物理部門

セルは時間（ステップ）が１進むごとに以下のルールに

セルオートマトン法を用いた森林火災

従って内部状態を変化させていく

シミュレーション〔セルの内部状態の変化〕

長野県木曽青峰高等学校
2年

課題研究

青木 太陽

物理班

パターン１：「灰」は変化しない暮沼 満生

小松 翔太 関井 海 寺平 成吾
１．研究内容森林火災では全体に燃え広がる場合とすぐに自然鎮火する場合がある。燃え広がるか自然鎮火する

時間０

かはその場の可燃物の量によって影響されその様

時間１

パターン２:「火」は、時間が 1 進むと「灰」になる。

子を簡単に再現できるセルオートマトン法を用いて研究する。

２．セルオートマトン
セルオートマトンとは格子状のセル（細胞の様な単位）と単純なルールからなる計算モデルである。
セルには隣接しているセルがありこれを近傍とい

時間０

時間１

パターン３：「草」は、近傍に「火」があるとき、時間う。

が 1 進むと「灰」になる。

時間０（※斜線のセルに隣接している黒色のセルはすべて

時間１

パターン４：「木」は、近傍に「火」があるとき、時間近傍）セルはいくつかの内部状態を持っており、近が 1 進むと「灰」になる。

傍の内部状態とルールに従って白色のセルの内部状態を変化させていく。本研究では二次元のセルオートマトンを用い森林火災のシミュレーションを行う。
３．セルの状態の定義
状態１：燃える前の木 (=木)

時間０

時間１

状態２：燃える前の草 (=草)・燃焼率は決められた空間内から火がなくなった時に状態３：燃焼中の木 (=火)残っている灰の割合。

状態４：完全燃焼した木、草 (=灰）・木はプログラム内で設定した割合でランダムに配置

４．セルの条件と内部状態の定義される。

本研究では「火」を・発火率は近傍に火がある時に木、草が火に変わる確率。

「木」を

５． 結果

「草」を

発火率が１００％で木の割合を２０％・４０％・８０％

「灰」を白

と表す。

と変えていった結果

1-1

木の割合２０％ぶ。
・臨界値後半で燃焼率 0%になったところがあるがこれは木の配置がランダムに決定されるため、燃え広がらない配置になった。

木の割合が１００％で発火率を２０％・４０％・８０％と変えていった場合。
・１秒で鎮火した。

発火率２０％

・燃え広がる様子もなかった。
木の割合４０％・2 秒で鎮火した。
発火率４０％
・１２０秒で鎮火した。
・規則性がなく、複雑な燃え方をした木の割合８０％・８１秒鎮火した。
・５３秒で鎮火した。

・円形に燃え広がった、すべて燃えずにまばらに燃えた。

・正方形に燃えた。

発火率８０％燃焼率

・５５秒鎮火した。
・四角形に燃え広がって、ほとんど燃えた。
木の割合
・発火率が 100%の時、木の割合が 20～60%にかけて大体の燃焼率の上昇がみられ、40%付近で燃焼率が急激に上昇した。以後燃焼率が急激に増加する値を臨界値と呼1-2

・発火率の低下と共に臨界値は高くなる。
・発火率が 30%以上の時、臨界値が見られるという結果は変化しない。
・発火率が３０％を下回ると臨界値が見られない。
６．課題
・本物の森林火災の燃え広がる様子を観察して応用できるか考察する。
７．参考文献・共著 北 栄輔

脇田 佑希子「Excel で学ぶセルオー

トマトン」発行

オーム社、2011 年

・著 山本 昌志「gnuplot の精義」発行

カットシステム、2009 年

・https://www.jstage.jst.go.jp「確率セルオートマトンを用いた森林火災拡散モデルと拡散抑止制御」令和元年１０月 21 日に利用

1-3

物理
サイマティクスによる音の可視化
長野県木曽青峰高等学校
2年

アンプ

ファンクションジェネレータ
フョ

課題研究

スマートフォン

上條花梨、小泉寛汰、竹腰歩未、谷口千夏
西野圭志朗、丸山直人、山田航大

1．研究動機スピーカー

一昨年度の先行研究［1］では、塩を板の上にばらまいて板を振動させたときに現れる模様（クラドニ図形）を観察し、その模様が板の形状でどう変化するかについて研究していた。そこで、平板音を作る装置であるファンクションジェネレー

でなく水を振動させたときにどのような模様にな

タで振動数を設定し音を作る。その音をアンプでるか疑問に思い研究することにした。また、水の増幅させ、スピーカーの上に固定した容器中の水表面は水平を保つため、安定した記録が取れるとに伝える。容器の表面に現れた模様をスマートフ

いうメリットもあるので水を利用する。

ォンで上から記録しパソコンで解析する。

2．研究内容4．実験方法サイマティクスとは、砂や水などの媒質に振動水を計る（本実験では 30g～の水を計る）

を与えることで、媒質中に生じる定常波が可視化↓できる現象のことである。サイマティクスは、容スピーカーに水を入れた容器を接続する

器に媒質を入れ、下部からスピーカーなどを使い↓振動させ媒質の表面を動かすことにより、振動変ファンクションジェネレータ、アンプ、スピーカ

位が大きい場所と小さい場所を生み出すことによーを導線で接続し振動を与えるって引き起こされる。先行研究［1］により、模様↓がみられる振動数には決まった幅があることが分振動数を変えて水の表面に現れる模様を観察する

かっているため、予備実験では与える振動数を小↓さい値から徐々に大きくし、模様が消失する振動

容器のサイズを変え同様の実験をする数を記録した。また、各振動数における水面の模5．実験及び結果

様をスマートフォンのカメラで撮影した。この予〇実験 1

備実験では振動数を上げると水の表面に現れる模

水に与える振動数を 50Hz から 1Hz ずつ変化させ様が細かくなることが確認された。本研究では振て撮影し、画像をつなぎ合わせ動画にした。そし動数に対応する模様と範囲を調べる。

て、輪郭を強調することで水面の模様を見やすくし、どのように模様が変化するのかを調べた。以3．実験装置

下は見られた模様の一部である。

〇用いた器具（例）容器（大）、水量 40ｇ

・スピーカー（コーンを取り外し、中心のコイル部分に振動を伝えるペットボトル
キャップを固定したもの）
・ファンクションジェネレータ
（一定の振動数を発生させる装置）・水・アンプ（音を増幅させる装置）
・円筒形のプラスチック容器（大：直径 118cm）（小：直径 78mm）
・ワニ口クリップ付き導線
ファンクションジェネレータをアンプに導線で接続し、さらにアンプとスピーカーを導線で接続する。また、スピーカーに取り付けたペットボ
トルキャップに水を入れた容器を固定する。

2-1

50Hz

150Hz

200Hz

350Hz の画像を比べると、

426Hz

500Hz

550Hz

560Hz の画像 を比べる

振動数が大きくなるに従って模様が細かくなってと、426Hz で再度中心から模様が現れ、最終的にいくことが分かる。また、振動数が小さいときは水面の模様が見えなくなることが分かる。

容器の全体で模様が見られるが、振動数を上げていくと内側から外側に向かって見えなくなってい〇実験 2

き、見えなくなる直前には容器の外側でのみ模様

容器内の水量を 40g から 60g まで 1g ずつ変えてが見られることが分かる。そこで、模様が見えな

実験 1 と同様に振動を与え、水面に現れる模様がくなる振動数を調べることにした。以下は実験結

見えなくなる振動数を調べる。

果を表とグラフにまとめたものである。
〈模様が見えなくなる振動数〉<模様が見えなくなる振動数〉

30g

40g

50g

60g

大(118mm)

266Hz

260Hz

244Hz

240Hz

小(78mm)

338Hz

336Hz

324Hz

317Hz

400
380
360
340
320
300
280
260
240
220
200

20

30

40

50

水量（g）

小（Hz）

大（Hz）

40

666

558

41

660

555

42

657

550

小■

43

650

553

大●

44

641

551

45

642

550

46

633

547

47

621

544

48

652

542

49

647

538

50

599

536

60

70

横軸：水量(g) 縦軸：振動数(Hz)
結果より、容器(大)、容器(小)ともに水量を増やしていくと、水面の模様が見えなくなる振動数

700

小■

650

大●

600

は小さくなっていくことがわかる。
350Hz の画像で模様が消えたことを確認できた550が、そのまま振動数を大きくしていく。すると再500

度模様が現れ、その後再び見えなくなることが確

40

41

42

43

44

45

46

47

48

49

50

認された。
横軸：水量(g） 縦軸：振動数（Hz）
結果の一部をグラフにすると例外はあるものの、容器内の水量が増えると模様が見えなくなる振動数が小さくなっていることがわかる。容器（小）の 48g、49g のデータが増加した。これは、模様が観察できるかどうかは目視で判断したため、誤差が出てしまったと考える。
6．考察
波の要素として波が一秒あたりに進む距離である波の速さ（㎧）、振動数（Hz）、一つの波の長さである波長（ｍ）がある。そして、水量が同じでも容器の大小によって水深（ｍ）が変化する。その中でも、物理量として水深、波長に注目し、これらを模様が見えなくなる振動数（以下：振動数という）の変化する要因として考えた。

2-2

実験 1，2 の結果から得られるデータとして共通

参考文献［2］よりしているのは水量を多くするほど振動数が小さく2𝜋𝑔𝑣なることである。実験 2 の結果から容器（大）、容𝑇𝑓ℎ𝑓ｖ 2＝( 𝑓 ＋ 2𝜋𝑣𝜌) tanh 2𝜋𝑣器（小）のそれぞれ 30～60g の時の水深（ｍ）、波の速さ（㎧）、波長（ｍ）を求め、その数値を使い

ｆは振動数、ｇは重力加速度（9,8ｍ/s ２ ）、ｖ
は速さ（㎧）、ρは水の密度（1000kg/m 3）、T は表面張力（7,2×10 -2Ｎ/ｍ）、ℎは水深（ｍ）である。
この方程式を解いて波の速さを求める。

グラフにした。
<1>【水深と振動数の関係】
縦軸：振動数(Hz)
705
685
665
645
625
605
585
565
545
525

横軸：水深(ｍ)7．参考文献
小[1]クラドニ図形による音の可視化～板の形による影響～

H29 年度木曽青峰高校課題研究（参照2019-4-12）
大[2]佐藤文隆・松下泰雄「波のしくみ『こと』を見る物理学」（2007）

0

0.005

0.01

8．付録

0.015

【水量と振動数の関係】

このグラフでは容器大小の２本の線が重なって

横軸：水量(g) 縦軸：振動数(Hz)いないので、水深と振動数に大きな関連はないと700分かる。次に波長と振動数に注目した。

小■
大●

600
500

<2>【波長と振動数の関係】
縦軸：振動数(Hz)400

横軸：波長(ｍ)

300
200

680

100

小

310

290

270

250

230

210

190

170

150

130

90

110

70

30

580

50

0

630

水に与える振動数を 50Hz から 1Hz ずつ変化させ、大模様が見えなくなる振動数を調べ、グラフにした。
実験 1，2 では 60g まで計測を行ったが、より多く

530
00.00005

0.00010.000150.0002の数値を取り、水量と振動数の規則性を調べるた

0.00025

め、同様の実験を 60g 以上の水でも行った。

大小 2 本の線がよく重なっていることから波長

結果より、容器(大)、容器(小)ともに水量を増と振動数に大きな関連があることが分かる。波長

やしていくと、水面の模様が見えなくなる振動数が大きくなるほど模様の見えなくなる振動数が小は小さくなっていくことがわかる。また、容器（大）さくなるので、実験 1，2 のような結果になる。

の方が容器（小）よりも大きい振動数まで模様が実験 1，2 の結果から水量を増やすと模様が見え見られることが分かる。

なくなる振動数が小さくなる。
波の特徴として水量を増やすと水深が深くなる。
波の速度が速くなる[2]ので波長も大きくなる。これは波の公式λ＝𝑣/𝑓、即ち、波長＝速さ/振動数からわかる。

2-3

カードさんあなたはどうしてそんなに滑るの？

わかる通りカードの運動は単純な等加速度直線運動ではなく、途中に急減速の見られる複雑なもの

理数科課題研究
2年
1.

神谷五陸

物理班

であった。この運動の様子とストロボ写真を見比

北島大暉

正澤知樹

べた結果、私たちはカードの回転が途中の急減速

新原宇翔

藤原朋也

を引き起こす主たる要因であると仮定した。

研究動機

3.1

カードの回転による影響

私たちは長年、学生という立場においてプリン

この仮定を確認するために、発射場所でカードトを扱うことが多くあった。その中で、紙が机のを挟む形に定規を置き、カードに回転を与えない

上をスーッと滑ってしまったという経験をした。

ようにして実験を行った。
図３

私たちは、この現象に何か法則があるのではないかと興味を抱き、丈夫で扱いやすいカードを使っ
速度㎧て研究をすることにした。紙や CD の滑走距離と滑[]走時間に注目した先行研究はあるが[１,２]、私たちは各時間における速度を測定することから法則
を見出す。
2.

実験方法
時間[s]

図１

仮説の通りならば、図３のグラフは終始急減速のない直線に近い形になるはずだが、グラフにおいてで示すようにところどころ急減速が見られた。
ゆえに、急減速の主たる要因は発射直後の回転ではないことが明らかになった。では、急減速の最大の要因は何だろうか。

図１は実験に用いた装置の模式図である。スタ

そこで私たちは、滑走中のカードは浮いている

ンドに棒を取り付けた振り子で、机の端からカー状態(グラフでは緩やかなところ)と机の上を擦る

ドをはじき出す。その様子を真上から動画撮影し、状態(グラフでは急なところ)の 2 パターンを繰りコンピュータを用いて解析し［３］、各時間におけ返すと仮定した。私たちは、これをカードスキッ

るカードの速度を求める。

プ説と名付けた。

3.

3.2

実験結果と考察

カード２枚重ねの実験と移動距離

上記の方法でカードを 1 枚ずつ、何回もいろい

私たちは次に、カードを２枚重ねにすることにろな力で実験を行った。すぐ止まるものや長く滑よってカードの質量を 2 倍にして実験を行った。

もの、最初から回転するものや途中で回転するも質量を 2 倍にし、垂直抗力を 2 倍にすることで動のなど、カードの運動は様々であった。この実験

摩擦力が 2 倍になることから、カードが机からのにより、下記の結果が得られた。

動摩擦力のみで減速しているならば、運動方程式

図２より、カード 1 枚でも 2 枚重ねでも加速度は変わらないはずである。
図４

図４はカード 1 枚と２枚重ねの代表的な運動のこの画像解析[３]によって作成したストロボ写真様子である。急減速のところでは加速度はカード

はカードの回転の様子を表す。図 2 のグラフからを重ねた枚数にあまり影響されないが、それ以外

3-1

のところでは２枚重ねのカードの加速度がカード

重りを乗せたカードを、滑車を用いてばねばかり

1 枚のおよそ半分になっている。これは急減速以で水平に引っ張る。

外のところでは、カードは机からの動摩擦力を受(Ⅰ)図２のグラフから傾きを求める

けていないということであり、カードスキップ説(Ⅱ)ばねばかりを用いた実験から求めるを裏付ける結果である。

この二通りの方法から動摩擦係数をそれぞれ求

私たちはさらに仮説立証に向け、カード 1 枚とめ、二つの結果が一致すればグラフの急減速で示

２枚重ねの移動距離について着目し実験することされるところでは机を擦り、動摩擦力を受けていにした。仮説：もしカードが浮くことがなく、机ることがわかる。

から常に摩擦力を受けていたならば、カード１枚

この二つの方法から得られた二つの動摩擦係数

は２枚重ねに比べて受ける動摩擦力は 1/2 倍になはそれぞれ 0.33、0.29 であった。また、比較のたるが、質量は 1/2 倍であるため、移動距離は等し

めグラフの緩やかなところを空気からの動摩擦力くなる。

であると仮定して動摩擦係数を求めたところ、0.016 であった。カードが机の上を擦っていると

図５

仮定した二つの動摩擦係数と比較した時、この値

カード２枚重ねは明らかに小さいため、誤差はみられるもののカード１枚0.33 と 0.29 の動摩擦係数は十分な精度で一致したといえる。したがって、カードの急減速時は机を擦っており、それ以外の場合では浮いている。
すなわち、カードスキップしていると結論付けることができる。

カード１枚

3.4

カード２枚重ねカードスキップの原因

平均値[㎝]

143

181

ここまではカードスキップ説の裏付けを行って最大値[㎝]

159

188

きた。そこで、次にカードスキップにおいてカー

最小値[㎝]

119

171

ドが浮く原因を求めるための研究をした。

標準偏差[㎝]

13.0

6.00

本実験はカードスキップをなくすことでカード

図５は、実験によって得られた結果に基づいての移動距離や速度を観察するというものである。

作成したヒストグラムであり、表は実験結果をま

今までの研究から、得られたグラフはカードスキ

とめたものである。カード 1 枚と２枚重ねのヒスップをすることで急減速が示されると考えてきた。

トグラムには、はっきりとその結果が別の山としもしカードスキップがなくなったことでグラフのて表れた。このことから仮説に反し、カードが常

急減速がなくなったならば、カードをまっすぐにに机からの動摩擦力を受けているわけではないこ

押し出さなかったからであるとわかり、カードスとが裏打ちされた。また、２枚重ねのほうの標準

キップ説が立証される。

図６

偏差が小さいことから、２枚重ねのほうが安定した距離を滑ることが読み取れる。よって、２枚重ねのほうがカードスキップの回数が少ない傾向に机
棒あることがわかる。
3.3

カード

動摩擦係数
図６は私たちが考えるカードスキップの様子でさらに別の角度からカードスキップ説を補強すある。今までは、棒で斜めからカードをたたいてるために、カードと机の動摩擦係数を求めた。

いた。これによってカードには上下方向に余計な
ばねばかり

滑車

力が働きカードスキップを引き起こすと考えられおもりる。そこで、カードをまっすぐに叩けばカードス
キップがなくなるか否かを検証する。図７は実際カードに行った実験の装置であり、カードの手前に板を置くことでカードを斜めでなく、まっすぐ押し出机

すようにしたものである。

上図は実験に用いた装置の模式図である。本実験では、カードが明らかにスキップしないように

3-2

図７

変化に影響を受ける現象である。カードの場合、カード

板

カードがたわむことにより翼形状を成す。
また、たわむことによって机とカードの間に隙間がうまれ、カードの上側と下側を流れる空気の机

棒

速度に差が生まれるため、下図のように気圧の差が発生し、揚力が発生する。[５,６]

図８
図７の方法

速
度
㎧

図 6 の方法

低気圧

揚力

[
]

高気圧

カード
机

時間[s]

私たちはこれらの要因からカードスキップが引
図８は実験によって得られたグラフである。図

き起こされていると考えた。

7 の方法を用いた結果、今までのグラフと明確な

4． 今後の課題

差が生まれた。図 7 の方法では、急減速のみがみ

私たちが考えたカードが浮く原因は、あくまでられ、緩やかな減速は見られなかった。また、移一説であり、まだ十分に立証できていない。ほか

動距離が明らかに図 7 の実験の方が短いことも観にもカードの滑りによって乱流と呼ばれる流体

察された。

(空気)の速度や圧力などが不規則に変動する流れ

これらの結果から、今までの実験で観察されたが生じる現象[４]など、カードスキップには多く

カードスキップの主な原因は、カードを斜めに押の現象が絡み合っていることが伺える。カードのし出したからであるといえる。

たわみが原因なのであればカードの弾性率などか

3.5

カードが浮く原因ら計算することができ、乱流が原因なのであれば、次に、カードスキップにおいて二回目以降にカナビエ・ストークス方程式[６]から導くことがでードが浮く原因を調べた。その結果から次のこときる。今後はこれらを計算することなどを通し、が考えられる。

カードスキップの真相を明らかにしていきたい。
カード

棒によって打ち出さ

5． 参考文献れたカードはたわむ[１]千葉県立船橋高等学校理数科「落下する紙が滑る条件」(2017)

ことでばねのようにし机
棒[２]滋賀県立虎姫高等学校科学研究部て浮く。この時机を強「滑走しやすい CD の条件」，第 42 回全国高等く擦るため急 減 速 が学校総合文化祭（2018）起こる。

[３] 中村祐介 MotionAnalyzer２

机

グランドエフェクト *[５]https://github.com/ythknakamura/MotionAnalyzer2によ っ て 空 気 中 を 滑[４]白鳥敬「乱気流と渦」技術評論社(2010)

る。空 気 抵 抗 を受 け

[５]石綿良三・根本光正「流れのふしぎ」日本機ることで緩やかに減械学会(2014)

速する。

[６]pigeon-poppo.com 鳩ぽっぽの空港力学講座

たわむことにより再6．付録

び浮く。また、この時机初心者のため〇動摩擦力思考過程にも机 を擦 り急 減 速

動摩擦力を𝐹′[N]、動摩擦係数を𝜇 ′ 、カードの質量を𝑚[kg]、加速度を𝑎[m⁄s 2 ]、垂直抗力を𝑁[N]、重する。
これを２，３回繰り返すと考えた。

力加速度を𝑔[m⁄s 2]とすると、＊グランドエフェクトとは、翼形状を持つ物体が、運動方程式より地面付近を移動する際、翼と地面の間の空気流の𝐹 ′ = 𝜇′𝑁より 𝑎 =

3-3

𝜇′𝑁
𝑚

⇒ 𝑎=

𝜇′𝑚𝑔
𝑚

⇒ 𝑎 = 𝜇′𝑔

よって、動摩擦力のみが減速の要因であるならば、加速度はカードの質量に影響されない。
〇動摩擦係数導出
水平方向の力と加速度の図示
浮いているところの負の加速度を𝑎1 [m⁄s 2]、擦っているところの負の加速度を𝑎2 [m⁄s 2 ]、空気抵抗
を𝑓[𝑁]とする。
浮いているとき…①

⟸ 𝑎1

𝑓

カード

擦っているとき…②

⟸ 𝑎2

𝑓

カード

𝐹′
動摩擦力

𝐹′ = 𝜇′𝑁 ⇒ 𝐹′ = 𝜇′𝑚𝑔

運動方程式より ①：𝑚𝑎1 = 𝑓 ②：𝑚𝑎2 = 𝑓 + 𝐹′①,②,𝐹 ′ = 𝜇𝑚𝑔 から
𝑚𝑎2 = 𝑚𝑎2 + 𝜇 ′ 𝑚𝑔 ⇒ 𝜇 ′ =𝑎2 −𝑎1𝑔

𝑎1 , 𝑎2 は𝑣 − 𝑡グラフの傾きに当たるため座標から求め、𝑔 = 9.8を代入して計算した。
また、𝑎1 ≪ 𝑎2 より 𝐹′ ≫ 𝑓 である。よって 𝑎2 ≒𝐹′𝑚

= 𝜇′𝑔となり𝑚への依存は小さい

一方、𝑎1 =𝑓𝑚

であり、𝑓は𝑣とカードの形状で決まるため、𝑎1 の𝑚依存度は大きい。すなわち、カード１枚とカード２枚重ねでは、急減速時にはグラフにおいて傾きはほぼ一致する。しかし、緩やかなところではカード２枚重ね傾きがカード１枚のおよそ半分になるということも導出から明らかに
なった。

3-4

化学

4－1 実験方法
寒天強度の特異性

寒天の大きさ、作り方を統一して、濃度だけを調～ジャンプアンドスパイク～

節した寒天ゲルを作成した。均等に圧力がかかるよ
うに寒天の上に板をのせ、その上におもりをのせて、

長野県木曽青峰高等学校
2年

理数科課題研究

寒天がつぶれるまで、５秒間隔でおもりをのせ続け

寺嶋瞳、田中千穂美、任柏潼、向山怜

た。
5 秒ごと

１、研究の動機

のせる

身近な高分子ゲルの代表に、ゼリーや寒天などのおもり 1 つ 60g

食品がある。寒天を原料にした食品でも、その固さ、強度、流動性により様々な食感があり、これらの物性を適切にコントロールすることでよりおいしい食品ができる。高齢者の誤嚥を防ぐため適度な流動性を持たせることは有効である。また材料が身近な

4－2 実験

食品ゲルはコンクリートなど建築のモデルとして

直径 5.1cm、高さ 4.9cm、体積 100mL に統一した活用できる。そのため、寒天ゲルの強度について多寒天を、濃度のみ変更してそれぞれつぶれたときのくの研究がなされている １，２）。私たちは寒天ゲルの重さを測定した。(ヘルシーカンパニー

強度に興味を持ち、寒天ゲルはどのくらい力に耐え

寒天 200g 使用)られるのか調べる事とした。

国産粉末

固体の寒天の最大濃度である質量パーセント濃予備実験で条件を様々に変 えて寒天のつぶれ方

度 2.0％の寒天から始め、濃度を徐々に下げていっを調べてみたところ、寒天の一部分に過度な圧力がた 3)。なお固める際の温度は気温に左右される。

かかると変形したところ (弱いところ)から崩壊し4－3 結果ていったため、寒天のつぶれ方の規則性を探るため

予想と違って、寒天は潰れるというより割れるよには、寒天に均等な圧力を加えることが必要だとわ

うに破断した。しかし、低濃度では全体が変形してかった。

つぶれた。破断の仕方は目視で判断した。

２、研究の目的

結果をグラフに示す。

寒天ゲルの強度を様々な組成と条件で測定し、寒おもりをのせていくに従って寒天が変形してい天のつぶれ方について測 定可能な範囲で実験を繰

くのではないか(おもりの重さと寒天の変形は比例

り返し、規則性を調べること。そこから得たデータ関係にある)という予想だったが、寒天はほとんどをもとに、寒天強度についての特徴を分析し、解明

変形せず、潰れる瞬間のみ大きな変形をしていた。

することを目的とする。

(図 1)

３、予想
多くの物質はその物質に力をかけると、変形量と圧力/Pa力が比例する（例：フックの法則）。実験開始前の
私たちは、寒天も同様の過程で少しずつ変形し、限界を超えたら全体的に崩れるように変形すると予想した。それは、日常生活の中で寒天やゼリー等を見たり触れたりした際に、少しの力で潰れると思ったからである。また、寒天の濃度が高ければ高いほ

14000
12000
10000
8000
6000
4000
2000
0
0

どより多くのおもりを載せられるのではないか (寒天の濃度と寒天が耐えられるおもりの重さは比例

20
寒天の高さ/㎜4060

図 1【1.5％の寒天の変形と圧力の関係】の関係にある)と予想した。

1.4％の寒天は、特異な強度を示した。全体がつ４、実験ぶれるようなつぶれ方をしたのは、1.4％以下の寒寒天とはテングサなどから作られる植物性の食天までだった。1.5％と 1.4％の寒天でつぶれた時

物繊維をゲル化したもので、高分子の物質である。

の様子や圧力が違った。1.5％の寒天は亀裂が入っ

主成分は多糖類(アガロース)である。ゲルとは高分てから破断した。

子が液体中に分散し、運動をしていた高分子が流動

２つの直線とその間の不連続線及び最大値 が示性を失って固形状となったものである。

された。これをジャンプアンドスパイクと呼ぶ。
4-1

〇1.5％以上のとき・ランダムコイル構造をとる
・分子コロイドとなる・コロイド帯電による静電引
カや水素結合が存在する

私たちは、特に寒天濃度 と強度の関係 1.2％～
1.5％のジャンプアンドスパイクに注目した。
①寒天の強度と濃度の関係は、寒天分子と水の結びつきを示している。つぶれ方と強度より、高濃度
図 2【寒天の濃度と耐荷重の関係(圧力/Pa)】
横軸：濃度/％(1.5％以上)では、ゲルの不均一性が、物性に影響

縦軸：圧力/Pa

している。

同じ濃度の寒天において、耐荷重が一定にならなか②高分子は線状であり、高分子の結合は規則的ではった。特に、グラフの不連続区間では分散が大きかない。寒天はふつう、寒天分子が溶液中に拡散してった。(図２)いて、その間に水分子が入り込んで結合している。

寒天の崩壊は、亀裂が入り、そこから破断するよ

1.2％より低い濃度のとき、寒天分子は相互作用な

うにつぶれた。つぶれる直前に亀裂から水のしぶき

く全体に広がっていて、1.2％のとき、その構造にが出る「離漿」が観察された。

おける一種の飽和状態 を迎える(一つ目の直線 )。

寒天は寒天の分子がコロイド粒子となって水と1.2％から 1.4％までの区間で、濃度が上がるにつ結びつき、全体が一つの形を保ったゼリーとしてまれ、糸状のままでいられなくなった寒天分子が絡みとめる役割を果たしている。0.8％の寒天はビーカ

始め、溶液全体が大きな網目状構造を作る。そのたーから取り出し、少したってからおもりを乗せる前

め全体の強度が増し、グラフが急上昇した(ジャンに自重でつぶれてしまった。1.0％より濃度を下げプ)。1.4％で最大を迎え(スパイク)、1.4％以降寒ると寒天が固まらず、上部はほとんど水のような状

天溶液は新たな構造となる。ランダムコイルとなり、態だった。寒天の濃度が低すぎると全体として不均コロイド粒子を形成する。コロイド粒子は溶けきっ

一な寒天になってしまった。しみ出す水の量は、寒ていない寒天分子なので、スパイクより強度が低下

天濃度が低いときの方が多かった。

する。以降は濃度の上昇とともに強度も上昇する

５、考察(二つ目の直線)。寒天分子が全体に広がっていると私たちの実験から、寒天の強度は濃度 1.2％以下

きは水分子も全体に拡散していて、ゲル内での強度の低強度と 1.5％以上の普通の強度があり、その間に差がない。しかし分子コロイドのときは、寒天同の不連続性(ジャンプ)および、1.4%の異常な高強度士が結合し、水分子はその間に存在することで、ゲ(スパイク)を示した。これについて、以下のようなル内で強度に差が生まれてしまったと考えられる。

独自のモデルを考えた。

強度の弱いところを縫うように亀裂が入り、そこから割れるように破断した。この一連の変化は一種の〇1.2％以下のとき

相転移と捉えられる。
・寒天分子は水と結合し互い③この寒天強度の特異性について、ほかの物性でもに接していない

同じようにジャンプアンドスパイクが見られるか・水中に広く分散しているは全く分かっていない。例えば寒天の密度や粘度にも同じことが言えるとは限らない。ほかの物性は濃度によって強度とは違う変化をしている可能性がある〇1.4％のとき

６、今後の計画
・水中に広く広がっている

以上より、寒天の濃度によるつぶれ方の傾向がわ

・いくつかの分子が互いに結かった。このことから、今後の実験方針を次のよう合しているに決定した。

・水中全体で大きな網目状構① ジャンプアンドスパイクの区間について、精密造となるな測定を行い、濃度-耐荷重曲線および耐荷重
4-2

の分布を決定する。
② その他の物性を測定し、ジャンプアンドスパイ
クとの対応を調べる。コロイドの状態および水
分子・水素原子の状態が測定できないか考える。
例えば、レーザー光線による光散乱や NMR などが挙げられる。
７、参考文献(1)安田武、奥野温子「寒天のゲル化に関する知見」
家政学雑誌(1981 年)32 巻 2 号 p81～86(2)木曽青峰高等学校課題研究興野文香ほか「好きな固さの寒天ゼリーを作ろう！」(2014 年)(3)杉田浩一、村山窵子「新装版『こつ』の科学～調理の疑問に答える～」柴田書店(2017 年)p91

4-3

生物部門

水辺の土壌に生息する動物の実態
長野県木曽青峰高等学校
2年

理数科課題研究生物班

上田渓斗、戸田巳琴、登里日向子、畑中一花

概要：本研究では、プール、水田、川などの水辺周辺の土壌動物について調査し、比較した。プールについては、使用されているプールと長年使用されていないプールを比較した。各採集地、15×15×10 ㎝分の土を採集し、目視やツルグレン装置を用いて土壌動物を採集・同定した。また、採集地の環境・水質・土壌についても調査した。結果、土壌動物の個体数・種類は土壌が酸性の性質を示す場所、含水率が高い場所、砂の割合が高い場所に多く分布しているということが明らかになった。
Abstract: We did a study on land animals that live around bodies of water, such as pools, paddies and rivers.
Then we compared those animals. As for pools, we sampled one that had not been used for a long time andone that is currently used. We collected 15×15×10cm portions of soil at all sample points, collected land
animals, and visually observed them with a Tullgren Apparatus. Then, we preserved the animals in alcoholand identified them by using land animal guides. Moreover, we did a survey about the environment, water
quality, and soil quality at the sample points. As a result of the research, populations and types of land
animals were high in places that had acidic soil, places that had high water content, or places that had ahigh ratio of sand.
１

研究の動機

ールサイドは、アスファルトにより陸水が完全に隔てら

近年、土壌動物は、その土地における土壌の生成に大れているので、河川周辺や水田周辺とは異なる結果が見きく関与することが明らかにされている。また、土壌動られると予想される。

物による環境評価の方法も提案されており、土壌動物の実態を明らかにすることが、その土地の環境を評価する

２

手立てとして注目されている。

研究の目的
プール周辺、河川周辺、水田周辺に生息する土壌動物

土壌動物の実態は、食物や生活空間などの資源に影響の実態を明らかにする。

を受ける。たとえば、吉田（2017）は、ブナ林における樹洞形成に関わる環境因子に着目し、これらの環境因子
が樹洞内の土壌動物群集に及ぼす影響を検討している

３

1）

。

研究方法

3－1 調査対象地

一方、金子ら（2018）は、有機のリンゴ栽培の土壌に焦本研究では、調査対象地として、長野県木曽青峰高等点を当てるともに慣行リンゴ圃場や森林とも比較し、有学校のプールのプールサイド（以下青プ）、木曽町立開田

機栽培の土壌は生物が多様であると報告している 2）。

中学校のプールのプールサイド（以下開プ）、長野県木曽

しかし、上記のような土壌動物を対象とした調査・研郡木曽町に位置する八沢川周辺（以下川）、長野県木曽郡

究では、森林や農場を対象地としており、水辺の土壌に

木曽町開田の水田周辺（以下田）の計 4 か所を設定した。

おける土壌動物の実態については十分に検討されていな

3－2 実験装置

いようである。そこで本研究では、水辺の土壌動物の実本研究では、土壌動物を採集する方法として、ツルグ

態について興味を持ち、複数の調査対象地を比較・検討

レン装置を用いた。ツルグレン装置とは、土を電球で熱しようと考えた。なお、本研究では、調査対象地を学校し、乾燥させることで土壌動物を採集する方法である３）。

プール（プールサイド）、河川周辺、水田周辺とした。プ5-1

実験装置の操作確認（予備実験）

川

11.29

晴れ

3℃

24%

4.9℃

760m

長野県木曽青峰高等学校のグラウンドで採集した土壌

田

11.30

晴れ

2℃

44%

＊

1160m

を用いて、以下の実験（➊，➋）を実験装置の操作確認＊水田の水温は水が引いていたため測定できなかったのために行った。

表3➊試料をフルイにかけて採集する

採集地

測定前

測定後

含水量

含水率

(1)15 ㎝×15 ㎝×15 ㎝分の土を採取する。

青プ(夏）53.048ｇ50.857g

2.191g

4.13%(2)土を白い紙の上でフルイにかける。土が紙の上にま開プ（夏） 46.301g

45.907g0.394g0.85%

んべんなく落下するように、フルイを手のひらで強田（夏）25.757g

20.703g5.054g19.59%

くたたき、土を落とす位置をずらしながら作業する。

川（夏）53.944g

41.195g

12.749g

23.63%(3)フルイをかけ終えたら、土から這い出てきた土壌動青プ(冬）62.556g60.877g

1.679g

2.68%

開プ（冬） 71.600g

68.933g2.667g

3.72%

田（冬）

43.757g

35.744g8.013g18.31%川（冬）31.824g

22.633g9.161g28.79%

物をピンセットでつまみ、すぐにアルコールビンの中に入れる。
（4）残りの土も同様に行う。
➋ツルグレン装置にかける(1)ザルをツルグレン装置から外し、厚さが 7 ㎝になる

土壌の含水率

表4

水質

採集地

水道水

青プ(夏）

開プ（夏）

田（夏）

川（夏）

ように➊で使った土を入れる。
(2)ザルを漏斗に差し込み、アルコール入りのしたうけ(3)丸 1 日放置する。

8

8

4

0

0

PO4 –P

0

0

0

0.02

0.04

0

0

0

NH4 +-N

0.2

0.5

0.2

0.2

0.5

0

0.2

0.2

NO2 -N

0

0

0

0

0

0

0

0

NO3 --N

0.2

0

0.2

0

0.2

0.2

0.2

0

PH

6.6

8.5

6.8

6.8

7.1

6.8

5.8

6.6

剖顕微鏡や実態顕微鏡で観察し、同定することとした。

＊水田の水質は水が引いていたため測定できなかった

同定した。
）
また、2 ミリメートル以上の目視できる生物を土壌動物とし、調査対象地の条件に合わせるため、掘る土の体積

表5

土壌㏗

採集地

青 プ

開 プ

(夏）

（夏）

6.7

6.4

6.1

6.8

6.9

前後差

+0.1

2 回目

川（夏） 青 プ

開 プ

田

(冬）

（冬）

（冬）

7.0

6.0

6.0

7.4

7.4

5.7

5.3

6.4

6.5

5.7

6.9

+0.5

-0.4

-1.7

+0.4

+0.5

-1.7

-0.5

5.8

6.6

6.6

5.8

6.2

6.2

6.2

6.2

6.2

6.2

5.7

6.1

6.4

6.4

5.9

6.1

前後差

+0.4

-0.4

-0.9

+0.3

+0.2

+0.2

-0.3

-0.1

3 回目

6.0

6.0

6.5

6.5

7.2

7.2

7.2

7.2

6.2

6.0

6.1

5.6

7.3

6.7

5.8

6.1

+0.2

±0

-0.4

-0.9

+0.1

-0.5

-1.4

-1.1

は、10 ㎝×10 ㎝×15 ㎝とした。
1 回目

なお、本研究では、土壌採集地周辺の植生・土壌・水

田（夏）

川（冬）

（水）

質についても調査を行った。

1 回目

４

（冬）

0

本研究では、➊，➋の方法で採集された土壌動物を解（同定可能な範囲までを

(冬）

川（冬）

8

3－

-

4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21)

開 プ

0

COD

ビンを漏斗の下に置き、電気スタンドの電気をつける。

青 プ

（土）

結果
表１

採集地（夏）の環境条件

採集地

採集日

天気

温度

湿度

水温

標高

青プ

7.30

晴れ

31℃

49%

24℃

800m

開プ

7.31

晴れ

29℃

52%

28℃

1160m

川

7.30

晴れ

27℃

61%

17℃

760m

田

7.31

晴れ

30℃

＊

＊

1160m

（水）
2 回目
（土）

＊水田の湿度と水温は計測器の不具合のため測定できなかった（水）

表２ 採集地（冬）の環境条件
採集地

採集日

天気

温度

湿度

水温

標高

青プ

11.29

晴れ

4℃

28%

7.5℃

800m

開プ

11.30

晴れ

3℃

44%

3.9℃

1160m

3 回目
（土）
前後差

＊（水）は精製水、（土）は土壌と精製水を混ぜた水の㏗値を表す

5-2

Monomorium pharaonic＊前後差でプラスのものはアルカリ、マイナスのものは酸性を表す

表6

冬）

採集地

青プ(夏）

開プ（夏）

田（夏）

川（夏）

青プ(冬）

開プ（冬）

田（冬）

川（冬）

個体数

1匹

3匹

10 匹

19 匹

1匹

1匹

11 匹

12 匹

種類

1

3

6

6

1

1

6

5

5 匹 2～4 ㎜
ミミズ綱ナガミミズ目

Oligochaete Haplotaxida sp
1匹？㎜

ミミズ綱イトミミズ目ヒメミミズ科

Oligochaete Tubificida Enchytraeidae sp
2匹・青プで確認できた土壌動物
夏）

昆虫綱ハチ目アリ科ハリアリ属ヒメハリアリ

クモ綱ダニ目イカダニ科オオイカダニ属ヤマトオオイカダニ

Ponera japonica

Megalotocepheus Megalotocepheus japonicas
1匹
冬）

10 ㎜

1匹

2㎜

2㎜

昆虫綱ハエ目ブユ科ウマブユ

昆虫綱コウチュウ目コガネムシ科（幼虫）Simuliidae

Insecta Coleoptera Scarabaeidae sp

Simulium
1匹

1匹

3㎜

5㎜

昆虫綱コウチュウ目コガネムシ科（幼虫）Insecta Coleoptera Scarabaeidae sp

・開プで確認できた土壌動物
夏）1匹

昆虫綱 コウチュウ目キクイムシ科ヒラタキクイムシ

5㎜

昆虫綱コウチュウ目コガネムシ科（幼虫）Scolytidae Lyctus brunneus
1匹

Insecta Coleoptera Scarabaeidae sp

2㎜

1匹

昆虫綱 コウチュウ目アリモドキ科キアシクビボソムシ

25 ㎜

昆虫綱カメムシ目ミズギワカメムシ科ミズギワカメムシ属

Macratria japonica Harold
1匹

Insecta Hemiptera Saladidae Saldula sp

3.5 ㎜

1匹

昆虫綱ハチ目アリ科ヤマアリ属クロヤマアリ
昆虫綱ハエ目ヤリバエ科

Formica fusca japonica Motschulsky
1匹
冬）Insecta Diptera Lonchopteridae sp

5.5 ㎜

1匹

昆虫綱ハエ目ブユ科ウマブユ

3㎜

昆虫綱ハエ目ノミバエ科

Simuliidae Simulium
1匹

5㎜

Insecta Diptera Phoridae sp

2㎜

2匹

2㎜

・水田で確認できた土壌動物

昆虫綱コウチュウ目ハムシ科ドウガネツヤハムシ

夏）

Oomorphoides cupreatus

昆虫綱コウチュウ目コガネムシ科（幼虫）1匹Insecta Coleoptera Scarabaeidae sp
1匹

8㎜
・八沢川で確認できた土壌動物

昆虫綱コウチュウ目ゴミムシダマシ科（幼虫）夏）Insecta Coleoptera Tenebrionidae sp
1匹

2mm

昆虫綱シロアリ目ミゾガラシロアリ科（幼虫）Insecta Isoptera Rhinotermitidae sp

12 ㎜

1匹

昆虫綱ハチ目アリ科オオアリ属クロオオアリ

1.5 ㎜

Camponotus japonicas Mayr
1匹

ミミズ綱イトミミズ目ヒメミミズ科

6～8 ㎜

Oligochaete Tubificida Enchytraeidae sp

昆虫綱ハチ目アリ科シリアゲアリ属キイロシリアゲアリ

2匹

Crematogaster sordidula osakensis Forel
1匹

3㎜
ミミズ綱ナガミミズ目

昆虫綱ハチ目アリ科ヒメアリ属イエヒメアリ

5-3

14～17 ㎜Oligochaete Haplotaxida sp
1匹Arachnida Araneae Linyphiidae Ummeliata sp

32 ㎜

1匹

3㎜

ミミズ綱イトミミズ目ヒメミミズ科

昆虫綱カメムシ目ウンカ科トビイロウンカ

Oligochaete Tubificida Enchytraeidae sp

Nilaparuata lugens Stal

2匹

6～8 ㎜

1匹

6㎜

ミミズ綱イトミミズ目

Oligochaete Tubificida sp
1匹

５

考察

10 ㎜

昆虫綱コウチュウ目ゴミムシダマシ科（幼虫）①夏の開田中学校のプールサイドと青峰高校のプールサ

Insecta Coleoptera Tenebrionidae sp

イドで土壌動物の個体数にわずかな差が見られた。

1匹

16 ㎜

表7

昆虫綱ハチ目アリ科ヒメアリ属イエヒメアリ

採集地

表8

Monomorium pharaonic
10 匹

PH

2.5～3.5 ㎜

昆虫綱コウチュウ目コメツキムシ科

青 プ

開 プ

(夏）

（夏）

8.5

6.8

採集地

個体数

青 プ

開 プ

(夏）

（夏）

1匹

3匹

種類
1
採集地の水の㏗の違いによるもの→

3

Insecta Coleoptera Elateridae sp
1匹

3㎜②プールサイドと河川・水田を比較すると、土壌動物の昆虫綱ハチ目アリ科アシナガアリ属アシナガアリ

種類と個体数に大きな差が出た。

Aphaenogaster Aphaenogaster famelica sp
1匹

表9

7㎜

昆虫綱コウチュウ目ハネカクシ科チビホソハネカクシ

Lispinus impressicolli longulus Sharp
1匹

2.5～3 ㎜

昆虫綱コウチュウ目コメツキムシ科

Insecta Coleoptera Elateridae sp
1匹
冬）

→

2～3 ㎜

土壌動物の個体数、種類は土壌の含水率が比較的高い場所に多く分布する傾向がある。

昆虫綱コウチュウ目ゴミムシダマシ科（幼虫）また、プールサイドはアスファルトにより水と土Insecta Coleoptera Tenebrionidae sp

が分け隔てられていたり、植物が少ないことも関

1匹

8㎜係している。

ミミズ綱イトミミズ目ヒメミミズ科

Oligochaete Tubificida Enchytraeidae sp
5匹③水田と川の土壌動物の個体数の差

6～11 ㎜

表 10

ミミズ綱イトミミズ目ヒメミミズ科

採集地

田（夏）

川（夏）

田（冬）

川（冬）

Oligochaete Tubificida Enchytraeidae sp

個体数

10 匹

19 匹

11 匹

12 匹

種類

6

6

6

5

3匹

15～18 ㎜

昆虫綱ハエ目イエバエ科（幼虫）表 11Insecta Diptera Musca domestica Linnaeus sp
1匹

4㎜

昆虫綱ハエ目クロバネキノコバエ科（幼虫）Insecta Diptera Sciaridae sp
1匹

7㎜

クモ綱クモ目サラグモ科アカムネグモ属

5-4

→川のほうが含水率が高いため、土壌動物の個体数は→砂が多いほど土壌動物の種類と個体数が多くなる。

川のほうが多い。

６

また、種類に関しては含水率が 18％以上を超えると今後の課題
今回は採集地の周りに生息する植物について調べるこ多くなる傾向があるとができず、植物が土壌動物に与える影響について明らかにできなかったので、今後調べる。さらに、植物を含④水の PH と土壌動物の種類と個体数との関係

めた環境の違いが土壌動物にどのような影響をおよぼす

表 12

か詳しい考察を行う。
正確な生物の分布を調べるため、同じ採集場所でも複数の区画で土を採集する（区画法）
今回採取できた土壌動物の性質などを調べ、今回出た考察を裏付ける。

７

参考文献
１）吉田智弘（2017）「ブナ林における樹洞形成とそれを利用する土壌動物群集」、『第 128 回日本森林学→基本的に採集地周辺の水の PH 値が 7 に近いほど、土壌動物の種類数と個体数が多い傾向がある。

会大会 学術講演集原稿』。
２）金子信博，井上浩輔，南谷幸雄，三浦季子，角田智詞，池田紘士，杉山修一（2018）「有機リンゴ圃

⑤土壌の性質（酸、アルカリ）と土壌動物の種類と個体場の土壌動物多様性—慣行リンゴ圃場および森林数との関係との比較—」、『Edaphologia』、102 巻、31－39 頁。

表 13３）青木淳一（2005）『だれでもできるやさしい土壌動
物のしらべかた』、合同出版。
４）青木淳一（1999）『日本産土壌動物』、東海大学出版会。
５）黒田隆暁（芳賀靖彦）（2016）『ポケット版

学研の図鑑①昆虫』学研プラス
６）柏原順太（2015）『小学館の図鑑 NEOPOCKET ネオぽ
けっとー1 昆虫』小学館
７）皆越ようせい（2013）『科学のアルバム→土壌は酸性の性質の方が動物の種類と個体数がいのち 13

多くなる

ミミズ

かがやく

土を作る生き物』あかね書房

８）柏原順太（2016）『小学館の図鑑 NEO【新版】昆虫』
小学館⑥土壌に含まれる砂、礫の割合と土壌動物の種類と個体

９）長谷川均（2016）『ポプラディア大図鑑ＷＯＮＤＡ

数との関係

昆虫』ポプラ社

表 14＊砂・・・粒径 0.02 ㎜～2 ㎜10）土屋徹（2016）『ニューワイド学研の図鑑

昆虫』

学研プラス

礫・・・粒径 2 ㎜以上11）ジョージ・Ｃ・マクガヴァン（2000）『昆虫の写真図鑑』日本ヴォ―ク社
12）福田久子（1995）『コンパクト版 16 原色昆虫図鑑
Ⅱ』東邦13）黒沢良彦・渡辺泰明©・栗林慧©『新装版
ィールドブックス⑥v

5-5

甲虫』山と渓谷社

山渓フ14）中根猛彦（1965）『原色昆虫図鑑（上）
・甲虫編

奥

村』保育社
15）竹内吉蔵（1965）『原色昆虫図鑑（下）奥村』保育社
16）岡俊彦（2006）『日本産幼虫図鑑』学習研究社
17）素木得一（1972）『昆虫の分類』北隆館18）安松京三、朝比奈正二郎、石原保（1965）『原色昆
虫大図鑑（第３巻）』北隆館
19)八木沼健夫、石津博典（1974)『原色日本蜘蛛類大図鑑 奧付』保育社
20)黒沢良彦、渡辺泰明ⓒ、栗林慧 (2006)『新装版山渓フィールドブックス⑥甲虫』山と渓谷社
21)萩原康夫、吉田譲、島野智之 (2019)『土の中の美
しい生き物たちー超拡大写真でみる不思議な生態―』朝倉書店5-6

生物部門

放置されたプールにおける生態系― 微生物の生態に着目して ―長野県木曽青峰高等学校 課題研究 生物班
2 年 蒲沼愛 栗山遥 小林あいり
斎藤美花 向井琴音

本研究では木曽青峰高校の 2 年間放置されたプールにおける微生物の生態について研究した。夏休み中の一ヶ月間（7/30～8/27）プールの中にスライドガラスを沈め、それに微生物を付着させて観察するスラ
イドガラス沈水法を用いて実験を行った。引きあげたスライドガラスは、すぐに光学顕微鏡を用いて観察した。水深により生物相が異なることが予想されたため水深 50cm・100cm・150 ㎝と深さを分けて調査した。またプールの中の環境を確かめるため、パックテストをおこなったところ化学的酸素要求量を示
す COD が８ｇ確認された。このことからプールの中には有機物が存在しており、微生物が生息する環境が整っていたことがわかった。光学顕微鏡の接眼レンズにスマートフォンをとりつけ、撮影した写真や動画と図鑑とを比較し、同定を行った。プールの中には 12 種類の微生物が確認された。これらの多くは湖沼に生息する微生物であった。確認された微生物は湖沼や河川などに広く分布するものだったため、周囲の湖沼や河川からきたものと考えられる。
２．目的
１．はじめに

2 年間放置されたプールにおける微生物の生態を明らかにする。

長野県木曽青峰高等学校には、2 年間放置されたプールがある。プールは閉鎖系であり、基本的に外部と３．方法の水の連絡はない。一方、プールの水は透明度が低
く、浮遊物も確認されるなど、生物の存在が予想され
3-1 調査対象地る。
本研究では、長野県木曽青峰高等学校において 2
プールにおける生物の存在については、既往の研年間放置されたプールを調査対象地とした。プール
究からも見て取れる。たとえば、森川ら（2012）は、は水深約 150 ㎝である。プールサイドにはコンクリ
トンボやゲンゴロウなどの昆虫類に着目し、学校プートのタイルが敷き詰められており、樹高約 10m のールに形成される昆虫層はまず周囲の水田など生息
スギが 1 本生えている（図 a）。
場所となりうる面積の有無が影響し、種組成が決定
3-2 調査方法
されると報告している 1)。また、吉田ら（2015）は、
上記の目的を達成するため、以下のような方法で大型生物であるヤゴの総数に焦点を当て、研究対象
研究を進めることとした。
となったプールには多くの生き物をはぐくむ生産力
はじめに、プールの水質を確認するため、パックテがあることを明らかにしている。
ストを用いて水質調査を実施した。
しかし、既往の研究では、調査対象地を使用中のププールにおける微生物を調査するため、本研究でールとしており、数年間放置されたプールにおけるは、スライドガラス沈水法を調査方法として採用し生物の生態については議論されていない。また、調査た。スライドガラス沈水法とは、プラスチックのパッ
対象の大半を目視できる昆虫としており、微生物のクにスライドガラスを入れ、水の中に 3 週間沈める
生態については十分に検討されていないようである。 ことにより、スライドガラスに水中の微生物を付着すなわち、先行研究においては、数年間放置されたプさせる調査方法である 3）。なお、本研究では、2019 年
ールにおける生物の生態、とりわけ微生物の生態に
7 月 30 日～8 月 27 日の期間に調査器具を沈めた。水関する知見が十分に得られていない状況にある。
深により生物相が異なることが予想されたため、図 b
なお本研究では「微生物」を「目視では観察できずのように 50cm、100 ㎝、150 ㎝と深さを分けて調査し顕微鏡で観察できる生物」と定義する。
た。また、微生物はプールに隔たりなく生息している
6-1

ものと仮定し、調査区を 6 地点設定した（図 c）。
プールから引き揚げたスライドガラスは、すぐに光学顕微鏡を用いて観察した。
光学顕微鏡の接眼レンズにスマートフォンをと
りつけ、撮影した写真や動画と図鑑とを比較し、同定を行った。

４．結果
パックテストにより水質を調査したところ、水の汚 れ の 量 の 指 標 を 表 す COD （ Chemical Oxygen
Demand：化学的酸素供給量）が 8mg/L を示した。一方、リン酸イオン（PO43-）やアンモニウムイオン（NH4+）、
亜硝酸イオン（NO2-）、硝酸イオン（NO3-）はほとんど検出されなかった（表 1）。
表 1 水質調査の結果
調査項目

測定値

COD

8mg/L

3-

PO4

- P

NH4+ - N

0mg/L
0.5mg/L-NO2 -N

0mg/L

NO3- - N

0mg/L

採取時の水温は 24℃であった。

水深 150 ㎝の所にはほとんど微生物が見られず、
図 a 調査対象地

くわえてプレパラートにもほとんど付着していなかった。その一方で、水深５０㎝微生物が多くいた。(表２)
表２ 存在した生物１

深さ 50 ㎝

深さ 100 ㎝

深さ 150 ㎝

・Frontonia.sp

・Urocentrum.sp

・Urocentrum.sp

・Amphisiella

・Gloeocystis.sp

Gourret andRoeser.sp

図 b 水深別調査の概況

2・Arcella.sp

・Arcella.sp
・Urocentrum.sp
・Phacus

Dujardin.sp
・Spirostomum

Ehrenberg.sp

3

・Gloeocystis.sp

・Frontonia.sp

・Urocentrum.sp
・Peranema.sp
・Amphileptus.sp

４

図 c 調査区の配置

・Paramecium.sp
・Urotricha.sp
・Frontonia.sp

6-2

・Paramecium.sp

・Paramecium

Muller.sp

５・Paramecium

Muller.sp

Amphileptus.sp

・Arcella.sp（アンフィレプタス）

・Cryptomonas.sp

６・Urotricha.sp
・Frontonia.sp

Arcella.sp（ナベカムリ属）

生息場所：湖沼、河川

Phacus Dujardin.sp（ファカス属）

生息場所：川、湖、沼、水草の上

Frontonia.sp（フロントニア属）
生息場所：沼地

Spirostomum
Ehrenberg.sp（スピロストマム属）

生息場所：湖岸、河川

生息場所：ヨシ帯

6-3

Urotricha．sp（ウロトリカ属）

Gloeocystis.sp（グロエオキスチス）

生息場所：湖、ため池
生息場所：湿原、沼地

Paramecium Muller．sp
Urocentrum.sp（ゾウリムシ属）（ウロセントラム属）

生息場所：どぶや下水が流れ込んでいる川、有機物が多い場所
生息場所：有機物が多い場所

Cryptomonas．sp
Peranema.sp（クリプトモナス）（ペラネマ）

生息場所：湖、沼
生息場所：沼6-4

５．考察
水深が浅いところのほうに微生物が多くいたのはプール表面に浮いていた藻などが、一番上のパックに落ち、そこに微生物が生息していたためと考えられる。
閉鎖系であるはずのプールに微生物が確認されたのは、プール中にもともと少量の微生物が存在し、水を放置するうちに塩素などが抜けてゆき微生物が増殖しやすい状態に近づいたためと考えられる。また微生物は風に乗って飛んでゆき６）、見られた微生物は沼や河川などに広く分布するものだったため、周囲にある森林や河川、畑等から微生物が来て増殖したのではないかと考えられる。
パックテストにより確認された有機物は、降水や鳥の糞、落ち葉などによるものではないかと予想される。また、藻は胞子によってふえるため、降水によって胞子が運ばれ藻が増殖する。これらのおかげで放置されたプールに微生物が増殖しやすい状態がつくられたのではないかと考えられる。
湖沼に生息する微生物が多く確認されたので、放置されたプールには湖沼と似た生態系が形成されていると考えられる。

６．課題
確認された微生物が周辺の河川や湖沼から飛来してきたという考察を裏付けるため、プールの周辺の川などに生息している微生物を調べるべきだった。
微生物の同定において顕微鏡を介して撮影した画像に判別しにくいものがあったため、同定方法についても検討していきたい。
７．参考文献１）森川政人・小林達明・相澤章仁（2012）「学校プールに形成される水生昆虫相の成立要因に関する研究」、『日緑工誌』、第 38 巻１号、103－108頁。
２）吉田愛美・渥美茂明・笹原恵・山野井昭雄（2015）「小学校プールの生産力とその利用方について」『兵庫教育大学学校教育学研究』、第 27 巻、77
－80 頁。
３）赤石裕美恵（2018）「スライドガラス沈水法を用いた生物調査法の検討」、『平成２９年度筑波大学大学院教育研究科修士論文抄録集』、148－150
頁。
４）月井雄二（2010）『淡水微生物図鑑』誠文堂新光社。
５）一瀬諭・若林徹哉（2005）「日本の淡水プランク
トン」合同出版株式会社。
６）『いいことおしえてあげる～びせいぶつのひみつ～』つかもとくみこ 日本微生物生態学会教育研究部会監修 リバネス出版
6-5

生物

トの種子をそれぞれ 20 粒ずつ蒔種する。水槽を黒植物に対するストレスとその反応画用紙で囲い、実験を暗黒下で行う。画用紙は可視～マイクロ波が植物に与える影響～

光を遮るために設置している。
仮説：ルーターによるマイクロ波は微弱であるため、長野県木曽青峰高等学校 理数科 課題研究
2年

７班

植物の発根率には影響を与えない。根の成長につい

岩井翔英

鈴木湧土

千村花凜

ては N に比べて E（照射体）の方が大きく成長する

野尻優月

水川結月

三村田麻衣

[4]。
結果：実験１

1.研究の動機及び目的

発芽率

Nスプラウト

今日、私たちの身の回りには多くの電磁波が存在

Eスプラウト

Nインゲン

Eインゲン

100
90
80
70
発 60
芽
率 50
40
30
20
10
0

している。電磁波は電界と磁界による波であり、その周波数(Hz)により区分されている。そのうちマイ(%)

クロ波については、携帯電話基地局周辺でマイクロ波が原因とみられる健康被害や動植物の異常が報告されている[1][2]。しかし、マイクロ波との関連

0

1

2

3

4

経過日数(日)を調べた研究は少なく、因果関係が明らかになって

図２ 発根率いない現状がある。いくつかの論文では、マイクロ波が植物の成長を促進する、あるいは妨げる、など

根
の
長
さ

様々な報告がなされていた[3][4][5]。

(mm)

±30
±33
±15
±18

今回私たちは、身近にある家庭用無線 LAN 親機を用いて、照射されるマイクロ波が植物に与える影響
図 3 根の長さ 平均を評価することを試みた。

｛発根率(図２)｝スプラウトでは 2 日目までは E(照2.実験方法及び結果

射体)が小さかったものの、３～４日目では E の方・供試種子 /ブロッコリー(ブロッコリースプラウ

が大きくなった。同様にインゲンでは２～３日目まトでは N に比べて E(照射体)は小さいものの、４日目

ニチノウ)〔以降スプラウト〕/インゲンマメ(つるなしいんげんには同程度の値になった。いずれの種についても E

ニと N の間に、顕著な差は認められなかった。

チノウ、トーホク)〔以降インゲン〕
・家庭用無線 LAN 親機｛根の長さ(図３)｝スプラウトでは E は N よりも成Buffalo WSR-300HP/N

2.4GHz/5GHz〔以降ルーター〕

長していない。しかし、インゲンでは E は N よりも・サーキュレーター 三菱電機エンジニアリン

成長している。二種について、顕著な差はみられな

CN-25C

かった。

・電磁波測定器

TENMARS TM-195※マイクロ波を照射された実験体(exposed)を E,照実験２シュート（図 4）の成長

射されなかった実験体(not exposed)を N と呼ぶ。

目的：植物のシュートの成長にマイクロ波が影響を与えるか調査する。

実験１

目的：種子の発根率や発芽後 4 日間の根の成長にマのをポットに植え替える。日光

イクロ波が影響を与えるか調査する。

と、ルーターによる意図したマ

実験方法：水道水で満イルを側面と上面に張り付けで水を循環させる(図た箱を 2 つ用意する。実験 1 でロ波を種子に照射する。
水槽に発芽床を３つE
C

な限り遮断するため、アルミホ

し、それぞれ水流ポンプ
発芽床ーターを設置し、マイクD

イクロ波以外の電磁波を可能

Wi-Fi ルータ

たした水槽を２つ用意

１)。一方の水槽にはル

シ ュー ト

実験方法：実験 1 で発芽したも発根・根の成長BA

使用した E,N をそのまま使用し、生育させる。

水流ポンプ

測定には定規を用い、インゲ

図 1 水槽ンは図 ４で示 した ５つ の 区分

図４ 測定の区分について、測定する。スプラウトの成長は小さいたずつ設置し、各発芽床にインゲンの種子とスプラウ
7-1

め、区分に区切らずに測定する。

た。それに対し、E(照射体)は 19 個の果実を形成し仮説：植物のシュートは N に比べて E(照射体)が大た。また、N に比べて E の果実は小さかった。

きく成長する[3]。しかし、ルーターによるマイクロ波は微弱であるため、その差は小さい。

3.考察

結果：実験２

実験１より、スプラウトの E と N、インゲンの Eと N の僅かな差について、t 検定の結果から、有意差と認めることは難しいと言える。したがって、マ±8±13

イクロ波は植物の発根率、根の成長に影響を与えな
いと考えられる。
実験２より、スプラウトとインゲンの二種につい

2

5

8

11 13

16

20

23

26

29

33

37

40

て、成長しやすい、茎の区分(A,E)において、t 検定

44の結果から、N に比べて E(照射体)は成長が小さい

経過日数（日）図５ スプラウト 成長 平均という結果は有意差であると言える。また、本研究では、N に比べて E(照射体)の区分 A,E は成長が小さ
く、また遅れが確認された。最終的な果実の数は、N よりも E(照射体)のほうが少なかった。果実の大きさにつ

±15
±34
±42
±15
±25
±14
±19
±24
±18
±19

いても、N よりも E(照射体)のほうが小さいことから、マイクロ波は植物の成長を抑制すると考えられる。E(照射体)は成長を抑制されたことにより、N が生殖成長に切り替わった時点で N に比べて E(照射体)は未熟な状態であり、そのため生殖成長への移行が遅れ

経過日数（日）図６ インゲン 成長 平均た。結果、N と比べて E(照射体)は果実の数は少な
く、小さかったと考えられる。本研究の結果から、マイクロ波は植物に対するストレスとなり、マイクロ波が照射されなかった実験体と照射された実験体との間に有意差を生じさせたと考えられる。
4.残された課題と今後の展望↑N インゲン

植物の成長には一定の時間を要することから、観察期間を長く設けることが必要である。また、計測←E インゲン者が実験系や日によって異なったため 計測基準にわずかなずれが生じ、それがデータの誤差を生んだ

図７ インゲンのさや可能性がある。計測者を統一すること、計測基準を{スプラウト 成長(図５)｝実験開始後 10 日頃まで厳密に決めておくことが必要である。さらに個体数は差は小さかったが、その後徐々に差は大きくなっを増やすことでデータの信頼性の向上が期待できた。44 日目には、E(照射体)に比べて N は、10mm 程る。

度大きく成長した。

今後は、マイクロ波と植物の栄養成長や生殖成長{インゲン 成長(図６)｝区分 A,E については、E(照との関係について、成長の段階ごとに調査したい。

射体)よりも N(非照射体)の方が大きく成長した。区分 E は最終的には両種とも同程度の大きさまで成長

5.参考文献・URLしたものの、成長を始めた 16 日目以降は、E(照射[1]ルポ最後の公害、電磁波に苦しむ人：携帯基地

体)は N(非照射体)よりも緩やかな曲線であり、成長局の放射線 黒藪哲哉 花伝社 2014 年出版

が遅いことがわかる。ただし、N(非照射体)の区分 E[2]ソフトバンクによる電磁波測定と説明会の 29 日目の著しい下降は成長を続ける植物の平均2009 年添付資料

値が下がることは考えられないため、明らかな誤差[3]農業電化 平成 29 年 9 月号 一般社団法人とした。区分 B,C,D(主に葉)については顕著な差は

農業電化協会

認められなかった。全体的な傾向として、E(照射体)p13-16[4]信学技報 TECHNICAL REPORT OF IEICE SPS2006-

は N(非照射体)に比べて成長が小さい。

16(2007-02)｛インゲン 果実(図７)｝N は 27 個の果実を形成し7-2

[5]https://www.dailydot.com/?s=Your+wirelessr
uter+could+be+murdering+your+houseplants+[6]電波と安心な暮らし[7]電磁気学Ⅱ

長岡洋介

総務省

平成 19 年発行

岩波書店

[8]環境問題講演会「電磁波と健康」配布資料
萩野晃也

2008 年[9]電波通信の本 坂田史郎 電気書院 2015 年出版[10]入門 統計学－検定から多変量解析・実験計画
法まで－

栗原 伸一

オーム社

2011 年出版

7-3

木曽の夜空の明るさについてである。
（３）観測場所と日時

木曽青峰高等学校
２年

課題研究

天文班

観測場所は、木曽青峰高校屋上の天文ドーム（以下、

奥谷 楓、木原 拓人、西田 安香音

木曽高とする）と木曽郡内、松本市の各地点である。
観測は 5 月～9 月に計 6 回観測し、総観測時間は約 38

１、研究の動機、目的

時間である。観測日と観測地点は表 1 のとおりである。

木曽地域は、木曽青峰高校天文台や東大木曽観測所

このうち、分析しやすい条件が揃っていた 5/10 と 9/27など、天文関係の設備が多く存在する。したがって、の観測結果を以下の（１）、（２）に示し、考察する。

木曽の夜空は天体観測に適しているといえる。そこで、

表 1・観測地点と日時

私たちは木曽の夜空は暗いのではないかと考え、木曽の夜空はなぜ暗いのか、また地域差はどのようにあるのか詳しく調べようと考えた。
２、研究の方法（１）測定器について
夜空の明るさの測定方法として、目視での測定やデジタルカメ
ラを用いての測定などが考えられるが、個人差が出たり、 図 1・ＳＱＭについて
画像処理が必要になったり

３、結果と考察するため、簡単には出来ない。そ（１）5 月 10 日の観測

こで、本研究では、夜空の明るさ

１）観測日の様子

を簡単かつ定量的に測定するた①月齢 5.2 で月出 9:08、月没 23:56

めに、ユニヘドロン社の「スカイ②天候クオリティーメーター」（以降Ｓ
ＱＭとする）を使用して測定を行

薄曇り～夜半過ぎ以降に快晴（雲量の測定

は暗夜に観測者の目視で行ったので、雲の様子が図 2・観測の様子

はっきり確認できなかったため、データに不確かさがある）った。この装置は、科学的に測定された数値で、夜空③観測時間の明るさを客観的に評価することが可能である。ＳＱ

20：40～翌日の 4：00（日出 4：46）

２）結果と考察

Ｍは、角度約 120°の光の円錐形の１／2（約 60°）を①夜空の明るさ（図 3）と月の高度（図 5）及び月齢

スキャニングして、光子をカウントし、夜空の明るさの関係から月没前後までは月の高度が下がるとＳＱ

を１平方秒あたりの光度（等級／平方秒角）で表す。
つまり、夜空の明るさを星の明るさの等級に換算する。
例えば「20」と表示された場合、この時の夜空の明るＭ値が上昇している。
④3：00 以降に太陽高度が-20°より大きくなると、
ＳＱＭの値が減少を始めるので、太陽の影響が見らさは 20 等星の明るさに相当するので、暗夜の状態といれる。

うことになる。

②図 3 と図 5 より、夜半過ぎまでＳＱＭ値が細かく

なお、星の明るさは「等級」という単位で表される。

変動しているのは雲の影響である可能性がある。

肉眼で見える最も明るい星を１等星とし、肉眼で見えるぎりぎりの暗い星を６等星としている。
（２）測定方法
まず、図 2 のようにＳＱＭのセンサー部分を天頂に向ける。次に、ボタンを押して夜空の明るさを測定し、表示された数値を読み取る。これを５回繰り返し、得SQM 値の最大値

られた 5 つのデータの中央値をこの時のＳＱＭ値とす

20.71（1：00 頃）

る。上記の測定を 10 分おきに繰り返す。ＳＱＭ値を中央値とした理由は、ＳＱＭは、誤差の防止や検出が難しいため、誤差による値の変化を最小限に抑えるため

図 3・ＳＱＭ値と時刻

8-1

図 4・太陽、月高度
図 7・移動観測前後のＳＱＭ値（木曽高）２)結果と考察

①月没 17:04 なので、月の影響はない。
②図７より、移動観測前と観測後の木曽青峰高校で

図 5・ＳＱＭ値と雲量のＳＱＭの値に変化がないので、観測範囲全域の雲③観測日のＳＱＭ値の最大値は 20.71（1:00 頃に快量、夜空の明るさの基本的な変化はないと推定でき晴となった時）だった。

る。

（２）9 月 27 日の移動観測の概要③観測日の天気はおおむね曇りなので、ＳＱＭ値は１)観測日時の様子

雲の明るさを示している可能性がある。

①月齢 27.7 で月出 3:21、月没 17:04② 天候 曇り時々晴れ③ 観測時刻と観測地
18：30～19：50 木曽高
20：29～22：40 車による移動観測
0：00～4：40 木曽高④ 移動観測時の経路

自動車で高校→木祖村→上松町→大桑村→高校の経路で移動し 11 地点で観測（図６）

図 8・移動観測時のＳＱＭ値④図８において、ＳＱＭ値は、須原、木祖村の観測地点が高く、上松町、木曽町の観測地点が低いことが分かった。また、ＳＱＭ値が高い観測地点は、付近に家屋や街灯が少なく、山が近くに迫っていて、空が狭いという特徴がみられた。
3）仮説と検証
移動観測で得られたＳＱＭ値が高い観測地点の特徴について私たちは、ＳＱＭ値は＜１＞家屋数・街灯数、＜２＞周辺の地形を反映しているという仮説を立てた。

図 6・木曽郡内のＳＱＭ値

8-2

＜仮説検証１＞ＳＱＭ値と家屋数の関係について前後の高い負の相関がみられることから、夜空の明

この検証は、家屋数と街灯数は比例関係にあるもの

るさは周囲の家屋数や街頭数の影響を受けているととした。家屋数の測定は、図 9 のように観測地点から考えられる。

半径 1～3 ㌔圏内の家屋数を 1 ㌔毎に計測した。家屋数

表 2・ＳＱＭ値と家屋数の関係の測定は国土地理院の地図（縮尺 2 万５千分の１）を使用した。

家屋数１㌔ 家屋数2㌔ 家屋数３㌔
1 キロ圏内相関係数

2 キロ圏内0.80340.80130.9108⑥表 2 は、ＳＱＭ値と測定地点から半径 1～3 ㌔圏内の家屋数との相関係数をまとめたものである。表よ3 キロ圏内り、周囲の家屋数とＳＱＭ値との関係は半径 3 ㌔圏
内の相関が最も大きい。
＜仮説検証２＞ＳＱＭ値と地形（天空率）について
ここでは、空の広さを客観的に示すため、「天空率」という指標を用いた。天空率とは、図 13 のように魚眼

図 9・家屋数計測のモデル図

レンズ等で天空を見上げた時のカメラの視野に対する空の割合のことである。
天空率の求め方は、まず各観測
地点で魚眼カメラを使い、水平面
上の円型画像を撮影する。次に撮相関係数：0.8034

影した円型画像をプリントし、空図 13・天空率の部分と地上（山など）部分の面積の比率から、天空率＝空の面積÷円型画像の面積×100（％）から算出した。画像の撮影は「リコーシータ

図 10・ＳＱＭ値と 1 ㌔圏内の家屋数Ｓ」というカメラを使用した。

相関係数：0.8013

相関係数：0.3783

図 11・ＳＱＭ値と 2 ㌔圏内の家屋数

図 14・ＳＱＭ値と天空率④図 14 は、
移動観測時のＳＱＭ値と各観測地点の 天
空率の相関を表したものである。図より、ＳＱＭ値と天空率に弱い負の相関がみられることから、ＳＱ
Ｍ値は天空率の影響を少しうけていると考えられる。
表 3・ＳＱＭ値と家屋数・天空率の関係

相関係数：0.9108

家屋数１㌔ 家屋数2㌔ 家屋数３㌔ 天空率
相関係数

0.80340.80130.91080.3783⑤表 3 は、ＳＱＭ値に対する家屋数と天空率の相関

図 12・ＳＱＭ値と 3 ㌔圏内の家屋数

係数をまとめたものである。天空率よりも家屋数の方が相関係数が高いので、半径 3 ㌔圏内の家屋数が⑤図 10～12 から、ＳＱＭ値と家屋数に‐0.8～-0.9

夜空の明るさに対する影響が最も強いと推測される。

8-3

（３）他地域とのＳＱＭ値の比較
表１に示した観測結果から代表的な地域についてＳ
ＱＭ値の違いを小さい順に並べた。
（表 4）
表 4・各地域のＳＱＭ値の最大値

相関係数：0.4918

観測地

観測日、時刻 月齢 天気 ＳＱＭ値

松本市寿8/12、2:50

10 曇

19.56

木曽高

6/02 、0:40

27.2 快晴

20.68

木曽高

5/11、1:40

5.2 快晴20.71

木祖村小木曽 8/26、21:50

29.3 快晴

20.86

範囲は木曽川の流域（南に行くほど標高が低くなる）

10 快晴

22.04

なので、図 16 の結果は、木曽郡内特有のものであると

木曽町黒川

8/01、21:30

図 16・ＳＱＭ値と標高の関係考えられる。
４、まとめ

１）ＳＱＭ値は松本市よりも木曽郡の方が高いこと

以上の結果から、夜空の明るさを決定する要素は、から、松本市より木曽地域の方の夜空が暗いと

太陽や月の条件による要因としていえる。この理由について、木曽地域は谷で高①太陽高度

い山に囲まれているため、周辺地域からの光の②月齢・月の高度影響を受けにくいため、松本市よりも夜空が暗地上の要因としてくなっているという仮説を立てた。

③観測地周辺の地形（天空率）④観測地周辺の家屋数・街灯数の５つがあることが分かった。また、木曽の夜空が暗い理由として、② 木曽地域特有の山に囲まれた地形、
相関係数：0.9685②家屋数・街灯数が少ない、という 2 つの条件が関係していることが分かった。
４、今後の展望（１）今回の研究では表 4 で示した木曽郡内外のＳＱ

図 15・各地域のＳＱＭ値と天空率

Ｍ値と家屋数の関係を調べることが出来なかった＜１＞ 地域別のＳＱＭ値と天空率について検証

ので、ＳＱＭの地域差に家屋数がどのように影響す

図 15 は、表３中の各地域のＳＱＭ値の最大値とるか調べたい。

各地域の天空率の相関図である。図から、ＳＱＭ（２）雲量や雲の高度が変化するとＳＱＭ値にどのよ

値と天空率に極めて高い負の相関がみられるので、うな影響があるのか雲量の客観的な測定方法の検ＳＱＭ値の地域差には天空率が関係している。し証も含めて調べたい。

たがって、観測地点の天空率（=地形）がＳＱＭ値（３）ＳＱＭ値の季節による変化について引き続き観の地域差の原因の一つであるといえる。

測を行いたい。

（４）ＳＱＭ値と標高について

５、参考文献一般的に、天体観測に適した条件として、「標高が高(1)https://www.kyoei-osaka.jp/SHOP/unihedron-sq

い」や「付近に人家が少ない」ことなどが挙げられる。

m-l.html

天体観測に適した環境では、空が暗いと考えられるの(2)土佐塾高等学校，高知県の夜空の明るさ（2016,全でＳＱＭ値と観測地点の標高には関係があるのかを調

国総文祭論文）べた。

(3)地学図表（浜島書店）

図 16 は、移動観測で得られたＳＱＭ値と、各観測地(4)https://math.nakaken88.com/textbook/basic-me

点の標高の相関を表したものである。夜空の明るさとan-median-mode/

標高との相関係数は 0.4918 で、はっきりした相関関係

なお、この論文で示した全ての地図データは「カシミは見られなかった。また、ＳＱＭ値と標高のデータはール３Ｄ」というソフトを使用した。

移動観測時に測定したものである。したがって、観測

8-4（KYOEI 社ホームページ）