名古屋大学加速器質量分析計業績報告書. XXV, 2014.03

都市および山岳地域における炭素エアロゾル中 14C 濃度の特徴
Characteriza伽n of14Cconcentrationsi
ncarbonaerosolatcit
yandmountains
tations
池盛文数 1.2* ・宮原裕一人中島大介 4 .中村俊夫 5

Fu皿ikazu Ikemori1. 2 ' , )1llchMiyabara3, Daisu
keNakajima4, Tos駈oN北町nura'
1 名古屋大学大学院環境学研究科・ 2 名古屋市環境科学調査センター3 信州大学山岳科学総合研究所・ 4 国立環境研究所. ，名古屋大学年代測定総合研究センター
lGradt掴.te SchoolofEnv
ironmentalStudi田， NagoyaUniversity• 2NagoyaCityInstituteforEnv
ironmentalnstituteo
fMountainScience, ShinshuU国versity ・'National Institut
eforEn吋ronmen胞1 Studi田・Science• 3I'Cente
rforChronologiωlR国曲rch， NagoyaU
niversity*Correspondenceautho.Er‑mail:F.Ikemori;E‑
mail:ìkemori@nagoyakanka加I.net

Abstract
fFossi1-dぽived Cむb∞ σos-C) andBio-d，町ived-Carbon (Bio‑C)
Toestimate 也e ∞且住ibutions oinsomeregionsinJ
apan, 14Cωnc即位'ation oftotalcar
boni
nTo旬.l s国pendedp紅白c1田 (TSP)w嗣 m伺sured
at 働問 sit国側agoya (n=16) , Suwa(n=15) 阻d Kamikochi(n=9)) 血 Japan. Av
eragevaluesofpMC(%Mod釘n Carb岨1) were(Nagoya<Suwa<Kat凶.kochi). Av
erageconcentrationsofBio‑Cwere(Nagoya>Suwa>Kamikochi).Averagec∞cen回白山 of F田ーCw悶(Nagoya > Suwa>Kamikochi).Thehigh∞ncen仕ations ofBio・C at 由ree sit田 in springwぽe cause
dbypollens.Theinfluenc暗 ofbiomass b田百ing
mぽ朗sed pMCvalueinfallinNagoya.Theincr曲se ofpMC 阻d WSOCconcen廿ations indi
cate
dthat
S田on白ry orga且ic 四rbon w，掴 generated 企om Bio-C 血 s田nmぽ担 Suwa. Thedecr
ease
dofpMCvalue 血w泊ter 血Kamikochi w
ascausedbylowconcen仕ations of
Bio‑
C.WSOC/OCwaslar
geratio 血白18 season 血Kami~田hi 血di四.ted 也atOC w田住町田p四ted 企om dis旬且t plac田 because s底旧ndary r
eact
ionwashardtoprogr田s invicinityinw泊伽.

Keywords:14C;TSPl.はじめに

大気エアロゾルは、ヒトに対する健康影響、また気候変動に関わる因子のーっと考えられており、その環境動態が注目されているロ特に炭素成分は主要構成要素として知られているが、その発生源は多様性に富んでいるためその起源を知ることは非常に難しく、様々なアプローチによる研究が行われている。近年、同位体元棄を用いた環境動態に関する研究が進められる中で、放射性炭素 14Cをマーカーとして用いたエアロゾル中の炭素、また成分として多環芳香族炭化水素などに関する研究が行われている。 14C は、化石燃料由来と現生植物由来の西日合比を定量できる有力なツールである。圏内においては、エアロゾルに関する 14C の知見は多くなく、季節的、地域的な特徴や、二つの起源の炭素の二次生成への関わりについて、精力的な研究が期待されている。我々はこれまでに、名古屋の大気粉塵(本庄ほか， 2011) 、名古屋の PM2 .， (池盛ほか， 201 1)、多地点(名古屋、福岡、諏訪、上高地)での同期観測(池盛ほか， 2013) について報告している。今回、 2013 年の報告結果に続けて、名古屋、諏訪、上高地の大気粉塵サンプルについて 14C 測定、炭素やイオンなどの主成分測定を行い、 pMC の変動要因や、植物、化石燃料起源の炭素の発生要因について解析をしたので報告する。

− 241 −

名古里大"li~.;器噴量分輔自仲・・・.... XXV.3114.伺Z 方法・犬気拭料のサシプ p ング
大気鉛直(T<岨1 ..
伊""'" ，岨cle: TSP) はハイポ M 品ームzアサンプラーで?咽 u.盟で操寂した. 採取地点については、民畠 1 に示すとおりである.
名古屋市...
科学調査センター屋よ-名古屋(都市}

基本週間違修補集のザン プ U ングをザンプラ】の故蹄や停電がない限り毎週行なった.
-膏跡(盆地}

信州大挙山岳科4李総合噺究所山旭水調崎哲育布兜センター屋上

基本週間違鍵術"慢のサンプ U ングを益津、月に1.2固行なった.
上高地(山岳地帯)

イ宵州大学山岳科学総合研究所上高地ステーシ国ン

益本一週間違・噂院のサンプリング金通園行なった.

国型盟主主官首.剣先掌山岳斜早a合..
K~山‘*__0'センゆ

上高地価州大'山岳...合葡覧冊
上高峰^テー→シ司2Fﾍ(.1.sa置がk唱固絢・I-主要成分の調定採取した TSP 猷掛のー嚇を用いて、炭蕪分割時折 (S国111: Iab.)で1MPROVBプロトコルにより 0ιEC(反射光により、 oc の鋭化を補正}

イオ〆クロマトグラプ法によりイオン成分{カチオン配、 m\K+， M，r.、 ct アZオン町、 NOi、曲丹、託児野〈殴血血，)により ws配を測定した仔有島')，非水槽性有視線寮〔以下W1NS配)は配から wsoc を引いて算出しh.''c提度の測定"バイオマス起源良薬及び化石婚制起源民家の定量化採取した TSP 酬酬の-鳴を陣地鋼鋼.曜と共に真空封管し高温で棋噛して00，化した後α. 金精製、グラファイトヘ夜豊島し、測定周ターゲフトを作成して、 TC 中の''c波度をタンデトロ
シ加週関陣質量分析掛により劃定した(p事 2) . "c漉度はが岨C(pa:CCIIt MOdI皿""'"叫で表記する.

阻""および F・-cについては、以下の計算式より求めた.
(Bio‑C)‑TC X 色1MCmI10l~η"""'"は各杭料における TC の匹MCσ'..c) - TC 配
101.$ は却10 朝乙名古屋大学内の木の葉について測定された"'"値〈本庄町、'， 2011)
植物車珊炭素包必.
.
.
.
討叫.C.rbaD: BiO-C)と化石総料起源炭素(F岨i1-clcrivecl CJrboa:F冊<:)の血合皐を創り出し、各々を定量化した(p事 3) ，− 242 −名古屋大学加速器質量分析計業績報告書， XXV , 2014.03

温 .1OC，EC分析(炭素分析計) I

碍フィルム h hE遥析
炉ーー

企E

イオン成分分析(イオンクロマトグラフ)
Ag 線-真空ラインで精製(co，取り出し)-水素還元によりC-Fe混合物を合成-測定用ターゲット作成

14C温度測定・ゅ 1 sタンデトロン加速器質量分析計)

Fig.2.An
alyt
icalScheme.
|有機炭素

全炭素
TotalCarbon

熱分離法 I ~~川匂rbon (OC)ー〈 諒状炭素何C)

B
io‑derivedC
arbon(Bio‑C)
Fig.3.D
iv
isionofcarbonf
ractionsfromdifferentmethods.
3. 結果と考察

3‑1 名古屋、諏訪および上高地の TSP 中 14C 濃度および Bio-C、 Fos-C
TSP に関して、名古屋と諏訪もしくは上高地で同時期にサンプリングしているものを選んで放射性炭素 14C の測定を行った(名古屋 16 試料、諏訪 15 試料、上高地 9 試料)。各地点の pMC の平均値±標準偏差、最大値、最小値を Table 1 に、 pMC 値の変動を Fig.4 に示す。 Table 1 より、 pMC 値は(名古屋<諏訪<上高地)の順となった。名古屋は日本有数の大都市であり、市内、また近傍に工場などの大規模発生源を持ち交通量も多いため、化石燃料起源粒子の排出が山岳地帯よりも多いことが容易に想像でき、 pMC 値の差に大きく影響していると考えられる。盆地と山岳地帯を比較すると、上高地は自家用車の入山規制があり、また近傍に工場なども存在しないため、より高い pMC値になったと考えられる。地点別の pMC 値の変動をみると、名古屋は夏 (7、 8 月)に比較的低く、秋や春に比較的高い pMC 値を取ることがわかった。また変動は三地点の中で一番小さかった。諏
訪は春に pMC 値が高く、徐々に減少傾向にあることがわかった。上高地は冬に pMC が大きく減少することがわかった。また変動は三地点で一番大きかった。各地点の詳しい考察は 3-2 で述べる。

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名古屋大学加速器質量分析計業績報告書， XXV, 2014.03

Table1.Average , maximuma
ndminimumo
fpMCa
t3sites.
且皐

名古屋
諏訪
上高地

量五墨

測皐墨塾塾 平均値±標準偏差50.1

士

61.3

6.0

66.
7 + 9.
77.
090.
0 + 185.
2117.
7

呈止墨

40.
451.963.
2

単位 :pMCpMC•13011090 h』 ..士70E2『」=『〉伺4弓''-ZEN.a』同』是加川

kHaam.

附d旦

NdE

釦

mdO03a，、内U4eeOaωanv'12a・M同-E〈唱Eヨ『」ヨ『

30.
2u+50ワ云旦

Fig.4.VariationofpMCat3sites.
Bio-C に関しては、平均値では(名古屋〉諏訪>上高地)となったが諏訪と上高地では大きな差はなかった CTable 2) 。最大値は名古屋よりも、諏訪、上高地が大きく、この三地点は変動が大きかった。 Fos-C に関して、平均値は Bio-C と同じように(名古屋>諏訪>上高地)となったが、各地点問の差が大きく、 Bio-C に比べると各地点での変動は小さかった。地点別の Bio-C の変動をみると、名古屋は秋や春に比較的高く、夏に関しては 2012 年の試料は低濃度、 2013 年の試料は高濃度であった CFig.5) 。諏訪は、夏と春に高いことがわかった。上高地は、春に高く、冬にはかなり低濃度であることがわかった。地点別の F田ーC の変動をみると、名古屋は夏が比較的低濃度であり、他の季節は濃度変動が大きく、高濃度と低濃度が観測された。諏訪は濃度変化に乏しかった。上高地は低濃度ながら春季に上昇傾向にあった。各地点の詳しい考察は 3-2 で述べる。

Table2.Average, maximumandminimumo
fB
io‑
CandFos‑
Cat3s
ites.
Bio‑
C
測星墨塾塾 平均値±標準偏差些皐名古屋
諏訪
上高地

3.0士

0.92

2.
6+

1.
22 .4士1.6

墨主墨4.
5量止畢

1.
71.
31.
3
単位田 μg/m 3Fos‑C
畢卓
名古屋

諏訪上高地

測墨量塾塾 平崎値±標準偏差2.
9 + 0.
60+0.
241.
215.
160.
20 + 09呈止畢
1.
90.
690.0 。

単位田 μg/m 3− 244 −名古屋大学加速器質量分析計業績報告書. X
XV.
2014.
03Bio‑CFos‑C

118.
08.
011]
.
k

340 蚕孟豆半e唖~340 F 杢室三 よさ‑
0.
0

三重 2 282222 昼 13 是 2 5 重2;
11 cc c0&:;

司ー- Nagoya-• Suwa0.
011~ ~ 2~1;

11・ K
amikouchi

11・・・・・・・.・

三三 22 5i113522
是 E 三三z< "'2匀

~ ~.
f2012‑ Nagoya ̲ ̲Suwa ・ Kamil叩 uchi.Variationso
fBio‑CandFos‑Cat3sites.
Fig.5

3‑2 各地点の炭素組成の変動要因の考察
O名古屋について秋に関しては、稲わらなどの野焼きが都市エアロゾルに大きな影響を与えることが、日本圏内、東京など大都市でも報告されている。バイオマス燃焼の指標として K+が用いられるが、今回の試料に関しても秋には高い傾向があり、秋に pMC が高くなるのは、バイオマス燃焼の寄与が大きいことを示唆している。続いて、春に pMC が高くなるのは、花粉などの植物の影響と考えられる。
花粉は非水溶性の高分子有機化合物が骨格をなしていると考えられるが、春季には WINSOC の濃度が他の季節に比べ高くなっており、花粉の存在が示唆される。 WINSOC は化石燃料の燃焼からも多く排出されるが、同じく排出される EC の濃度に上昇が見られないことから、 WINSOC の上昇が花粉であることが強く示唆される。花粉の粒径は数十 μm と言われるが、ハイボリュームエアサン
プラーでは約 100μm 以下の粒子がサンプリングされるので、花粉も対象となる。また、 2012 年 7月に pMC が高く、 Bio-C が上昇しているが、二次生成の指標とされる WSOC も上昇しており、二次生成の寄与が考えられる。ただし、 F田ーC も緩やかながら上昇しており、どちらの起源の炭素も二次生成に寄与していることが考えられる。 2011 年の夏は pMC が低く、 Bio-C 、 Fos-C 濃度も高くないロ WSOC 濃度も低いので、二次生成が進んでいないことが考えられる。二次生成については、WSOC の 14C 濃度を測定することにより、どちらの炭素起源が二次生成に関与しているかより明確になると考えられる。また二次生成は日内変動が大きいと考えられるため、高時間分解(数時間)でのサンプリング試料に対して炭素同位体測定を行うことも有効であると考えられる。

Nagoya0.
05。

..,:....N.: >.
.
:‑‑=仁コ EC = WSOC 亡コ WISOC ・・ NH4+[(Il]sOl‑ c二ヨ NO!"ーー」白)，.........l...:....Nmr
EEz‑‑5nununu

0.
25050
211

200.
00

主ヨ Z ESE888 呈 22Z 室主ミ

201
120
12ー-K'Fig.6.VariationsofcarbonandionelementsinTSPinNagoya.

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名古屋大学加速器質量分析計業績報告書， XXV, 2014.03

0諏訪について春に pMC が高くなるのは、他地点と同様に花粉などの植物の影響と考えられるロ WINSOC も他の季節に比べ高くなっており、花粉の存在が示唆される。バイオマス燃焼の指標の K+は 8 月と春季に高いが、 8 月に関しては、 Bio-C が上昇しておらず、 K+はバイオマス燃焼以外の要因で上昇したことが考えられる。春季に関しては、圏内では春季の野焼きなどのバイオマス燃焼についての報告が少なく、現地特有のバイオマス燃焼の存在が示唆される。 2011 年 7 月に pMC が高く、 Bio-Cが上昇しているが、二次生成の指標とされる WSOC も上昇しており、二次生成の寄与が考えられる。 WSOC は植物燃焼からも排出されるが、 K+が増加していないため、その寄与は小さいと考えられる。前に述べたように、名古屋では 2011 年の 7 月は WSOC が低く、あまり二次生成の寄与は大きくないと考えられ、諏訪の結果と大きく異なるため、二次生成に関しては地域差が大きいことがわかった。 Fos-C の変動は大きくないが、同様に EC もあまり変動していない。相関もよく(r=Q.72，n=15) 、化石燃料燃焼からの寄与が大きいことが示唆されるロSuwa

52063100.
20・

50.
05。

0.
005 当 2252122 星 33 主主三重
201
1‑ ‑ ‑

2012

亡コ EC '"ヨ 師OC 亡コ WISOC ・・ NH/ 直Il SOl一 己コ N0 3'ー-K>

Fig.7.Variation
sofcarbonandionelementsinTSPinSuwa.
0 上高地について

12 月の試料についてはグラファイト化が進行せず 14C 濃度測定ができなかった。春に pMC が高くなるのは、名古屋と同様に花粉などの植物の影響と考えられる (Fig. 8) ロただし WSOC も WINSOCと同等と比較的高濃度であるため、バイオマス燃焼、または二次生成の寄与も大きいことが考えられる。 6 月の試料では、現在の大気中 CO2 の 14 C 濃度よりも大気粉塵中の 14C 濃度が高いという結果が得られた。 Eが高くバイオマス燃焼の影響が示唆されるが、このような高い値を取る原因として、 1950 年以降に成長した木の燃焼から排出された粒子の影響が考えられるロ核実験が行われた
1950 年以降に、大気中 CO 2 の 14C 濃度が劇的に増加しており、木の年輪に高濃度の 14C が蓄えられていることが知られている。ヨーロッパでも現在の大気中 CO2 濃度より高い 14C 濃度を持つ木が燃え、エアロゾル中の 14C 濃度が現在の大気中 CO 2 の 14C 濃度よりも高いことが報告されている。 1月と 3 月に pMC が減少しているが、近傍の燃焼発生源を示すと考えられている N0 3ーの濃度が低く、わずかな濃度ではあるが長距離輸送の可能性が示唆される。冬季は気温が低く、近傍での二次生成が起きにくいが WSOC が OC の約 7 割を占めていることからも、輸送中に徐々に酸化反応が進んだことが考えられる。これは、冬季の上高地が日本の中心付近でも大陸からの越境輸送を観測できるモニタリングポイントである可能性を示唆していると考えられる。

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iKamikouchi
0.
305

宮EBS16豆z

nununununu

5201
5100
5220。

M

三三 2282i22H33 是 EZ 三

亡コ EC ~ 間町 亡= w回C 圃園 NH4+ [J:::Iコ口 SO{-K+ ・・口・・ N0 3-Fig.8.VariationsofcarbonandionelementsinTSPinKamikouch.
i4.

まとめ

名古屋と諏訪もしくは上高地で同時期にサンプリングした TSP 試料に関して、放射性炭素 14C の測定を行った(名古屋 16 試料、諏訪 15 試料、上高地 9 試料)。各地点の pMC 値は(名古屋<諏訪く上高地)の順となり、人為的な粒子排出が多いと考えられる都市部(名古屋)の TSP 中における化石燃料の割合が多かった。また盆地と山岳地帯を比較すると、上高地は自家用車の入山規制があり、また近くに工場なども存在しないため、より高い pMC 値になったと考えられる。どの地点も春に高い pMC 値を取ることがわかった。 pMC 値の変動は、名古屋が三地点の中で一番小さく、上高地が最も大きく変動した。

Bio-C に関しては、平均値が(名古屋>諏訪>上高地)となったロ最大値は名古屋よりも、諏訪、上高地が大きく、この二地点は変動が大きかったロ Fos・C に関して、平均値は BicトC と同じように(名古屋>諏訪>上高地)となったが、各地点問の差が大きく、 Bio-C に比べると各地点での変動は小さかった。他の成分濃度を見ると、春に pMC および Bio-C が大きくなるのは、花粉などの自然起源植物由来炭素が原因と考えられる。また名古屋では秋にバイオマス燃焼の影響が示唆され、これが Bio-C 濃度を高くしていると考えられる。二次生成については、名古屋では、化石燃料起源、植物起源の両方、諏訪で植物由来炭素が大きく関与していることが考えられたが、 WSOC の 14C 濃度を測定することにより、どちらの炭素起源が二次生成に関与しているかより明確になると考えられる。冬季の上高地は、他の季節よりも Bio-C 濃度が減少し、 pMC 値が小さくなった。また WSOCが OC の約 7 割を占めており、遠方からの輸送中に徐々に酸化反応が進んだ粒子の影響を受けていることが考えられた。これは日本の中心付近でも大陸からの越境輸送を観測できるモニタリングポイントである可能性を示唆している。

Acknowledments
Thiswぽ'kw出品ndedby 也.e SasakawaS
cientificR回国rch Gra皿金omTheJap組 Sci組問 S∞iety.

引用文献本庄浩司，中村俊夫 ο011) 名古屋市におけるエアロゾル粒子中 14C 濃度ー炭素成分の発生源推定ー.
名古屋大学加速器質量分析計業績報告書αXII)， 152‑
161.

池盛文数，山神真紀子，本庄浩司，中村俊夫 (2011) 名古屋市における微小粒子状物質 (PM2 .，)の 14C
名古屋大学加速器質量分析計業績報告書αXII)， 162戸 168.
池盛文数，肥後隼人，宮原裕一，中島大介，中村俊夫 (2011) 福岡、名古屋、諏訪、上高地におけるTSP 中の炭素同位体 14C. 名古屋大学加速器質量分析計業績報告書収刃V)， 183‑
186.

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