まとめ

ブ ナ の 葉 内 か ら 検 出 さ れ 定 量 さ れ た 元 素 は 31 元 素 で ，主 要 元 素 は い ず れ の 地 点 と も Na，Mg，Si，P，S，Cl，K，Ca，Mn，Fe の 10 元 素 で あ っ た 。 主 要 10 元 素 に Ni，Cu，Zn，Rb，Sr の 5 元 素 を 加 え た 15元 素 に つ い て 葉 の 成 長 と 元 素 と の 関 係 を み る と ， 葉 の 成 長 に 伴 う 元 素 存 在 量 （g/g dry weight） の 変 化 パ タ ー ン と 各 元 素 の 相 関 関 係 か ら 3グ ル ー プ に 元 素 は 分 類 さ れ た 。 グ ル ー プ Ⅰ の Na，

Si，Cl は 葉 の 成 長 に 伴 っ て 増 加 し ，Naと Clは 海 塩 粒 子 に よ る 影 響 が 考 え ら れ ， Si は 葉 の 成 長 に 伴 っ て 葉 脈 の 肋 の 部 分 に 蓄 積 さ れ る こ と が 推 察 さ れ た 。 グ ル ー プ Ⅲ の Mg，P，S，K，Ni，Cu，Zn，Rb は ， 葉 の 重 量 （ 乾 燥 重 量 ） と 大 き さ の 変 化 に 対 応 し て 開 葉 か ら 5 週 目 ま で 濃 度 が 急 激 に 減 少 し ， そ の 後 は 緩 や か な 減 少 又 は 横 ば い に 推 移 し て い る こ と か ら ，開 葉 前 つ ま り 蕾 の 時 に す で に 準 備 さ れ ， 開 葉 後 は ほ と ん ど 葉 内 に 吸 収 さ れ な い も の と 考 え ら れ た 。 グ ル ー プ Ⅱ は ， 元 素 濃 度 と し て ほ と ん ど 変 化 し て い な い こ と か ら ， 葉 の 成 長 に 合 わ せ て 常 に 一 定 の 量 を 必 要 と す る 元 素 と 考 え ら れ た 。

Micro-P IXEの 測 定 に よ り ， ブ ナ の 葉 の 細 脈 の 大 脈 に Caの 蓄 積 が ，Alと Si は 肋 の 部 分 に 蓄 積 し て い る こ と が 明 ら か と な っ た 。 こ の よ う な ， 葉 の 成 長 に 伴 う 葉 内 元 素 組 成 の 変 化 と 葉 内 元 素 の 分 布 に 関 し て の 情 報 は ， 植 物 生 態 系 に 及 ぼ す 大 気 環 境 の 影 響 を 検 討 す る ベ ー ス デ ー タ と な る ば か り か ， 植 物 の 元 素 吸 収 ・ 代 謝 機 構 を 検 討 す る う え で の 糸 口 に な る と 考 え ら れ た 。

本 研 究 は ，環 境 省 が 平 成 10 年 度 ～14年 度 の 行 っ た「 白 神 山 地 世 界 遺 産 地 域 の 森 林 生 態 系 保 全 の た め の モ ニ タ リ ン グ 手 法 の 確 立 と 外 縁 部 の 森 林 利 用 と の 調 和 を 図 る た め の 森 林 管 理 法 に 関 す る 研 究 」 の 支 援 を 受 け た 。

参 考 文 献

1) S.B. McLaughin: Effects of air pollution on Forests: A critical review, J. Air Pollut. Control Assoc ., 35, 512-534, 1985.

2) 野 内 勇 ： 酸 性 雨 の 農 作 物 お よ び 森 林 木 へ の 影 響 ，25，295-312，1990.

3) 高 田 実 弥 ，高 松 武 次 郎 ，佐 竹 研 一 ，佐 瀬 裕 之 編 著：陸 上 植 物 の 元 素 濃 度 ― 中 性 子 放 射 化 分 析 デ ー タ 集（I）― ，環 境 庁 国 立 環 境 研 究 所 資 料 F-58-‘93/NIES，

81 環 境 庁 国 立 環 境 研 究 所 ，1994.

4) 河 野 吉 久 ，梨 本 真 ，小 林 卓 也：都 市 周 辺 域 に お け る ス ギ 衰 退 樹 の 葉 中 元 素 含 有 量 ， 大 気 環 境 学 会 誌 ，30，208-214，1995.

5) S. Futatsugawa, S. Hatakeyama, S. Saitou and K. Sera: Present status of NMCC and sample preparation method for bio-samples, Int. J. PIXE, 3, 319-328, 1993.

6) K. Sera, T. Yanagisawa, H. Tsunoda, S. Hutatukawa, Y. Saitoh, S. Suzuki, H.

Orihara,: Bio-P IXE at the Takizawa facility (Bio -P IXE with a baby cyclotron), In t.

J. PIXE, 2, 325-330, 1992.

7) H. Imaseki and M. Yukawa: Introduction of PIXE analysis system in NIRS, Int. J.

PIXE, 10, 77 -90, 2000.

8) G.W. Grime and M. Dawson,: A PC -based data -acquisition package for nuclear microbeam systems, Nucl. Instr. and Meth. B , 89, 223-228, 1994.

9) G.W. Grime and M. Dawson: Recent developments in data -acquisition and processing on the Oxford scanning proton microprobe, Nucl. Instr. and Meth ,, B, 104, 107-113, 1995.

10) M.W. Mcelroy, R.C. Carr, D.S. Ensor and G.R. Markowski: Size distribution of fine particles from coal co mbustion, Science, 215, 13-18, 1982.

11) N.L. Rose: Inorganic fly-ash spheres as pollution tracers, Environmental Pollution, 91, 245-252, 1996.

12) M. Kumai and C.C. Langway, Jr. : Elemental composition, morphology and concentration of particles in firn and ice cores from DYE-3, Greenland, Bulletin of Glacier Research, 8, 1 -18, 1990.

13) O. Nagafuchi, R. Suda, H. Mukai, M. Koga and Y. Kodama : Analysis of long-range transported acid aerosol in rime found at Kyushu mountainous regions, Japan, Water, Air and So il Pollution, 85, 2351 -2356, 1995.

14) K. Saitoh, Y. Iwata and K. Hirano: Characterization of insoluble components in fresh surface snow on mountains in Japan, Int. J. PIXE, 8, 147-153, 1998.

82 第 六 章 総 括

本 研 究 で は ， 山 岳 地 域 を フ ィ ー ル ド に ， ① 大 気 中 浮 遊 粒 子 の 元 素 成 分 の 特 徴 と そ の 経 時 変 化 ， ② ラ イ ム ， 新 雪 中 に 含 ま れ て い る 不 溶 解 性 成 分 （ 粒 子 ） 及 び 溶 解 性 成 分 の 化 学 的 成 分 と 粒 子 の 形 態 ， 粒 子 特 徴 ， ③ 粒 径 サ イ ズ 別 大 気 中 浮 遊 粒 子 の 化 学 ・ 物 理 的 特 徴 ， ④ 植 物 の 葉 の 成 長 に 伴 う 葉 内 元 素 組 成 の 変 化 ， 葉 の 付 着 粒 子 の 特 徴 な ど を 把 握 し ， 都 市 地 域 に お け る 大 気 中 浮 遊 粒 子 を 評 価 す る た め の ベ ー ス 情 報 を 得 る こ と と ， 大 陸 か ら 日 本 に 長 距 離 輸 送 さ れ て く る 大 気 汚 染 物 質 を 評 価 す る こ と を 目 的 と し た 。

主 な 研 究 結 果 で あ る 第 二 章 か ら 第 五 章 ま で の 概 要 を 以 下 に 示 す 。

第 二 章 で は ， 森 吉 山 の 山 麓 に お い て ， 非 積 雪 期 と 積 雪 期 に 1 時 間 間 隔 で 大 気 中 浮 遊 粒 子 を 捕 集 し ， 粒 子 線 励 起 X 線 （Particle Induced X -ray Emission: PIXE） 法 に よ る 多 元 素 同 時 分 析 と X 線 分 析 装 置 付 き 走 査 型 電 子 顕 微 鏡（SEM-EDX）に よ る 形 態 観 察 を 行 い ， 大 気 中 浮 遊 粒 子 の 元 素 成 分 の 日 内 変 動 と そ の 特 徴 及 び 形 態 的 特 徴 に つ い て 述 べ た 。

PIXE に よ り 大 気 中 浮 遊 粒 子 の 元 素 分 析 を 行 っ た 結 果 ， 非 積 雪 期 と 積 雪 期 の 計 96 試 料 か ら は Na，Mg，Al，Si，P，S，Cl，K，Ca，Ti，V，Cr，Mn，Fe，Co，

Ni，Cu，Zn，Ga，As，Se，Br，Rb，Sr，Zr，Nb，Mo 及 び Pb の 28 元 素 が 定 量 さ れ た 。 主 要 元 素 は ， 非 積 雪 期 ， 積 雪 期 と も Na，Mg，Al，Si，S，K，Ca 及 び Feの 8 元 素 で あ っ た 。

非 積 雪 期 と 積 雪 期 と で 濃 度 に 違 い の あ る 元 素 は ，Na，Mg，Al，Si， Cl，Ca，

Ti，Fe，Se，Rb，Sr お よ び Pb で あ っ た 。 特 に ，Cl は 非 積 雪 期 で は ほ と ん ど 検 出 さ れ て い な い の に ， 積 雪 期 で は 1,560 ng/m³（ 平 均 値 ） と 高 い 値 を 示 し た 。Cl ほ ど で は な い が ，Na，Mg及 び Si の 値 も 非 積 雪 期 に 比 べ て 積 雪 期 の 方 が ，Naは 約 30 倍 ， そ の 他 は 2～4 倍 と 高 い 。Si 以 外 は ， 海 塩 粒 子 の 主 成 分 で あ る こ と か ら ， 日 本 海 を 渡 っ て く る 冬 期 の 季 節 風 の 影 響 が 伺 え る 。 積 雪 期 の Si は ， 地 面 が 雪 に 覆 わ れ て い る こ と か ら 土 壌 の 舞 い 上 が り は 考 え に く い 。 し た が っ て ， 冬 期 の 季 節 風 と も に 大 陸 か ら 日 本 に 長 距 離 輸 送 さ れ て 飛 来 し て い る 可 能 性 も 考 え ら れ た 。

主 要 元 素 濃 度 の 経 時 変 化 に つ い て は ，非 積 雪 期 で は ，Naと Clを 除 い て ，元 素 の 濃 度 合 計 値 と 主 要 元 素 濃 度 と は ほ ぼ 同 じ 経 時 変 化 の パ タ ー ン を 示 し た 。 積 雪

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期 で は ，12 月 11 日 11 時 ～12月 12日 21時 ま で は 元 素 の 濃 度 合 計 値 と Mg，Al，

Si，K，Ca，Fe及 び Znの 濃 度 と 経 時 変 化 の パ タ ー ン は 比 較 的 良 く 一 致 し て い る 。 12月 12 日 22 時 以 降 は ， 元 素 の 濃 度 合 計 値 と Naと Cl の 濃 度 パ タ ー ン は 類 似 し て い る 。 こ の よ う に ，12 月 12 日 21 時 を 境 に し て ， 元 素 の 濃 度 合 計 値 の 経 時 変 化 の パ タ ー ン と 類 似 す る 濃 度 パ タ ー ン の 元 素 が 異 な っ て い る の は ， 大 き く 天 候 が 変 化 し た 可 能 性 が 考 え ら れ た 。

大 気 中 浮 遊 粒 子 の 形 態 観 察 と 元 素 組 成 を 分 析 し た 結 果 で は ， 非 積 雪 期 は 元 素 状 炭 素 粒 子 の 凝 集 ，Al-Si主 体 の キ ュ ー ブ ッ ク 状 粒 子 の 他 ， 植 物 の 胞 子 ・ 花 粉 が 確 認 さ れ た 。 積 雪 期 で は ， 元 素 状 炭 素 粒 子 の 凝 集 ，Al-Si主 体 の キ ュ ー ブ ッ ク 状 粒 子 に 加 え て ，Si 主 体 の 小 球 体 粒 子 が 確 認 さ れ た 。 元 素 状 炭 素 粒 子 の 凝 集 は 形 態 か ら デ ィ ー ゼ ル 排 気 粒 子（DEP），Al-Si 主 体 の キ ュ ー ブ ッ ク 状 粒 子 は 土 壌 由 来 粒 子 の 可 能 性 が 高 い と 推 察 さ れ た 。Si 主 体 の 小 球 体 粒 子 は ，高 温 燃 焼 に よ る Fry ash小 球 体 と 推 定 さ れ た 。

第 三 章 で は ， 大 陸 か ら 日 本 に 長 距 離 輸 送 さ れ て く る 大 気 汚 染 物 質 の 捉 え る こ と を 目 的 に ， 冬 季 の 森 吉 山 で み ら れ る ア イ ス モ ン ス タ ー （ 過 冷 却 水 滴 と 降 雪 が ア オ モ リ ド ド マ ツ に 付 着 し て 成 長 し た も の ） の 風 上 側 表 面 に 過 冷 却 水 滴 の 急 速 な 凍 結 に よ り 形 成 さ れ る エ ビ の し っ ぽ 状 の 着 氷 群 （ ラ イ ム ） に 着 目 し ， ラ イ ム と 新 雪 の 中 に 含 ま れ て い る 不 溶 解 性 の 元 素 成 分 は PIXE 法 に よ る 多 元 素 同 時 分 析 及 び 溶 解 性 の イ オ ン 成 分 は イ オ ン ク ロ マ ト グ ラ フ ィ ー 法 に よ る 分 析 と 不 溶 解 性 成 分 の X 線 分 析 装 置 付 き 走 査 型 電 子 顕 微 鏡（SEM-EDX）に よ る 形 態 観 察 を 行 い ， 森 吉 山 で 採 取 し た ラ イ ム 及 び 新 雪 の 化 学 ・ 物 理 的 な 特 徴 と ， 大 陸 か ら 日 本 に 長 距 離 輸 送 さ れ て く る 大 気 中 浮 遊 粒 子 に つ い て 述 べ た 。

ラ イ ム と 新 雪 か ら 24 元 素 が 定 量 さ れ ， 主 要 な 元 素 は Na，Mg，Al，Si，K， Ca，Tiお よ び Fe で あ っ た 。ラ イ ム と 新 雪 の 元 素 濃 度 を 比 較 す る と ，ラ イ ム の 方 が 新 雪 よ り も 数 倍 ～ 数 十 倍 高 か っ た 。 イ オ ン 種 に 関 し て も ， ラ イ ム の 方 が 新 雪 よ り も 数 倍 高 か っ た 。SEM-EDX 分 析 で は ， ラ イ ム か ら Si 主 体 の 小 球 体 が 数 多 く 観 察 さ れ た 。 新 雪 か ら も 数 は 少 な い も の の Si主 体 の 小 球 体 が 観 察 さ れ た 。 ラ イ ム は ， 大 陸 か ら 長 距 離 輸 送 さ れ て く る 汚 染 物 質 の 影 響 を 大 き く 受 け て い る と 考 え ら れ ， 北 西 ア ジ ア で の 長 距 離 輸 送 さ れ て く る 汚 染 物 質 の 評 価 を す る 上 で ， ラ イ ム 中 の 化 学 成 分 は 重 要 な 因 子 と 考 え ら れ た 。

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第 四 章 で は ， 大 陸 か ら 長 距 離 移 送 さ れ て く る 汚 染 物 質 と 海 陸 風 に 伴 う 汚 染 物 質 の 特 徴 を 検 討 す る た め ，森 吉 山 で 冬 季 と 夏 季 に 3段 イ ン パ ク タ ー（PM1 0，PM2 . 5，

PM1 . 0）に よ り 大 気 中 浮 遊 粒 子 を 分 級 捕 集 し ，PIXE 法 に よ る 多 元 素 同 時 分 析 及 び

イ オ ン 成 分 は イ オ ン ク ロ マ ト グ ラ フ ィ ー 法 に よ る 分 析 と 粒 子 の SEM-EDX に よ る 形 態 観 察 を 行 い ， 森 吉 山 で 粒 径 別 に 捕 集 し た 大 気 中 浮 遊 粒 子 の 化 学 ・ 物 理 的 な 特 徴 と ， 大 陸 か ら 日 本 に 長 距 離 輸 送 さ れ て く る 大 気 中 浮 遊 粒 子 に つ い て 述 べ た 。

冬 季 及 び 夏 季 の 期 間 に 捕 集 し た 粒 径 サ イ ズ 別 大 気 中 浮 遊 粒 子 か ら は ，Na，Mg，

Al，Si，S，Cl，K，Ca，Ti，V，Cr，Mn，Fe，Ni，Cu，Zn，Ga，As，Se，Br， Rb，Sr及 び Pbの 23元 素 が 定 量 さ れ た が ，＜PM1 . 0を 除 く 他 の 粒 径 サ イ ズ の 粒 子 す べ て か ら は Na，Mg，Al，Si，S，Cl，K，Ca，Ti，Cr，Mn，Fe，Zn，Br 及 び Pbの 15元 素 が 定 量 さ れ た 。＜PM1 . 0か ら 定 量 さ れ た 元 素 は ，Si，S，K，Ca，Fe，

Ni，Cu，Zn，Ga，Br 及 び Pb の 11 元 素 で あ っ た 。 主 要 元 素 は ， ＜PM1 . 0を 除 く 他 の 粒 径 サ イ ズ の 粒 子 で は Na，Mg，Al，Si，S，Cl，K，Ca 及 び Fe， ＜PM1 . 0

は Si，S，K，Ca及 び Feで あ っ た 。

主 要 元 素 を み る と ， 冬 季 で は PM1 0－PM2 . 5の Na，Al 及 び Cl 濃 度 は 他 の 粒 径 サ イ ズ よ り も 数 倍 高 く ， ＜PM1 . 0 か ら は 検 出 さ れ な か っ た 。 ＜PM1 . 0 で は S の 濃 度 が 他 の 粒 径 サ イ ズ よ り も 数 倍 高 か っ た 。Mg，Si，Ca お よ び Fe 濃 度 は ，PM1 0

－PM2 . 5と PM2 . 5－PM_{1 . 0}の 粒 径 サ イ ズ で 高 か っ た 。一 方 ，夏 季 で は ，PM1 0－PM2 . 5

で の Na，Cl，Si 及 び Fe の 濃 度 は 他 の 粒 径 サ イ ズ に 比 べ て 数 倍 高 い 値 を 示 し た 。S は<PM1 . 0と PM2 . 5－PM1 . 0，Al は PM2 . 5－PM1 . 0と PM1 0－PM2 . 5，Ca と Mn

は PM1 0－PM_{2 . 5}，K は PM2 . 5－PM1 . 0 の 濃 度 が 高 い 。 冬 季 と 夏 季 の 主 要 元 素 濃

度 を 比 較 す る と ， 夏 季 の 方 が 冬 季 よ り 少 し 高 め で あ る 。

冬 季 及 び 夏 季 の 期 間 に 捕 集 し た 粒 径 サ イ ズ 別 大 気 中 浮 遊 粒 子 か ら 定 量 さ れ て イ オ ン 成 分 は ，F^–，Cl^–，NO2–，NO3–，SO4

2 –，Na⁺，NH4

+，K⁺，Mg^{2 +}及 び Ca^{2 +}

で あ っ た 。主 要 イ オ ン 成 分 は ，冬 季 で は Cl^–，NO₃^–，SO₄^{2 –}，Na⁺，NH₄⁺，夏 季 で は こ れ ら に NO2–が 加 わ っ た 。 主 要 イ オ ン 成 分 は ， 冬 季 で は ，PM1 0－PM2 . 5 の 粒 径 サ イ ズ は 海 塩 粒 子 と 硝 酸 塩 粒 子 ，PM_{2 . 5}－PM1 . 0と ＜PM1 . 0の 粒 子 サ イ ズ は 硫 酸 塩 粒 子 と 硝 酸 塩 粒 子 の 影 響 を 受 け て い る と 考 え ら れ る 。 夏 季 で も ， 冬 季 と 同 じ く 海 塩 粒 子 の 影 響 が PM1 0－PM2 . 5の 粒 径 サ イ ズ で み ら れ ，＜PM1 . 0の 粒 子