水への影響山地流域で普遍的にみられる中和反応は，陽イオン

交換と鉱物風化である。両者を定量的に分別する方法

る。人工酸性雨にオゾンを複合させると，個体の生長量は増加するが，光合成産物の分配のアンバランス化が加速される。

を考案し，手取川水系の中宮流域，吉野川水系の東谷

以上の結果から，現状の酸性雨では可視害や生長抑流域，天竜川水系の陣が畑流域，アメリカ・アディロ

制などの直接影響が発現する可能性は極めて小さい。

ンダック公園内のウッズ（Woods）流域の四つに適用

また，衰退地点の土壌理化学性を考慮すると，土壌酸

84

性化が衰退原因である可能性も小さいと考えられる。

タル試験体を製作し，模擬酸性雨による暴露実験（総つぎに，オゾンと SO2 の暴露実験を行った。生長低下

雨量約 9000 mm）を行った。一般のモルタルは W/Cを引き起こすオゾンや SO2 濃度は，樹種によって大きく

65 ％が上限なので，80 ％，100 ％ は品質をかなり低下異なる。生長低下を指標とした場合と可視害を指標とさせたモルタルである。模擬酸性雨の pH は 2.5，3.0，

した場合とでは，オゾンや SO 2 の濃度の閾値は異なる。

4.0，5.6 の４段階とした。

オゾンに感受性の高い樹種では，現状のオゾン濃度でモルタル表面の浸食量は，pH が 4.0 以下になると増加も生長への影響が懸念されるものがある。SO2 濃度が常し始め，pH 3.0 以下で急激に増大する。モルタル内部

時 20 ppb 以上になると，SO2 の単独影響が懸念されるへの影響は，pH が 2.5 の場合やモルタルの品質が非常に樹種がある。現状濃度のオゾンと 10 ppb より高い濃度不良の場合に顕著である。曲げ強度は，モルタルの品の SO2 の複合暴露によって生長低下の程度が増大する。

質が悪く pH が 3.0 以下の場合に若干低下する。表面の以上の結果から，現状では SO2 の樹木影響は極めて小

色調は，pH が 5.6，4.0 では気乾状態と大きく違わない

さい。しかし SO2 濃度が常時 20 ppb 程度になると，SO2の直接影響とオゾンとの複合影響が発現する危険性は高くなると考えられる。

が，pH が 3.0，2.5 ではかなり赤褐色化する。
わが国の酸性雨の pH は，低い場合でも 4.0 程度であるから，通常のコンクリート構造物では，50 年程度の耐用年数の間に酸性雨が経年劣化を著しく促進させる¼

コンクリート構造物への影響ことはないと判断される。

水セメント比（W/C）が 60 ％，80 ％，100 ％のモル

７−３

今後の課題

以上の研究結果を総合的に判断すると，酸性物質の一方では，化石燃料の消費による地球温暖化が進行

濃度や沈着量が現状のレベルで推移する限り，近い将しており，CO2 の排出削減を確実に実行することが，21来，わが国の環境に大きな変化が現れる可能性は小さ

世紀の人類にとって最重要課題である。環境負荷を軽い。しかし将来的に濃度や沈着量が大幅に増加するこ

減するエネルギー対策の基本は，CO2 排出量の少ない電とがあれば，その可能性は必ずしも否定できない。

力供給技術，省エネルギー，省資源化技術などの CO 2

酸性雨問題の解決を図るためには，その監視，評価，削減対策である。先進国は主体的にこれらの対策を実削減対策に総合的に取り組む必要がある。酸性雨の監行するとともに，途上国との共同活動による CO 2 削減視については，わが国の提唱のもとに始まった東アジに取り組む必要がある。こうしたエネルギー対策へのア酸性雨モニタリングネットワークが本格的に稼動し取り組みが，酸性雨問題の解決にも寄与する。

た。国際的に統一された手法に基づく科学的な基礎デ

これまでは酸性物質の越境大気汚染や CO 2 による地ータは，酸性雨現象の共通理解に役立つものと考えら

球温暖化が問題であったが，21 世紀には水銀など微量れる。酸性雨の評価については，海外の研究機関も参物質の広域輸送も顕在化する可能性がある。

入して広域輸送や環境影響の調査研究が行われている。

当研究所は，今後も継続して，各種の化学物質を対

これらの客観的な評価を通じて，東アジアにおける酸象に広域輸送の評価，森林生態系における循環機構の性雨の現況や将来が一層の確度で明らかにされつつあ

解明，植物への複合影響の解明などに取り組む計画でる。その結果をふまえて，各国の国情に合った環境対ある。また，国際的な研究ネットワークの一員として，策の探索が行われていくことになろう。わが国は，酸性雨問題の検討の場に参画し，技術的な知見の提供

数々の環境問題を克服した環境立国として，対策技術や共同研究の活動に努めることにより，問題解決に貢の支援・移転を一層強力に進める必要がある。

献したいと考えている。

電中研レビュー No.43 ● 85

お

わ

り

理事 我孫子研究所長

に
加藤 正進

地球環境問題を解決するためには，国際的な合意のもとに原因物質の排出削減を実行する必要がある。地球温暖化問題では，気候変動枠組条約に185か国が調印し，温室効果ガス濃度の安定化を目指してこれまでに６回の締結国会議が開催されてきた。酸性雨問題においても，
欧米では本編で紹介したように，長い時間をかけた科学論争と幾多の国際交渉を経て，二酸化硫黄の排出削減が実行に移された。しかし，東アジア地域ではモニタリン
グネットワークが活動を開始したばかりであり，対策に動きだすにはまだ時間を必要とするとみられる。
当研究所は，正確な科学的知見を提供するという形で，排出削減に向けた国際世論の形成に貢献したいと考えている。この電中研レビューが幾分なりともそのお役に立てば幸いである。研究を行うにあたり，ご指導とご協力を賜った官公庁，大学，研究機関，電力会社の関係各位に心よりお礼申し上げる。
今後は，酸性物質を含めた広範な化学物質を対象として，大気中での輸送現象や陸域での動態解
明，リスク評価に取り組む所存である。ここに関係各位のますますのご指導とご鞭撻をお願いする次第である。

86Cryptomeria japonica and distribution of acid deposi-

引用文献・資料等

tion and oxidant in Kanto district of Japan, Environ.
Tech. Letters, 7, 263-268.

第１章

環境庁、林野庁「昭和60年度関東地域におけるスギ林の∏Smith, R.A., 1972, Air and Rain, Longmans Green &衰退と酸性降下物の影響に関する緊急実態調査報告書」、

Co., London, 600 pp.

72 pp.、1986

π∫

Brinblecombe, P., 1987, The Big Smog, Methem,À

環境庁「第１次酸性雨対策調査結果について」、1986

London, 185 pp.

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Pye, J.M., 1988, Impact of ozone on the growth and既刊「電中研レビュー」ご案内
NO. 33「放射線ホルミシス―研究の意義と取り組み―」1996. 3
NO. 34「ガスタービン研究―高効率発電の主役を担う―」1997. 1
NO. 35「地下の探査・可視化技術」1997. 5
NO. 36「送電線コンパクト化技術の開発―高分子材料の適用―」1998. 3
NO. 37「乾式リサイクル技術・金属燃料FBRの実現に向けて」2000. 1
NO. 38「大気拡散予測手法」2000. 3
NO. 39「新時代に向けた電力システム技術」2000. 6
NO. 40「原子燃料サイクルバックエンドの確立に向けて」2000. 11
NO. 41「需要家と電気事業のエネルギーをトータルで考える―需要家の特性解明と省エネ技術―」2000. 11
NO. 42「原子力発電所の人工島式海上立地」2001. 1

編 集 後 記電中研レビュー第43号「酸性雨の総合評価」をお届けします。

社会に成果を発信するよう努めてまいりました。とはいえ，一研究機関にできることには限りがあります。わが昨年12月に第６回酸性雨国際会議がつくばで開催され国で生まれた研究成果のほんの一握りにすぎませんが，ました。1975年に第１回会議がアメリカのコロンバスで酸性雨問題について，皆様のご理解の一助となれば幸い

開かれて以来，欧米で回を重ねてきましたが，はじめてです。

アジアに舞台が移りました。世界的にみて酸性雨問題の最後になりましたが，このレビューには通商産業省資中心がアジアにあること，問題の解決にわが国のリーダ

源エネルギー庁からの受託研究の成果の一部が含まれてーシップが期待されていることの証と受けとめています。

いることを申し添えます。また，巻頭言をお引き受けいこのレビューの内容の一部も，その会議で発表しましただいた池田有光・大阪府立大学教授に心より感謝いた

た。国内の学会やシンポジウムでも発表を心がけ，広くします。

● 編集兼発行・財団法人 電力中央研究所◯

電中研レビュー NO.43● 平成13年2月20日◯

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