名古屋市東部における大気の二酸化炭素の濃度と同位体比の変化

青木浩１・吉田尚弘２・中村俊夫３

１名古屋大学理学研究科地球惑星理学専攻
２名古屋大学大気水圏科学研究所
３名古屋大学年代測定資料研究センター

はじめに
大気中の二酸化炭素は年々増加する傾向にあり，近年，地球温暖化問題がクローズアップされて い る な かで， 温 室 効 果 ガ ス の 代 表 で あ る 二 酸 化 炭 素 の 動 態 を 知 る こ と は ， 地 球 環 境 の 変 化を考える上で不可欠なものである．この大気中の二酸化炭素は経年的に増加する傾向を持つ一方，季節変動をしていることがよく知られており，これが生態系の生産と分解，化石燃料の消費によって説明されている．この季節変動の大きさは，経年変化のものよりずっと大きなものであるが，この季節変動に着目した研究は，あまり進められてきていない．一方，陸域の生態系である森林が二酸化炭素の循環・固定に重要な役割を担っていると考えられており，大気と生態系との間での二酸化炭素動態を明らかにすることは重要な課題のーつである．
都市では，人為的に供給される二酸化炭素が非常に多いことは簡単に予想できるが，森林の寄与がどの程度存在しているのかを明らかにするために，１年を通じて大気のサンプリングを行い，その濃度と同位体比の変化を測定した．

試料・実験方法
名古屋大学内の２次林の樹冠上部の大気をポリフィルム製のテドラーバックにサンプリングした（Ｆｉｇ．１）．本報告では１９９７年４月から１９９８年２月までの期間にサンプリングした試料について報告する．サンプリングは午前９時から午前１０時の間に１週間間隔で行った．サンプリ
ン グ し た 大 気 は ， 直 ち に 真 空 ラ イ ン （ Ｆ ｉ ｇ ． ２ ） を 用 いて 二 酸 化 炭 素 に 精 製 し た ． 精 製 は ， 流 量­ １ ７ １ ­ｌ｜３­
Ｓ゛ＩＳ­­Ｊ吃！ｏ゛ｉｍｅｎｔａｌｆｏｒｅｓｔ

３５ʼ０５ʼ­­゛５０ʻ

１３６゛５８゛２０゛

１３６゛５８゛４０゛

Ｆｉｇ．ＩＬｏｃａｔｉｏｎｏｆｌｈｅａｉｒｓａｍｐｈｇｐｏｉｎｔ（●）ｏｆａｍｉｘｅｄｇ・ｃｏｎｄａｒｙｆｏｒｅｓｔ（・；１ｒｉｌ）ｅｄｚｏｎｅ）
ｉｎｔｈｅＨｉｇａｓｈｉｙａｍａｃａｍｐｕｓｏｆＮａｇｏｙａｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ・

ＰＧＰＧ

Ｍ

ＭａｓｓＦＩｏｗＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ｜ＲＰＲ
Ｐ

Ｆｉｇ．２Ｔｈｃｖａｃｕｕｍｌｉｎｅｆｏｒ（；ｏｌｌｅｃｔｉｏｎａｎｄｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆａｔｏｍｓｐｈｅｒｉｃＣ０２．

­ １ ７ ２ ­

１ ０ ０ ｍ ｌ ／ ｍ ｉ ｎ で ラ イ ン 内 に 導 入 し ， 液 体 窒 素 で 冷 却 し た エタノ ール を 用 いて 脱 水 して 行 っ た ． 得られた二酸化炭素量と真空ラインに導入した大気の量から二酸化炭素濃度を求め，ガス型質量分析計により炭素の安定同位体組成（δ１３Ｃ）を測定した．

結果・考察

大気の二酸化炭素の濃度と炭素の安定同位体組成（δ１３Ｃ）の変化をＦｉｇ．３へ示す．一般に，大気の二酸化炭素の濃度と １３Ｃの間には逆相関の関係がある．本研究の測定結果もその傾向を示している．
大気の二酸化炭素が植生の光合成と分解によりその濃度やδ１３Ｃを変動させるのならば，春季から夏期にかけて濃度は減少し １３Ｃは増加する傾向が見られ，冬季へ向けてはその逆の傾向が見られるはずである．しかし，本研究の測定結果からはその傾向はおおまかにしか見ることが出来ず，かろうじて春季から冬季へ向けた濃度増加と １３Ｃの減少が見られる程度である．都市域の大気中の二酸化炭素は時間や地域により大きな変化をするため，試料を採集した時刻の風向や風速などにより，測定される結果が変化すると考えられる．本研究の測定結果はこのような理由で季節変動にさらに大きな時間変動が加わったものと判断される．

５００８．０兄ａ１）Ｅ（１ｏｌｉ
１３２０１ｉｌ１０ｉ３ｏｌ１０１０５０１１ｌｏｌｉｌ４５０以な．

Ｎ。

ン

二二………………………之こ・­……­………ブ：：．＼かｊ＼Ｖ

１０．０：↓４６こｃ￥Ｖ＼ノ゛．

▼

●９．０．

１１．０

＝４００

３５０

­

→ご／

１２．０

１３．０

‥１φＭメ́｀ʻʻドソ？ 汐 ʼ ｖ ｊ “ ｃ 。 ； べ Ｅ

１４．０

１５．０

Ｗ

­

ミ

３００

１６．０

Ａ ｐ ｒ ． Ｊ ｕ ｎ ． Ａ ｕ ｇ ． ０ ｃ ｔ ． Ｄ ｅ ｃ ． Ｆ ｅ ｂ ．

ｄａｔｅ

Ｆｉｇ．３（こｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎａｎｄ １３ＣｖａｌｕｅｓｏｆｔｈｅａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃＣＯ２ｉｎ１９９７ａｎｄ１９９８­ １ ７ ３ ­Ｑ
７；
こぐ｀）
１］
ワ印（ｒ）

本研究で測定された二酸化炭素の濃度と １３Ｃの関係をプロットしたものズ？ｆＦｉｇ．４になる．この 両 者 は １ つ の 直 線 に の る 逆 相 関 の 傾 向 を 示 して い る が ， １ ９ ９ ７ 年 ７ 月 ２ ３ 日 の 測 定 結 果 の み 他 の測 定 結 果 と 異 な る 関 係 を 示 して い る ． こ の 点 を 除 い て プ ロ ッ ト を す る と （ Ｆ ｉ ｇ ． ４ ｂ ） ， 両 者 の 相関係数は０．９６にまで上昇する．
このような大気の二酸化炭素のモニタリングから，大気に付加された二酸化炭素のδ１３Ｃを大気 中 の 二 酸 化 炭 素 の 動 態 モ デル を 用 いて 見 積 も る ． 本 研 究 で は ， 上 述 の よ う に 二 酸 化 炭 素 の 濃度や１３Ｃの季節的な変動の厳密な把握が行えなかったため，数値的に整合性の取れる新たなモデルの構築を行わずに，Ｋｅｅｌｉｎｇ（１９５８，１９６１）やｌｎｏｕｅａｎｄＳｕｇｉｍ１．ｊ，・ａ（１９８５）によって提唱されて い る 式 （ １ ） を 用 い る こ と と し た ．
δ １ ３ Ｃ ＝ ｜ （ １ ３ Ｃ ） 十 Ｍ ／ （ Ｃ Ｏ ２ ） （ １ ）このとき，Ｍは定数で１（１３Ｃ）は大気に付加された二酸化炭素の １３Ｃ，（ＣＯ２）は大気の二酸化炭素の濃度である．これを本研究の４〜６月，７〜９月，１０〜２月の３つの期間ごとにあてはめて，大気に付加された二酸化炭素のδ１３Ｃを計算すると順に式（２），（３），（４）となる．
１ ３ Ｃ ＝ ­ ２ ３ ． ４ ９ ＋ ５ ０ ４ ５ ／ （ Ｃ Ｏ ２ ） （ ２ ）１ ３ Ｃ ＝ ­ ２ ４ ． ６ ９ ＋ ５ ４ ０ ２ ／ （ Ｃ Ｏ ２ ） （ ３ ）１ ３ Ｃ ＝ ­ ２ ５ ． ０ ３ ＋ ５ ４ ９ ８ ／ （ Ｃ Ｏ ２ ） （ ４ ）よって，大気に付加された二酸化炭素の，！ｉ１３Ｃは，４〜６月で­２３．５‰，７〜９月で­２４．７‰，
１０〜２月で­２５．０‰程度であったことが推定される．都市域の大気に付加される二酸化炭素は圧倒的に人為起源のものが多く，これらの二酸化炭素のい．従って，本研究で得た季節ごとの１３Ｃが季節ごとに異なるとは考えにく

１３Ｃの変化は，サンプリング地点にある二次林の影響であると考えるのが妥当である．
４〜６月は，二次林を構成する樹木が一斉に芽吹くために，樹木の光合成が活発に行われてい た と 考 え れ れ る ． 光 合 成 に 際 して は １ ２ Ｃ が 選 択 的 に 取 り 込 ま れ る た め に ， 大 気 へ 付 加 さ れ た 二酸 化 炭 素 の ， ！ ｉ １ ３ Ｃ は 他 の 期 間 と 比 較 して 大 き な 値 を 取 っ て い る ． ４ 〜 ６ 月 期 の 付 加 し た 二 酸 化 炭素の大きな １３Ｃが樹木の光合成によるのならば，７〜９月期の方が１０〜２月期より大きなδ
１ ３ Ｃ を 示 すと 考 え ら れ る が， ７ 〜 ９ 月 ， １ ０ 〜 ２ 月 の ２ つ の 期 間 に は あ ま り 差 が 見 ら れ な い ． こ れに は 以 下 の ２ つ の 原 因 が 考 え ら れ る ． （ １ ） 春 期 の 光 合 成 量 は 他 の 時 期 と 比 較 して ， 非 常 に 大きなものであるために大気中の二酸化炭素のδ１３Ｃに影響を与えることとなったが，夏期では大気の循環（撹絆）によって打ち消されてしまう程の光合成活性であった．（２）土壌に豊富に存 在 す る 有 機 物 は 大 気 中 の 二 酸 化 炭 素 よ り 小 さ な １ ３ Ｃ を 示 す． こ の よ う な 有 機 物 の 分 解 量 が ，気温と湿度ともに上昇する夏期において増大するために，夏期の光合成と相殺しあった．
本 研 究 で の 観 測 に よ り ， 春 季 の 大 気 中 の 二 酸 化 炭 素 の ， ５ １ ３ Ｃ に ， 森 林 が 強 く 影 響 を 与 えて い ることが推測された．これらの考察を裏付けるためには，樹木の成長，葉量，光合成活性などを正確に知ることが求められる．さらに，樹木の葉や幹の同位体比や光合成速度，土壌呼吸など
を 把 握 し ， 生 態 系 と しての 森 林 と 大 気 と の 関 連 を 理 解 して い く 必 要 が あ る ．

１７４）
ａ

­８．０

­８．５

Ｙ ＝ Ｍ Ｏ ＋ Ｍ Ｉ ゛ Ｘ

­９．０

ＭＯ

５．０６ＭＩ­０，０４１Ｒ（。
ｇ）
ａ（）
ＵＮ

０．９４

­９．５

­１０．０

­１０．５

­１１．０

­１１．５

­１２．０

３２０

３４０

４００

３ ６ ０ ３ ８ ０

４２０

Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ（ｐｐｍ））
ｂ

­８．０

­８．５

Ｙ＝ＭＯ＋ＭＩ゛

­９．０

（。
ｇ）
ａＱＩＯ
コりＭＯ

６．１２

ＭＩ

­０．０４４

Ｒ

­９．５

０．９６

­１０．０

­１０．５

­１１．０

­１１．５

­１２．０

３２０３４０３ ６ ０ ３ ８ ０

４００

４２０Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ（ｐｐｍ）

Ｆｉｇ．４ＲｅｌＥＩＵｏｎｓｈｉｐｔ）ｅｔｗｅｅｎｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎａｎｄ １３ＣｖａｌｕｅｏｆｔｈｅａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃＣ０２­ １ ７ ５ ­謝辞

本稿は，平成９年度の笹川科学研究助成により得た研究成果の一部をまとめたものである．

引用文献
ｌｎｏｕｅ，１­１．ａｊｌｄＳｕｇｉｍｕｒａ，Ｙ．（１９８５）Ｔｈｅｃａｒｂｏｌ・・，ｉｓｏｉ：ｏｐｉｃｒａｔｉｏｏｆａｔｍ（３ｒ：）ｈｅｒｉｃｃａｒｂｏｎｄｉｏｘｉｄｅａｔ
Ｔｓｕｋｕｂａ．ぃＪ４）ａｎ．，ノｏｕｒ．Ａｔｍｏｓ．Ｃわｅｍ．，２，３３１­３４４．
Ｋｅｅｌｉｎｇ，Ｃ．Ｄ．（１９５８）Ｔｈｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎａｎｄｉｌ；ｏｔｏｐｉｃａｂｕｎｄａｎｃｅｏｆａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃｃａｒｂｏｎ
ｄｉｏｘｉｄｅｉｎｒｕｒａｌａｒｅａｓ．Ｇｅｏｃ／・７／ｍ．Ｃｏｓｍｏｃわｅｍ．Ａｃｔａ，１３，３２２­３３４．
Ｋｅｅｌｉｎｇ，Ｃ．Ｄ．（１９６１）Ｔｈｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎａｎｄｉ（）ｔｏｐｉｃａｂｕｎｄａｎｃｅｏｆａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃｃａｒｂｏｎ
ｄｉｏｘｉｄｅｉｎｒｕｒａｌａｎｄｍａｒｉｎｅａｉｒ．Ｇｅｏｃわ／ｍ．Ｃｏｓｍｏｃｈｅｍ．Ａｃｔａ，１３，２７７­２９８．

１７６­

Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎａｎｄｃａｒｂｏｎｉｓｏｔｏｐｉｃｒａｔｉｏ
ｏｆｔｈｅａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃｃａｒｂｏｎｄｉｏｘｉｄｅｉｎＮａ９０ｙａＣｉｔｙ

ＨｉｒｏｓｈｉＡｏｋｉｌ，ＮａｏｈｉｒｏＹｏｓｈｉｄａ２ａｎｄＴｏｓｈｉｏＮａｋａｍｕｒａ３

ＩＥａｒｌｈａｎｄＰｌａｎｅｌａｒｙＳｃｉｅｎｃｅｓ，ＧｒａｄｕａｔｅＳｃｈｏｏｌｏｆＳｃｉｅｎｃｅ，Ｎａ９ｏｙａｕｎりｅｌｓʼ ｉｔｙ
２ｌｎｓｔｉｔｕｔｅｆｏｒＨｙｄｒｏｓｐｈｅｒｉｃＡʻ ｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃＳｃｉｅｎｃｅｓ・Ｎａ９ｏｙａｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
３ＤａｔｉｎｇａｎｄＭａｔｅｒｉａｌｓＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒ・Ｎａ９ｏｙａｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ

ａｂｓｔｒａｃｔ

ｌｎｏｒｄｅｒｔｏｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇａｂｏｕｔｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｆｏｒｅｓｔｔｏｔｈｅｍｏｖｅｍｅｎｔｏｆｃａｒｂｏｎｉｎｔｈｅ
ｅｃｏｓｙｓｔｅｍ，ｗｅｍｅａｓｕｒｅｄｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎａｎｄｃａｒｂｏｎｉｓｏｔｏｐｉｃｒａｔｉｏｏｆｃａｒｂｏｎｄｉｏｘｉｄｅｏｆｕｒｂａｎａｉｒ．
ＴｈｅａｉｒｓａｍｐｌｅｗａｓｔａｋｅｎｉｎｔｏＴｅｄｌｅｒｂａｇｍａｄｅｏｆｐｏｌｙｅｓｔｅｒｆｉｌｍｆｒｏｍｔｈｅｃａｎｏｐｙｏｆａｍｉｘｅｄ
ｓｅｃｏｎｄａｒｙｆｏｒｅｓｔｉｎＮａｇｏｙａＣｉｔｙ，ｃｅｎｔｒａｌＪａｐａｎ．ＴｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｔｅｒｍｉｓＡｐｒｉｌ，１９９７ｔｏ
Ｆｅｂｒｕａｒｙ，１９８８。
Ｔｈｅｃｏｎｃｅｎｔａｒｔｉｏｎａｎｄｃａｒｂｏｎｉｓｏｔｏｐｉｃｒａｔｉｏｏｆａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃｃａｒｂｏｎｄｉｏｘｉｄｅｓｈｏｗａｎｅｇａｔｉｖｅｃｏｒʼ「ʼｅｌａｔｉｏｎａｎｄｒａｎｇｅｆｒｏｍ３２５ｐｐｍｔｏ３９７ｐｐｍａｎｄｆｒｏｍ­１１。１％ｏｔｏ­８．５％ｏ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅ
ｓｅａｓｏｎａｌｃａｒｂｏｎｉｓｏｔｏｐｉｃｒａｔｉｏｓｏｆｃａｒｂｏｎｄｉｏｘｉｄｅａｄｄｅｄａｓａｎｅｎｄｍｅｍｂｅｒｏｆｒｎｉｘｉｎｇｔｏｉｎｉｔｉａｌａｉｒ
ａｒｅｅｓｔｉｍＥｌｔｅｄｔｏ­２３．５‰ｉｎｓｐ・ʼｉｎ９（Ａｐｒ．ｔｏヽＪｕｎ．），­２４．７‰ｉｎｓｕｍｍＥ・・ʼ（Ｊｕｌ．ｔｏＳｅｐ．）ａｎｄ­２５．０‰
ｉｎｗｉｎｔｅｒ（Ｏｃｔ．ｔｏＦｅｂ．）．Ｔｈｅｈｅａｖｉｅｒｉｓｏｔｏｐｉｃｒａｔｉｏｓｉｎｓｐｒｉｎｇｍａｙｂｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄｗｉｔｈ
ｐｈｏｔｏｓｙｎｔｈｅｓｉｓｏｆｆｏｒｅｓｔｔｒｅｅｓｗｉｔｈｒａｐｉｄｓｈｏｏｔｅｘｔａｎｔｉｏｎ．ｌｎｓｕｍｍｓｅｒｔｈｅｉｓｏｔｏｐｉｃｒａｔｉｏａｄｄｅｄ
ｉｎｔｏｔｈｅａｉｒｄｉｄｎｏｔｓｈｏｗａｈｅａｖｙｖａｌｕｅｔｈｏｕｇｈｐｈｏｔｏｓｙｎｔｈｅｓｉｓｗａｓａｃｔｉｖｅｂｅｃａｕｓｅｔｈｅ
ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｏｒｇａｎｉｃｍａｔｅｒｉａｌｓｉｎｓｏｉ目ｎｃｒｅａｓｅｄ．

：㎜

１７７­

学会等発表青木浩一吉田尚弘・中村俊夫
質量分析学会同位体比部会．

「名古屋市東部の大気二酸化炭素の濃度と １３Ｃの変化」
１９９７年１１月．秋田

１７８