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著者 岸上 佳史, 桜山 和美, 田崎 和江, 上島 雅人, 渡 辺 弘明

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著者 岸上 佳史, 桜山 和美, 田崎 和江, 上島 雅人, 渡 辺 弘明

著者別表示 Kishigami Yoshifumi, Sakurayama Kazumi, Tazaki Kazue, Ueshima Masato, Watanabe Hiroaki

雑誌名 地球科学

巻 53

号 1

ページ 19‑28

発行年 1999‑01‑25

URL http://doi.org/10.24517/00061688

doi: 10.15080/agcjchikyukagaku.53.1_19

(2)

±也球 毒斗学53

 19

28 〔1999年)

Earth Science Chikyu Kagaku) vol

53

19

28

 1999

尾 小屋 鉱 山

お け る Cu Fe の 微生物 固定 岸 佳史

桜山和美

 

田 崎和

’ *

島 雅 人

 

渡 辺 弘明

Bacterial

 

fixation

 of 

Cu

 and  

Fe

 

in

 

Ogoya

 

Mine

 

Ishikawa

 

Prefecture .

Yoshifumi

 

Kishigami

 

Kazumi

 

Sakurayama

    Kazue

 

Tazaki

 

Masato

 

Ueshima

        and

 

Hiroaki

 

Watanabe

Abstract

 

Ogoya

 

Mine

 

in

 

lshikawa

 

Prefecture

 

Japan

 

is

 one  of the 

fissure filling

 vein type copper

deposits

 

in

 the 

Green

 

Tuff

 region

 

The

 mine  contains 

pyrite

 chalcopyrjte 

galena

 and  sphalerite

Heavy

 metal  

ions

 

dissolveed

 

from

 abandoned  metal

mine  are common  

in

 waste  water  

pool

 and

stream

 

In

 the metal  mining  area 

Fe,

 

Cu ,

 

Zn

 and  

Cd

 are releasing  

from

 

dumping

 area  to the

Kakehashi

 

River.

 

The

 

drainage

 water contains 

Fe

26 . 85

 mg

/ 1

, Cu

3 . 97

 mg

/ 1

, Zn

23 . 94

 mg

Dand

 

Cd ( 0 09

 mg

/ D ln

 this mine

 various  colored  microbial  mats

biomats

are 

grown

 around the 

No . 6p

t 

drainage

 system  

Abundant

 

brown

 

biomats

 covered  with 

green

 

biomats

 

have

 

fixed

 

heavy

metals  on  

the

 

drainage

 channel  

down

 the 

pithead.

 

These

 

biomats

 are observed  

by

 

both

 optical  and scanning  electron  microscopes

( SEM

. Minerals

 

in

 the 

biomat

 and  their chemical  compositions  were analyzed  

by

 

X

ray 

diffraction XRD )

 

X −

ray uorescence

( XRF )

and  energy  

dispersive

 

X −

ray

analyzer

( EDX

. The

 reddish  

biomats

 

fix

 

Cu

 selectivelyom  

drainage

 water

 whereas  

the

 

dark

 

green biomats

 

fix

 

Fe .

 

Microorganisms

 such  as 

bacteria

 and  algae

 capture  most  of 

heavy

 metals  as 

Fe

 and

Cu

minerals  

in

on  thecellt 

is

 clarified that copper  and  cuprite  are 

formed

 

in

 reddish  

biomats

 and that 

goethite

 and  maghemite  are 

formed

 

in

 the 

brown

 

biomats .

Key

 veords

heavy

 metal

 

Fe ,

 

Cu

 

fixation

 

biomineralization

 microbial  mats  optical  microscope

SEM EDX ,

 

TEM ,

 

XRD

 

Ogoya

 

Mine .

は じめ

 

は戦前

戦 後の 工発 展に ともな鉱 山発 も

ん だ

と こ ろ が

近 年鉱石鉱 物 資 源豊富外 国 ら の入 に依存す る よ う

た め 日本々 と閉 山ま れ た

し か し 操業 中採 掘 や 製錬過 程な ど で排出れ た廃 水 や 煙よ り汚染環境す ぐる こ と は困難

そ れ ば 閉 山後

口 をし て も 坑内透 し て き た地 下 水大 量重 金 属 イを含 ん だ強性廃と し て坑道 湧 出 周 辺 土壌

質 を汚 染 し続 け (久保田 ほ

1997

う な鉱山廃処理が ほ と ん ど鉱 山半永 久 的 な問題と な

 重 金

Cr

Mn

鉄 (

Fe

バ ル ト (

Co

銅 (

Cu

鉛 (

Zn

な どが

ら は微 量 生体 もあ

必須 微元素と さ れ る金属そ の化学的形態濃度に よ

は著 し毒性を示 す

鉱 山 廃 水濃度重 金

て お

周 囲土壌

水質汚染

生態系を変化さ せ る こ と

と な (大竹

1996

 尾 小屋 鉱山例外 な く 1972年鉱 山閉 山した も

周 辺重金 属 汚染は閉 山 以 前

本 鉱 山 月産 20Dt粗銅を生産

石川県大きな鉱 山で あ

そ のに と も な 周 辺に は重 金属ん だ

 19983月25受付

1998年11月

9

金 沢 大学部球 学科

920

1192 金沢 市角間

 Department of Earth Sciences

 Kanazawa  University

 Kakumu

 Kanazawa 92G

U92

 Japan

* *北 陸支 部

19

(3)

2D 岸 上 佳 史

桜 山和 美

島 雅 人

渡 辺 弘 明

山廃水 (坑 水 )よ る 土

鷺鷺裂 が

1969

尾小 屋 鉱 山地区か ら流下す る

下 流水 田 土 壌カ ド ミ ウ見 出され後 そ汚 染本格的問 題視されめ た

石 川 県

atr

1

坑水や ズ リ

公 害 防 止事 を計 画 し

壌汚染機構解

検 討

そ し て

1977

対 象 面 憤

170ha 対 す用 地 土染対 策始 ま

,1989

完了し た

(梯川 流域 汚染機構解 明 調 査会 1974

lIr

県環 境 部梯流 域 汚 染 防止 対 策 室

1975

しか し そ れ で根本的解 決した わ けで は な

現在で も口 から湧 出 し毎 分 約lt坑 水pH 

3, 5

強 酸性あ り

 

Fe,

 

Cu,

 

Zn

な ど重 金 属 を大 量ん で い る

た め現 在 中和理 が 続 け られ

 

強酸 性鉱山廃に は 好酸 性 細 菌 な微 生 物 が 生し て毒 性重 金 属1耐性 とが 知 られる (田崎 1994)

微 生物よ る重金 属固定 関 し 報告例

Ferris

 et a1

(1987)

よ る

Mn

IV

酸 化 鉱 床つ い 報告し て

走 磁 性 細 菌細 胞 内 磁 鉄 鉱 を 形 成 し

わ ゆ る

BCM

biologically

  controlled

mineralization代表例と し て そ の形 成 過程鉱 物 学 的 特 性

に つ 研 究例が あ る Bazylinski et al

1988

Malm

et al

1984)

こ の微 生 物利 用し た環 境 浄 化 が 実 際行 われ

岩 手 県「目松尾鉱 山で は 好酸性化学 独栄養鉄酸化細菌粘性を生 産して性 糸 状

イ オ トを形 成し て (若 尾 1995)

また 自然 界環境浄 化と し旧宝 満 山 銅鉱 山は 昔グ リ赤 褐 色イ オ 広 く形成して お 電子顕微鏡観に よ り繊維状ア ノ ク テ リアが水 酸 化 鉄球 粒 を細 胞 壁作 り

ま た珪 藻 が細胞壁 な ど水酸 化 鉄 鉱 物 を形 成て い られ

Tazaki

 et al

. 1994

  こ の よ う に

は そ の順 応

自然 界な 汚 染環境浄化

屋鉱山に お て もよ う なが予さ れ 効 果 を探微 生 物 相中 心水 質 調 査

電 子 顕 微 鏡観察

そ の 結果 コ ロ ニ

自然銅 赤 銅 鉱 針 鉄 鉱

な ど鉱 物 が 認 め られ

,Cu

よ び

Fe

固定

れ て とが明とな

それ ら生成 物に つ 報 告 す

試 料

尾 小屋鉱山

 本 鉱 山石 川 県 小松 市南東

梯川支流

郷 谷

1

上 流

位置す る

南西方角山連 峰 周 辺 はな 山間部 構成て い る  1図 )

本 鉱 山周

紀 中 新 統

か ら な る

鉱脈と し

石英脈らな て お り山活 動 生 じた 断層 や 裂 け 目熱水入 りで き た

裂 罅 充 填型 浅 熱 水 性 鉱 床

脈幅

37 ’

36

第1図

小 屋鉱山 位 置 図

ル か 1

ル に

雁 行配 列て い

採 掘され て 主要 鉱 石 鉱 物 とそ粗鉱百 分 率 は

黄鉄釦

5. Owt .

黄銅鉱 (

6 . 5wt ,

%)

方鉛 鉱 (

0, 5wt ,

%)

鉛鉱 (

1. 5wt ,

%) で あ る (

1993

地 質 調

1956

北 陸土 木 地 質 図編 纂委 員 会

1990

プ リグ地点

 

尾小屋鉱 山山後 は第 六て すて の 閉鎖したの で 坑 道 内浸 透し た地 下水重 金を含 ん

坑 水坑 内 を充 墳

そ の た め六 立 坑 坑 水 を湧 出さ せ て

現在分 約1t 坑 水湧 出し て

れ ら坑 水雨水 な層水と はじ ら な

路 を 設け て

途中石灰水入 さ沈殿 池溶 存 して い 重 金 属 イオを沈 殿さ せ た 上澄部分だ け を放 流 し

(第2図)

 

に 用 試 料採 取地 点

坑水湧出あ る第 六 立坑

POINTl ,

坑水れ て

POINT

 2

(第

2

図 )

.P

INTI

で は比較的 流 れ 少 な部 分か ら

POINT

 

2

で は イ オ 繁殖し て 場所か ら試 料

(4)

尾小山 に お け る重金 属微 生 物よ る固定

21

 

 

 

t

第2図

尾 小鉱 山系 図と サ 採 取 地 点

POINT よ び

2

採取し た (第

3

図 )

観察 ・分 析方法

 本 研 究 た観 察 分析装置以 下通 り

plI計 (場製

D −13

電極 6350)

酸 化 還 元電 位 計 (堀 場製

D13

電極

6861−

10C)

微 分 干渉 よび蛍光顕微鏡 (

Nicon

optiphoto

− 2

・X

線粉末回折 分 析 装 置 (理 学 電機製

RINTI20

 型)

XRD

蛍光

X

線分析装置 (理学電機 製 system3270 型 )XRF

走 査型 電子顕微鏡 (本電

JSM −5200LV

SEM

分 散 分

析 装 置 ( 社 製

EDAX .

 

PV9800STD

型 )

EDX

透 過型 電 子 顕微鏡 本 電 子 製

JSX

3200TEM

 

POINT1

2現場採取 イ オ ト試料

ま まイ ド塗布 光学顕微鏡お よ蛍光 顕 微 鏡観察し た

ま た

細胞

DNA

を染色す る

DAPI

4

6−

diamido−2−phenylindole

て 生息して い 微 生物存 在 を 確 認 し

細 胞

DNA

RNA

を 染色す

AO

Acridine

 

Orange

) を用 微 生 物形 態き さ を観察

 

イ オ 試料乳鉢

ト状

そ れ をス ラ イド ガ ラ厚 く塗布 乾燥さ せ た 管電圧

40kV ,

管電 流

第3図

立 坑か ら 沈殿 池1

本研究で 用 ト と坑 水の サ ン地 点 (POINT  2EI亅で 示

30mA

X

線粉末回折分析 (

XRD

)を行

  POINT2 堆積し て イ オ ト と そ こ 坑 水い て蛍 光X 線

XRF

) を行

自然 乾 燥 後

坑 水 は蒸 発乾 固 さた後 乳鉢粉末

管竃 圧 50kV

管電流

20mA

分 析 を行

 走 査 型 電 子 顕 微 鏡 (

SEM

) 試料は ま ミ のに カ

をは り

に バ イオ トを少 量の せ て自然 乾燥あ凍結乾燥 (鈴木ほ か

1995

炭 素蒸着を 施

,SEM

観察し た

れ に よ り イ オ 微 細 形 態 や構 成生 物相な どを

同 時

SEM

取 り付れ た

分 散 分 析 装 置 を 用加速 電 圧

15kV

定 性 分 析

 

SEM

で は観察不可能 ク テ リ ア の細胞 内部状態 を透 過 型 電 子 顕 微 鏡 (

TEM

> を用加 速 電 圧

200

 

kV

160kV 観察

 また

,POINT

 

2

に おて 河 緑 色の バ イ オ

ト の付 着程)を 調 る た め に ラ イ ド

OIIP

トを挟 んだ もを現 地取 り付 け

付 着状 況 を 観察し た

設置場所

深緑色 トが発 生て い 流速や か な とろ を選 びず水面か ら

OIIP

分 が出よ う 河 床 面水 平設 置 した

上 流ら土砂流 入 を防 ぐた め

枠を載せ て

る プ

で 壁 を

直 接 的 と の した

実験

97

年 11月

10

〜’ 97

12

10

目 まで の 1月 間行

 また坑水中分析種類方法

.ICP

光 分 光 分析装置 (

ICP . AES

SPS

 

7SeO

分 析

電 子 業  

分 散型 蛍

X

線 分 析

EDXRF

JSX −3200

る分 析日本 電子   依 頼 した

21

(5)

22

佳 史

桜 山 和

崎 和

・−h

島 雅

渡 辺 弘 明

結 果

 1997

7

9

日 に た現 地で の水 質調 査結果

1

POINT

 1坑 水

ICP

 

AES

 EDXRF 分 析 結 果 を第2表

3

POINT2

坑 水

XRF

分 析 結 果 第 4 表

POINT

 

1

お け るイ オマ ッ付着状況

 

POINT

 

1

口 の構造較的流れ の ろ に

局 所的 特異的イ オ め ら れ た

イ オ トは葉 脈部 分れ [ な ど にく認 め られ る

ま た

深 緑色の バイ オマ ッ トが全体 的存 在て い

これ は

浮遊物 場 所

表 面

[[壁 面な ど に遍 的見 られ

X

粉 末 回折分析 (

XRD

)結果 (

POINT

 

ン ク イ オ

XRD

分析

自然 銅

2. 09A ,1. 81A

石 英 (

3. 34A ,

4

26A )

赤 銅 鉱

2. 46A

2. 12A

の ピ

が 認られ た (

4

図 )

ま た深 緑 トを分し た と こ ろ 石膏の ピ

7, 61A

) や 弱石 英 (

3. 34A

の ピ

が 認ら れ た

な お

2. 5A

1

小屋鉱 山 (

POINT

 1よび2)に おけ る水 質 調査 (WT 水 温

1997

7

19

PQINTpHEh mV )EC μ ScmDOmg

DWT

) 13

5370 O

86 1

4 15 23

9370 1

04 7

6 18

第2表

尾 小 屋 鉱 山 (POINT  1に おけ る ICP

AES

よ る重 金 属析結

Fe Pb Cu Zn Cd

36 0 4 10 50 tr.

mg

1

第3表

鉱 山 (POINT  lけ る坑 水EDXRF

化 学 分析果 (tr

 N

D

検 出ず )

NaM AlSiSClKGa

114tr tr. 518N D . 227 MnFeNiCuZnBrPb

412N D 635N D . N . D ,

                            蕘 豆

乙:

1

  30D

l

 

       CuK

α

2θ

r

  第4

PINT 1か ら採 取 したク色 トのX

粉末

イ ト

針 鉄 鉱

ピ ドク

鉄 鉱物対 応 す

が 認られた

光学顕微鏡観察結 果 (

pOINT

 

1

 光学 顕 微 鏡 観察よ る と ピお よび深イ オ に は 藍 藻

な ど藻 類 ク テア が

を形成 し る の が られ る

の バイ オ

i・

に は藻 類数 は少 な く

ク テコ ロ ニ

顕 著

見 られ た

ま た

ア のコ ロ

黒 色不 透 明

が多く存し てめ ら れ る

5

A

矢 印)

顕微鏡

透 過光 源を さ ら にし て観察 繊維

藻類 コ ロ

も銅赤 色物 質 (

1

μm 程度)存在

(第

5

B

矢 印)

.一

深緑色部分に は褐 色物 質

存 在す る

.DAP

染色に よ る紫外線 ド観 察で は イ オ

ト中られ た藻 類は クロ ロフ ィ ル を持 と がめ ら れ た

走 査顕微鏡 観 察 (

SEM

お よ

分 散 分

EDX

)結 果 (

POINT

 1)

 

イ オ

SEM

観 察よ る とく の針状 物質 (第

6

A

矢 印 ) と多面体結 晶 (第

6

A , C

ら れ EDX 分析 よ る と

Cu

ク を 示 す 6

B

れ ら

XRD

分析自然銅赤銅鉱対 応 す る考 え

られ る

多面体結 品表 面は多 く空 隙め ら れ た

こ の

Cu

物 質周 辺 糸状 菌桿 菌存 在て い

(第

6

C

こ の糸状菌表 面EDX り分 析 する と 

S

を 主 成 分 と し

,Fe

 

Cu

 

Si

 

P

 

Cl

な ど元 素存 在す

(第

6

D

糸状 菌も珪藻 や緑藻確認さ れ た

.   ・

深 緑 色 イ オ

SEM

観察に よ り 緑 藻

藍 藻

珪藻多数 認 られ た

第4表

. POINT2

採取した坑 水茶色 イ オ i

XRF 分 析 結 果

SCaFe  ECu     Zn 蒸 発 乾 固 さ せ た 抗 水  

’30.

26424

763   35

8

茶 色イ オ マ     4

11

O140

814

  0

3

   

透過子 顕微鏡観 察 (

TEM

)結果 (

POINT

 

1

     ピ ン イ オ トを

TEM

よ りす る

   

1

1

5μ 11

3

μm 繊 維 状 ク テリ ア     が 見 られ た (第

7

A

表 面に はき さ 10

150

cps

   

mn 顆 粒状物質が 多 く付 着 7図

B

ま た

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