海底堆積物 を用 いた有 明海100年 変遷 史の環境評価

地学雑誌

Journal of Geography 114(1) 1-20 2005

海底堆積物 を用 いた有 明海100年 変遷 史の環境評価

横 瀬 久 芳*百 島 則 幸**松 岡 數 充***

長 谷 義 隆*本 座 栄 一*

Environmental Assessments of Ariake Bay during the Past 100 Years Based on Marine Sediments

Hisayoshi YOKOSE *, Noriyuki MOMOSHIMA * *, Kazumi MATSUOKA * * *, Yoshitaka HASE * and Eiichi HONZA *

Abstract

Submarine sediments in Ariake Bay, Kyushu Japan, were examined to assess geoenviron- mental changes in the area. 6 core samples from representative stations (Stas. 1-6) were ana- lyzed for 16 minor elements (S, Cl, Ba, Rb, Th, Nb, Zr, Y, Ga, V, Zn, Cu, Ni, Co, Cr, and Pb) using XRF. Based on measurements of 210Pb radioactivity, sedimentation rates at 2 stations, one off the Chikugo River (Sta. 2) and the other at the mouth of Isahaya Bay (Sta. 4), were calculated, respectively, at 0.24 cm/year and a maximum of 0.15 cm/year.

The concentrations of heavy metals, such as Cr, Ni, Zn, and Pb, in the marine sediments are about one-third of those of the highly polluted marine sediments recorded in Tokyo Bay around 1970. The vertical profile of a minor element can be divided into an upper section and a lower section. The upper section indicates various gradual changes, but the lower section is almost constant. The boundaries between the sections roughly correspond to the beginning of the 20th century, based on the sedimentation rate.

Zn and Pb in the submarine sediments can be useful indicators to trace suspended mud derived from the Chikugo River. The complementary relationship of the vertical profiles in the spatial distribution suggests that the continuous migration of the sedimentary province may be governed by the geometrical arrangement of the estuaries of major rivers and by the tidal circu- lation pattern in Ariake Bay. Probably, large dams built on the major rivers have hampered the sedimentation process dominated by traction flow and have decreased the maximum drainage speed. As a result, such processes have promoted the expansion of the muddy area in Ariake Bay.

Planktonic dinoflagellata (Sta. 2) and diatom (Sta. 4) fossils were also analyzed. Assuming such sedimentation rates at the stations, marine phytoplanktons (Brigantedinium spp., Rhizo- sorenia spp. and Skeletonema costatum) , which indicate eutrophication of the sea water, have increased in relative abundance during the past 10 years.

* 熊本大学理学部地球科学教室

*  * 熊本大学理学部環境理学科

*  *  * 長崎大学水産学部沿岸環境学研究室

* Department of Earth Sciences, Faculty of Science, Kumamoto University

*  * Department of Environmental Science, Faculty of Science, Kumamoto University

*  *  *

Laboratory of Coastal Environmental Sciences, Faculty of Fisheries, Nagasaki University

Key words : Ariake Bay, environmental assessment, trace elements, 210Pb dating, submarine sediments

キ ー ワ ー ド:有 明 海,環 境 評 価,微 量 元 素,210Pb年 代,海 底 堆 積 物

I. は じ め に

有 明 海 は,日 本 有 数 の 規 模 を 誇 る 内湾 で あ り, 豊 か な 水 産 資 源 を 有 して い る(図1)。 近 年,海 苔 や ア サ リ とい っ た 海 洋 資 源 の 不 漁 が 報 じ られ, 有 明 海 の 環 境 悪化 が 懸 念 され る よ う にな っ た 。 お りし も,諌 早 湾 潮 受 け 堤 防 の 完 成 と水 産 資 源 の 不 漁 が 合 い ま った た め,潮 受 け堤 防 と環境 悪化 の 因 果 関係 が 論 争 の 的 とな って い る(例 え ば,山 口 ほ か,2002;藤 井 ・山 本,2003;中 田,2003;木 元 ほ か,2003;宇 野 木,2003a)。 今 日,"社 会 整 備 関 連 事 業 が どの よ う な悪 影 響 を有 明 海 の 環 境 に お よ ぼ す か"と い っ た視 点 で 各 省 庁 お よ び大 学 で 研 究 が 進 め られ て お り,そ の 概 略 は イ ン ター ネ ッ トを と お して 一 部 公 開 され て い る 。 公 表 さ れ て い る研 究 の 概 略 や 論 文 で は,主 に10年 前 後 の 環 境 変 動 に 焦 点 が あ て られ て い る(例 え ば,風 呂 田 ほ か,1999;日 本 海 洋 学 会 環 境 問 題 委 員 会,2001,

2002)。

内湾 環 境 を左 右 す る要 因 に は,全 世 界 的 に起 こ る気 候 変 動 が あ るが,短 期 的 に は干 拓 工 事 や 河 川 改 修 工 事 な ど構 造 物 に よ る も の,人 間活 動 に伴 う 環 境 悪 化 因子 の 増 大 が挙 げ ら れ る 。 多 くの 場 合,

こ れ らの要 因が 複 雑 に絡 み合 っ て環 境 悪 化 に い た る と考 え られ て い る(日 本 海 洋 学 会 海 洋 環 境 問題 委 員 会,1993,  1996,  1999, 2001, 2002)。

有 明 海 と巨大 社 会 整 備 事 業 の 関 わ りあ い の歴 史 は 古 く,7世 紀 ま で さ か の ぼ る こ とが で き る。 有 明 海 の 干 潟 は,7世 紀 〜 昭和50年 代 ま で の 問 に 約2万7千 ヘ ク タ ー ル 干 拓 さ れ て お り,平 成4 (1992)年 にお け る残 存 面積 は,2万1千 ヘ ク タ ー ル と見積 も られ て い る(中 ・長期 開 門調 査 検 討 会 議 専 門 委 員 会,2003)。

砕 屑 物 の 供 給 源 で あ る筑 後 川,白 川 や 緑 川 は, 有 明 海 の 堆 積 物 収 支 を考 え る 上 で 重 要 で あ る(図 1)。 こ れ ら の 主 要 河 川 で は,治 水 ・利 水 を 目 的

図1  有 明 海 お よ び 主 要 河 川 の 位 置.

Fig. 1 Index map of Ariake Bay and major rivers.

と した 大 規 模 堰 の構築 事 業 が16世 紀 後 半 か ら現 在 ま で 施 さ れ て きた(熊 本 工 事 事 務 所,1991;筑 後 川 工 事 事 務 所,2001)。 有 明 海 に 対 す る社 会 整 備 事 業 の 影 響 を正 確 に評 価 す る た め に は10年 間 程 度 の 変 動 記 録 で は不 十 分 で,よ り長 期 間 にわ た る記 録 に基 づ い て,環 境 変 動 の 開 始 時 期 や 期 間 を 特 定 す る必 要 が あ る。 長 期 的 な変 動 解析 は,主 た る環 境 悪 化 因子 の客 観 的 診 断 にお い て 極 め て 重 要 な制 約 条 件 とな る。

有 明 海 の 環 境 変 遷 と人 間活 動 との 関係 を よ り 長 期 的 に解 読 す る 目 的 に お い て,底 質 は 重 要 な 記 録 媒 体 と な る。 本 研 究 で は,有 明 海 よ り採 取 した6本 の 柱 状 試 料 に つ い て,全 岩 微 量 元 素 瀾 定 を行 い検 討 した 。 また,代 表 的 な試 料 に つ い て は,210Pb年 代 測 定,珪 藻 お よ び 渦 鞭 毛 藻 分 析 も合 わせ て 行 っ た。 これ らの 分 析 結 果 に 基 づ い て,有 明 海 堆 積 区 の 変 遷 過 程,重 金 属 汚 染 の 状 況 お よ び 水 塊 の 富 栄 養 化 に つ い て 言 及 す る。

II. 地 質 概 説

有 明 海 の水 深 は,湾 奥 部 か ら南 に か け て徐 々 に 深 くな り,島 原 半 島 北 端 で30m,島 原 市 周 辺 の 中 央 域 で40‑45m,島 原 市 南 方 で 最 大 深 度60m

に達 す る。 さ らに 島 原 半 島 南 東 部 の湯 島 瀬 戸 で は,最 大 水 深150mの 海 釜 が 見 られ る。 さ らに 西 方 の橘 湾 の湾 口 部 にか け て は,再 び45mと 浅 くな る。 また,橘 湾 の 出入 り口 に 当 た る早 崎 瀬 戸 で は,水 深 約130mに 達 す る 複 雑 な 海 釜 が 存 在 す る(図2)。 こ れ ら複 雑 な 海 底 地 形 は,干 満 差 が6mに 達 す る有 明 海 の 海 流 パ タ ー ン を さ らに 複 雑 化 す る。

有 明 海 の 底 質 に 関 し て は,木 下 ほ か(1980) に よっ て 詳 し く調 査 さ れ て い る。 そ れ に よ る と, 湾 奥 部 お よ び 中 央 部 東 岸 に細 粒 堆 積 物 が 分 布 し, そ の他 の地 域 で は粗 粒 堆 積 物 が 主 体 とな る。細 粒 堆 積 物 の 中で 粘 土 質 の 堆 積 物 は,湾 奥 部 と長 洲 沖 合 の一 部 に 限定 され る。 島 原 半 島東 岸 の 北 部 か ら 南 部 に か け て,堆 積 物 は 中粒 砂 か ら粗 粒 砂 へ あ る い は礫 へ と粗 粒 化 が 認 め られ る。 熊 本 市 西 方 の 緑 川 お よび 白川 の沖 合 に は,シ ル ト質 堆 積 物 が 広 範 囲 に分 布 す る。 こ の堆 積 物 の 分 布 パ ター ン は,各

河 川 か ら の 供 給 と海 流 に 伴 っ た 侵 食 お よ び 運 搬 過 程 を 大 ま か に 反 映 し て い る の で あ ろ う 。

III. サ ン プ リ ン グ サ イ トお よ び コ ア 記 載

有 明 海 の 底 質 図(木 下 ほ か,1980)に 基 づ い て, 湾 奥 部 の 泥 質 堆 積 物 の 分 布 域 を 中 心 に6地 点 を

選 定 し た(表1)。 堆 積 物 は,2002年10月(Stas.

1,2,3)お よ び2003年5月(Stas.4,5,6)

に 船 上 よ り重 力 式 柱 状 試 料 採 泥 器 を 使 用 し て 採 取 し た 。

Sta.1  (大 牟 田 沖):  表 層 か ら39cmま で が 貝 殻 片 の 混 じ っ た 砂 質 シ ル トで あ る 。 そ の 下 位 に 相 当 す る 深 さ39cmか ら128cmま で は,細 粒 砂 混 じ り の 泥 質 堆 積 物 で あ り,粘 土 を 主 体 と し て い

図2  試 料 採 取 地 点 。

Fig. 2 Sampling stations for six sediment cores.

る。 この 部 分 で は,生 痕 と見 られ る不 規 則 な 形状 を示 す パ ッチ 状 の 充 填 物(主 に砂 質 シル トか らな る)が 数 多 く認 め られ る。108cmの 所 で,貝 殻 片(＜ φ5mm)が 密 集 す る薄 層(＜1cm)を 狭 在 す る(図3)。

Sta.2  (早 津 江 川 河 口沖):  コ ア全 体 を と お し て青 灰 色 塊 状 の 泥 質 堆 積 物 で あ り,黒 色 の 薄 い バ ン ドが 多 数 認 め られ る。 海 底 面 に近 い 上 部 試 料 に は,少 量 の 貝 殻 片(1cm‑5mm)が 認 め られ る。

柱 状 コア の 中で,40cm,50cmお よ び80cmの 周 辺 に は 白色 あ る い は黒 色 の シ ル ト質 薄 層 が 認 め

られ る。25cmか ら30cmに か け て,シ ル トと 極 細 砂 の混 合 層 が 存 在 す る(図3)。

Sta.3  (竹 崎 北 東 沖): 青 灰 色 塊 状 の 泥 質 堆 積 物 を主 体 と し,し ば しば,細 粒 貝 殻 片 か らな る レ

ンズ状 あ る い は パ ッチ状 の部 分 が 認 め られ る。 ま た,シ ル トか らな る 薄層 や ピ ー ト片 も観 察 され る

(図3)。

Sta.4  (竹崎 南 東 沖): 全 体 が 青 灰 色 塊 状 の 泥 質 堆 積 物 で あ る。 顕 著 な 堆 積 構 造 は認 め られ な い。 ご く少量,色 調 の異 な るパ ッチ 状 の部 分 が 存 在 す る(図3)。

Sta.5  (諫早 湾 湾 口 部 南): 全 体 が 黄 褐 色 の 塊 状 泥 質堆 積 物 で あ り,貝 殻 片 が 少 量 存 在 す る。 貝 殻 片 に は,1mmに 満 た な い細 粒 破 片 あ るい は極 め て小 さな 二枚 貝 お よび巻 貝(い ず れ も1mm未 満)の 化 石 お よび有 孔 虫 が数 多 認 め られ る。 パ ッ チ状 を示 す 異 質 部 は,上 述 の生 物 遺 骸 が 密 集 す る

(図3)。

Sta.6(宇 土 半 島 沖):採 取 点 は,6本 の 中 で 最 も深 い(表1)。 全 体 的 に,褐 色 の塊 状 泥 質 堆

積 物 で あ る が,最 上 部 に は大 型 の 貝 殻 片(2cm) が存 在 す る。 下 部 に お い て,灰 白色 のパ ッチ 状 堆 積 物 が 認 め られ る。 こ のパ ッチ は,1mmに 満 た な い細 粒 貝殻 片,有 孔 虫 お よび珪 藻 な どの生 物 遺 骸 が密 集 す る 部分 で あ る(図3)。

IV.  サ ン プル 処 理

採 取 され た柱 状 試料 は,室 内 で半 割 し,観 察 と 記 載 の 後,化 学分 析 用 お よび年 代 と化 石 分 析 用 試 料 と した 。

年 代 測 定 は,Sta.2とSta.4の2試 料 に つ い て 行 った 。微 量 元 素 分析 は,Sta.1か ら6ま で の す べ て の コ ア につ い て 行 っ た 。

半 割 され た 柱 状 試 料 を深 さ方 向 に2cm刻 み に 分 割 し分 取 した もの を年 代 測 定 お よび微 量 元素 測 定 用 試 料 と した 。 分 取 した 湿 潤 な試 料 を,110℃

の 恒 温 器 で一 昼 夜 乾 燥 した 後,3mm以 上 の貝 殻 片 を ピ ンセ ッ トで 取 り除 き,残 りを鉄 乳鉢 とメ ノ ウ乳 鉢 で 粉 末 化 した 。 乾 燥 時 の 減 量 分 を水 分 と仮 定 して,含 水 率 を 計 算 で 求 め た。 な お,3mm以 下 の 細 粒 貝 殻 片 は,基 質 と して扱 った 。

微 量 元 素 測 定 で は,乾 燥 後 の 粉 末 試 料 と セ ル ロ ー ス を1:1に 混 合 し た 加 圧 整 形 ペ レ ッ トを 蛍 光x線 分 析 装 置(Philips  1404)で 定 量 した 。微 量 元 素 測 定 で は,バ ッ ク グ ラ ン ド補 正,重 な り補 正 お よ び散 乱 線 を用 い た 質 量 吸 収 補 正(杉 崎 ほ か, 1981;酒 井 ほか,1989)を 施 した 。 測 定 対 象 とな

る各 元 素 の励 起 効 率 を考 慮 して,Sc管 球(硫 黄 ・ 塩 素)とRh管 球(そ の他 の元 素)を 使 い分 け た。

分 析 期 間 中 にお け る各 元 素 の 測 定 精 度 は,ア メ リ カ地 質 調 査 所 発 行 の オ ル ドビス 紀 頁 岩(SDO‑1) 表1  柱 状 試 料 の 採取 位 置.

Table 1 Location of the studied core samples.

Sta. 1 Sta. 2

Sta. 3 Sta. 4

Sta. 5 Sta. 6

図3  柱 状 試 料(Stas.1〜6)の 岩 相,含 水 率,塩 素 お よ び 全 硫 黄 濃 度.

Fig. 3 Core descriptions and depth profiles of H2O-, Cl and total sulfur in core samples of Stas. 1-6.

お よ び 海 洋 底 堆 積 物(MAG‑1)で 求 め た 。 測 定 の 再 現 性 は,ほ と ん ど の 元 素 に お い て 相 対 標 準 偏 差(RSD)が5%未 満 で あ っ た 。 測 定 値 の 大 部 分 は,標 準 試 料 の 公 表 値(Govindaraju,1994)

と 誤 差 の 範 囲 で 一 致 し た(表2)。 誤 差 範 囲 を 超 え たBaやNbの 測 定 結 果 は,公 表 値 に お け る 誤 差 範 囲 が 約1割 に 達 し,標 準 岩 石 試 料 自 身 に 起

因 す る 不 均 質 性 と考 え ら れ る 。

渦 鞭 毛 藻 シ ス ト を 含 む 海 産 パ リ ノ モ ル フ 分 析 は,Matsuoka  and  Fukuyo  (2000)に 従 っ て, Sta.2の 上 部0‑1cm,9‑10cm,19‑20cmの

3試 料 に つ い て 行 っ た 。 珪 藻 分 析 で は 中 原 ほ か (2002)に 従 っ て,Sta.  4の コ ア 試 料 を2cm毎 に 分 割 し た29試 料 に つ い て 検 討 し た 。

年 代 測 定 で は,乾 燥 後 の 粉 末 試 料 を プ ラ ス チ ッ ク 製U‑8容 器 に16g詰 め(内 径48mm,高 さ 10‑12mm),Ge半 導 体 検 出 器(GAMMA‑XTM,

EG  & G  ORTEC)を 用 い て ガ ン マ 線 ス ペ ク トル を

測 定 し た(草 野 ・百 島,2002)。 ス ペ ク トル 解 析 に は,解 析 用 プ ロ グ ラ ムGamma  Studio  (SEIKO EG  &  G)を 用 い た 。 堆 積 年 代 推 定 に は,210Pb(半 減 期22年)の45keVの ピ ー ク を 用 い た 。

V.  分 析 結 果

1) 含 水 率 の 変 化

半 割 し た 採 取 後 の コ ア は,他 試 料 に よ る 混 染 を 防 ぐた め に 簡 易 ラ ッ ピ ン グ を し て 保 存 し た 。 常 温 保 存 で あ っ た た め 採 取 時 の 間 隙 水 は,測 定 ま で の 間 に 幾 分 蒸 発 し た 可 能 性 が あ り,特 に コ ア の 両 端 で は 蒸 発 面 積 が 広 く,間 隙 水 の 損 失 が 大 き い と予 想 さ れ る 。 コ アSta.3,6の 上 部 とSta.5の 下 部 に お け る 急 激 な 変 動 を 除 く と,全 体 と し て コ ア の 示 す 含 水 率 は 肉 眼 的 な 岩 相 変 化 に 対 応 す る(図 3)。

塊 状 泥(Stas.3,4)は,約60%の 含 水 率 を 示 し, 若 干 砂 質 な 塊 状 泥(Stas.1,2,5,6)は,少 し 表2  微 量 元 素 の分 析 精 度.

Table 2 Accuracy for trace elements analysis.

低 い含 水 率(40‑50%)を 示 した 。 ラ ミナ状 に挟 在 さ れ る砂 質 な岩 相 で は,明 らか に低 い 含水 率 を 有 す る。 こ の含 水 率 の変 化 は,粒 子 問間 隙 に保 持 さ れ た 海 水 量 を表 し,細 粒 な 泥 質 堆 積 物 が 粗 粒 な堆 積 物 よ り も含水 率 が 高 い と解 釈 さ れ る。Sta.

2で は,段 階 的 に含 水 率 が 変 化 し,岩 相 記 載 と密 接 な対 応 関 係 が 認 め られ た 。Sta.1は,上 部 に 向 か っ て含 水 率 が 約50%か ら20%へ と減 少 す る傾 向 を 示 す(図3)。Sta.6で も,上 部 に 向 か っ て 50%か ら40%へ と減 少 して い る(図3)。 両 地 点 の 結 果 は,上 記 の粒 子径 と含 水 率 の 関係 を考 慮 す る と,緩 や か な 上 方粗 粒 化 を表 して い る と解 釈 さ れ る。

2) 塩 素 お よ び硫 黄 濃 度

塩 素 濃 度 は含 水 率 と同様 に,柱 状 試 料 の末 端 部 数cmの 所 で急 激 に 変 化 す る(図3)。 末 端 部 に 認 め られ る塩 素 濃 度 の急 変 は,粒 子 問 に存 在 して い た 海水 が 移 動 し,塩 化 物 が 析 出 した結 果 と解 釈 され る。 こ の末 端 部 の異 常 値 を 除外 す る と,コ ア 中心 部 で は比 較 的一 定 した値 を示 す 。

試 料 中 の塩 素 濃 度 は,大 まか に粒 子 問 に保 持 さ れ た海 水 成 分 の総 量 に対 応 す る と考 え られ る こ と か ら,間 隙 水 の化 学 的 特 徴 の 比 較 にお い て は,堆 積 物 に保 持 され た海 水 の 絶 対 量 で 規 格 化 して お く 必 要 が あ る。 含 水 率 が 大 まか に海 水 を代 表 す る こ とが 期 待 され る こ とか ら,各 コ ア問 の 比 較 に際 し て は,各 乾 燥 試 料 中の 塩 素 濃 度(ppm)を 含水 率 (wt.%)で 割 っ て 規格 化 した(規 格 化塩 素値=塩 素 濃度/含 水 率)。

規 格 化 塩 素 が 最 高 値 を示 した コア は,Sta.4で あ り509で あ る。 一 方,最 低 値 は,Sta.3の260 で あ る。 全 体 的 に 見 る とSta.3を 含 め た 湾 奥 の 試 料 の 値 が400未 満 で あ り(Sta.2=361,Sta.

1=397),Sta.4を 含 め た 有 明 海 西 側 の 試 料 は 400以 上(Sta.5=431)で あ る。 宇 土 半 島沖 合 の Sta.6は400を 示 し,Sta.1と ほ ぼ 同 じ値 で あ る (図4)。 河 口部 試 料 で低 い塩 分 を示 し,湾 央 部 西 で 高 い塩 分 を示 した こ とは,透 水 性 に乏 しい泥 質 試料 の 間 隙水 が堆 積 当 時 の化 石 海 水 を保 持 して い る 可 能性 が示 唆 され る。

硫 黄濃 度 も柱 状 試 料 の末 端 部 で弱 い濃 度 変 化 を

示 した。 しか しなが ら,そ の 変 動 は塩 素 濃 度 ほ ど 顕 著 で は ない 。 この こ と は,硫 黄 の 大 部 分 が塩 素 と異 な り,非 水 溶 性 の 硫化 物 と して堆 積 物 中 に保 存 され て い る と推 定 され る。

各 コ ア問 の 比 較 で は,硫 黄濃 度 も変動 の少 な い 中 心 部 分 の 平均 値 を用 い た 。 図4に は,規 格 化 塩 素 値 と全硫 黄濃 度 の 関係 を示 した 。 諌早 湾 の湾 口 部 で あ るStas.4,5で は全 硫 黄 濃 度 が 高 く(7000‑

8000ppm),そ れ 以外 は約6000ppmを 示 す 。 砂 質 シ ル トか らな る2地 域(Stas.1,6)は,ほ ぼ 同 じ値 と して プ ロ ッ トさ れ る(図4)。 塩 素 や 全 硫 黄濃 度 が 高 い こ とか ら,諌 早 湾 の湾 口部 は,こ れ まで 河川 水 の影 響 が少 な い水 域 で あ る と考 え ら れ る 。 そ の他 の地 域 は,そ の反 対 に影 響 の 大 きな 水 域 で あ っ た と推 定 さ れ る。

3) 元 素存 在 度 の鉛 直変 化

各 柱 状 試料 の 元 素 濃 度 にお け る鉛 直変 化 を図5 に 示 す 。 各 コ ア と も,濃 度 変 動 の 相 対 標 準 偏 差 が10%を 超 え る元 素 と して,Th,Zr,Sr,Zn, Cu,Ni,CrとPbを 挙 げ られ る。Sta.6は,こ の ほ かRb,Ga,Nbに も10%以 上 の変 動 が 認 め

られ る。 た だ し,ThとNiに 認 め られ る 変 動 は, 検 出 限界 に近 い 濃 度 で あ り,本 質 的 で な い 可 能 性 が 高 い。

微 量 元 素 の 鉛 直 方 向 に認 め られ る変化 か ら,コ ア は大 き く上 部 と下 部 に二 分 で き る。 コア 上 部 で は,多 くの 元 素 が 緩 や か に連 続 的 な変 化 を示 す 。

図4  規 格 化 塩 素 濃 度 と全 硫 黄 濃 度.

Fig. 4 Normalized Cl value vs. total sulfur contents.

図5  コ ア 試 料 の 化 学 的 鉛 直 変 化  (Stas.1,2).

Fig. 5 Vertical chemical variations in core samples (Stas. 1 and 2).

図5  コ ア 試 料 の 化 学 的 鉛 直 変 化(Stas.3,4).

Fig. 5 Vertical chemical variations in core samples (Stas. 3 and 4).

図5  コ ア 試 料 の 化 学 的 鉛 直 変 化  (Stas.5,6).

Fig. 5 Vertical chemical variations in core samples (Stas. 5 and 6).

一 方,コ ア の 下 部 で は,若 干 の振 幅 が認 め られ る もの の,濃 度 変 動 は極 め て小 さい 。 本 研 究 で は, この 微 量 元 素 デ ー タが 大 まか に 安 定 す る コア 下 部 の 領 域 を,バ ッ ク グ ラ ン ドレベ ル とみ な し,平 均 値 を計 算 した(表3)。

Sr濃 度 は,300PPm未 満(Stas.2‑4)と300 ppm以 上(Stas.1,5,6)の 二 地 域 に分 か れ る。

Sta.5お よ びSta.6の コ ア で は,他 の コ ア に 比 べ3mrn未 満 の細 粒 貝 殻 片 が 多 量 に 含 まれ る こ とを特 徴 とす る。 ま た,Sta.1の 下 部 に認 め られ る化 石 帯 の分 析 結 果 は,Sr濃 度 が 生 物 遺 骸 に よ っ て コ ン トロ ー ル され て い る こ と を示 唆 す る(図 5)。 つ ま り,Sr濃 度 は,堆 積 物 に 占 め る生 物 遺 骸(3mm未 満)の 割 合 を反 映 す る可 能性 が 高 い 。

も し,Sr濃 度 が 炭 酸 カル シ ウ ム を 主 体 と した 貝 殻 片 の 存 在 度 に よ っ て 左 右 さ れ る の で あ る な ら ば,他 の 元 素 に対 して は 同 時 に希 釈 効 果 を もた ら す 。 実 際Sr濃 度 と他 元 素 濃 度 に は,負 の 相 関

を 示 す 場 合 が 多 く,底 質 のSr濃 度 と 生 物 遺 骸 が 密 接 に 関 わ っ て い る と 考 え ら れ る 。 こ の よ う に, 元 素 濃 度 変 動 の 解 析 に お い て,生 物 遺 骸 の 存 在 度 をSrやCa濃 度 に よ り モ ニ タ ー す る 必 要 が あ る 。

PbやZn濃 度 は,バ ッ ク グ ラ ン ド レ ベ ル で の 比 較 に お い て,有 明 海 の 湾 奥 を 東 か ら 西(Sta.2

か らSta.5)に か け て 減 少 す る 傾 向 を 示 す(表 3)。 深 さ 方 向 の 変 化 で 見 た 場 合,筑 後 川 河 ロ 沖

のSta.2と 白 川 河 口 周 辺 のSta.6で は,Pbと Zn濃 度 が バ ッ ク グ ラ ン ド レ ベ ル か ら 減 少 す る(図

5)。 一 方,有 明 海 西 側(Stas.3‑5)の コ ア で は, 逆 に バ ッ ク グ ラ ン ド レ ベ ル か ら 弱 い 増 加 傾 向 を示 す(図5)。Sta.1の 下 部 は,近 傍 のSta.2よ り は む し ろ 湾 奥 のSta.3や4に 類 似 す る 。

4) 微 化 石 分 析

早 津 江 川 河 口 沖 の コ ア で あ る,Sta.2に つ い て 渦 鞭 毛 藻 の 分 析 を,ま た 諌 早 湾 の 北 部 湾 口 部 の Sta.4の コ ア に つ い て 珪 藻 分 析 を そ れ ぞ れ 行 っ 表3  近 代 工 業 活 動 以 前 の堆 積 物 中 に認 め られ る平 均微 量 元 素 濃 度(地 質 学 的 バ ッ ク グ ラ ン ド値)。

Table 3 Average abundance of trace elements in the sediments, which are considered to have been accumulated before modern industrial activities (geological background level)

た 。 前 者 は 筑 後 川 の 有 明 海 に 対 す る 影 響 を 知 る 上 で 重 要 で あ り,後 者 は 諌 早 湾 の 干 拓 工 事,特 に 潮 受 け 堤 防 の 影 響 を 検 討 す る 上 で 重 要 で あ る 。 渦 鞭 毛 藻 に つ い て は,予 察 的 に 行 っ た 研 究 の 概 略 を 記 述 し,詳 し い 内 容 は 別 途 報 告 さ れ て い る(松 岡, 2004)。

渦 鞭 毛 藻 化 石:Sta.2の コ ア 上 部0‑1cmに お け る 渦 鞭 毛 藻 シ ス トは,堆 積 物 乾 燥 重 量1gあ た

り675個 体 を 数 え,従 属 栄 養 種 の.Brigantedini‑

um  spp.  (Protoperidinium属 シ ス ト)が 優 占 し, つ い で 独 立 栄 養 種 のSpiniferites  bulloideus, Lingulodinium  polyedrumが 多 産 し た 。 従 属 栄 養 種 群 の 相 対 頻 度 は 渦 鞭 毛 藻 シ ス ト群 集 の 約 52%を 占 め て い た 。9‑10cmで は,堆 積 物 乾 燥 重 量1gあ た り渦 鞭 毛 藻 シ ス ト1518個 体 を 数 え, 優 占 種 は 独 立 栄 養 種 のSbulloideu8,つ い で 従

属 栄 養 種 群 のBrigantedinium  spp.が 多 く,独 立 栄 養 種 群 のL.polyedrumが 次 に 多 産 す る 。 本 試 料 で はTuberculodinium vancampoaeの 産 出 が 特 徴 的 で あ っ た 。 従 属 栄 養 種 群 の 相 対 頻 度 は 37%で あ っ た 。19‑20cmで は,堆 積 物 乾 燥 重 量 1gあ な り1500個 体 の 渦 鞭 毛 藻 シ ス トが 含 ま れ て い た 。 優 占 種 は 独 立 栄 養 種 のS.  bulloideusで, 従 属 栄 養 種 のBrigantedinium  spp.が そ れ に 続 い た 。L.polyedrumやS.bentoriの 多 産 も 特 徴 的 で あ っ た 。 従 属 栄 養 種 群 の 相 対 頻 度 は42%で

あ っ た 。

珪 藻 化 石:Sta.4の コ ア は,全 体 を と お し て 海 水 種 で あ るTrkalassionema  nitzsckioidesが 最 も 卓 越 し(20‑60%),貧 栄 養 環 境 の 指 標 種 と な るPalaria sulcata  (Tanimura,1981;小 杉,1988) が 多 産(10‑30%)す る(図6)。Thalassionema 図6  コ ア 試 料(Sta.4)の 珪 藻 種 産 出 割 合.

Fig. 6 Relative abundance of diatom species of the Sta. 4 core sample.

nitzckioidesは,コ ア の 最 深 部 か ら 上 部 に 向 か っ て20‑30%へ と 緩 や か に 増 加 を 示 し,深 度22cm の 部 分 で は,本 種 の 全 体 に 占 め る 割 合 が 約60%

に 達 す る 。 そ の 後 深 度22cmか ら 上 部 に 向 か っ て,そ の 割 合 は 徐 々 に 減 少 す る 。 一 方,Palaria sulcataは,下 部 試 料 に お い て20‑30%と 高 い 値

を 示 す も の の,上 部 に 向 か っ て 次 第 に 減 少 す る 。 Tkalassionema  nitzsckioidesが 卓 越 す る 深 度 22cmの 部 分 で,Palaria  sulcataは 産 出 割 合 が 最 小 と な る(10%)。 ま た,淡 水 種 と し てFragi‑

raria  construensやNavicula  spp.も 確 認 で き た が,産 出 割 合 は2‑5%と 極 め て 低 い 。

富 栄 養 環 境 の 指 標 種 で あ るRkizsorenia  spp.

とSkeletonema  costatum(佐 藤,1995)は,柱 状 試 料 上 部 の0‑2cmお よ び2‑4cmの 試 料 で3%

に 達 す る も の の,そ れ よ り 深 部 で は3%未 満 の 産 出 割 合 で あ る 。

5) 堆 積 年 代

Sta.2に お け る210Pbの 深 度 分 布(図7a)で は,表 層 部10cmに お い て,生 物 撹 乱 と 解 釈 さ れ る 一 定 値 が 観 察 さ れ た 。 そ れ よ り も 下 部 の 深 さ10cmか ら24cmま で は,210Pb放 射 能 が 指 数 関 数 的 に 減 少 す る 。 さ ら に 深 部 で は,再 び 一 定 の 値 を と る 。24cm以 深 に お け る210Pbは,堆 積 物 中 の226Ra由 来 の 放 射 能 で あ る と 推 定 さ れ る 。 10cmか ら24cmに 認 め ら れ た 放 射 能 の 減 少 と 深 度 の 関 係 か ら堆 積 速 度 は,0.11g/cm2/yと 見 積

も ら れ る 。 試 料 密 度 を 考 慮 す る と表 層 に お け る 堆 積 速 度 は0.24cm/yに 換 算 さ れ,Sta.2の 近 傍 で 測 定 さ れ た 堆 積 速 度(1cm/y:木 下 ほ か,1980)

よ り も4倍 程 度 遅 い こ と が わ か っ た 。 生 物 擾 乱 が 常 に 進 行 し て い た と 仮 定 す る と,210Pbの 減 衰 か ら も と ま る 堆 積 速 度 を 適 用 す る こ と で,バ ッ ク グ ラ ン ド深 度(24cm)は お よ そ100年 前 と 見 積

も ら れ る 。

Sta.4(図7b)で は,最 上 部2試 料 に お い て 放 射 起 源 の210Pbが 検 出 さ れ た も の の,6cm以 深 の 試 料 で は ほ ぼ ベ ー ス レベ ル で あ っ た 。 こ れ ら は6cmを 境 に,上 部 と下 部 で 堆 積 環 境 が 不 連 続 で あ っ た か あ る い は 極 め て 遅 い 堆 積 速 度 を 反 映 し て い る と 考 え ら れ る 。 ま た,210Pbの 半 減 期(22

a

b

年)を 考 慮 す る と,Sta.4で は6cm以 深 の 試 料 が1960年 代 よ り も若 く な る こ と は な い 。 つ ま り, 堆 積 速 度 を 一 定 と 仮 定 し た 場 合,Sta.4で は 最 大 0.15cm/yと 堆 積 速 度 が 計 算 さ れ る 。Sta.2と 同 様 に,約100年 前 は15cmの 深 さ に 外 挿 さ れ る 。

微 量 元 素 濃 度 に お け る 鉛 直 方 向 の 変 化 は,各 コ ア に よ っ て 異 な る も の の,一 定 の 値 に な る 深 さ を そ れ ぞ れ 有 し て い る(バ ッ ク グ ラ ン ド レ ベ ル)。 年 代 測 定 を 行 っ たSta.2やSta.4の コ ア で は,こ の 微 量 元 素 濃 度 が 一 定 と な る 深 さ が,放 射 性210Pbの シ グ ナ ル が ベ ー ス レ ベ ル に 達 す る 深 さ の 約2倍 に 対 応 す る 。 こ れ ら は,組 成 変 動 と 年 代 値 と の 因 果 関 係 を 示 唆 し て い る 。210Pbの 半 減 期 を 考 慮 す る と,そ の 深 さ は 大 ま か に は100年

図7  210Pbと 深 度 と の 対 応 関 係.

a:Sta.2,b:Sta.4

Fig. 7 Depth profile of 210Pb.

a: Sta. 2, b: Sta. 4

前 とな る。

コ ア試 料 を 用 い た 年 代 測 定 は,(1)堆 積 物 が 一 定 の 速 度 で 堆 積 し,(2)上 下 間 で 著 しい 撹 拝 作 用 を受 け て い な い,な どの 基 本 的 な 仮 定 に 立膵 して い る。 そ の た め,数 字 で 表 され た 結 果 よ り も 大 きな 誤 差 を内在 して い る可 能性 が 否 め な い 。 上 述 の よ う に,年 代 測 定 試 料 で あ るSta.2お よ び Sta.4に お け る堆 積 速 度 も大 き く異 な っ て い る。

お そ ら く,有 明 海 で は 場 所 に よっ て堆 積 速 度 が著 し く異 な って お り,上 記 の 計算 結 果 を 有 明 海 の平 均 堆積 速 度 と仮 定 す る こ とは で きな い 。 しか しな が ら,コ ァ に認 め られ た 放 射 性210Pbの ベ ー ス ラ イ ン は,堆 積 物 が1960年 代 よ り明 らか に古 い こ と を 示 す 。 さ ら に,微 量 元 素 の 安 定 深 度 は,約 100年 前 に対 応 して い る こ とが 期 待 さ れ る の で, 本研 究 で は微 量 元 素 が 安 定 す る深 度 と表層 ま で の 問 の堆 積 物 が,近 年 の 約100年 間 を 記 録 し て い る と仮 定 して 以 下 議 論 を進 め る 。

VI. 考 察 1) 堆 積 物 の 重 金 属 汚 染

内 湾 環 境 で は,陸 域 で排 出 され た 有 害物 質 が拡 散 され 難 く,停 滞 し泥 質 堆積 物 に な る 。 この 泥 質 堆 積 物 が 環 境 悪 化 因 子 を 克 明 に 記 録 で きる こ と を利 用 した 東 京 湾 で の研 究 で は,1900年 ご ろ か ら汚 染 が 始 ま り,1970年 にお い て ピー ク を迎 え, そ の後 減 少 に転 じる こ とが 報 告 さ れ て い る(松 本 ・横 田,1977;松 本,1983)。

有 明 海 にお け る 分析 結 果 は,底 質 に 認 め られ た 重 金 属 濃 度 の 最 高 値 が 深 刻 な汚 染 状 態 に あ っ た 東 京 湾 の値 に比 べ,3分 の1程 度 で あ る(図5)。

全 体 と して 見 た場 合,閉 鎖 的 な 内湾 環 境 で あ る に もか か わ らず,有 明 海 は現 在 お よび 過去 に お い て 極 度 の 重 金属 汚 染 を 受 け た証 拠 は な い 。

例 外 的 にSta.6の4cmお よ び6cmに お け る Cu含 有 量 が 高 く(約90ppm),汚 染 当 時 の 東 京 湾 に 匹 敵 す る値 を示 し て い る(図5)。 しか し な が ら,こ の試 料 で は,Cu含 有 量 の み が異 常 な値 を 示 し,そ の他 の 重 金 属(Pb,Zn,Cr,Ni)は

極 め て 低 い濃 度 で あ る 。 お そ ら く,Cu濃 度 だ け を増 加 で きる黄 銅 鉱 や金 属 銅 が 混 染 源 と して考 え

られ る。 他 の試 料 に比 べ 本 試 料 で は上 部 に大 型 の 貝 殻 片 が多 数 含 ま れ る こ とを特 徴 と して い る。 こ の貝 殻 片 が,柱 状 採 泥 器 の末 端 部 に設 置 して あ る 銅 製 コア キ ャ ッチ ャ ー を削 り取 り,サ ンプ ルへ 混 染 した可 能性 が あ げ られ る。 しか しなが ら,濃 度 か ら考 え て,肉 眼 あ る い は顕 微 鏡 下 で混 染 作 用 を 確 定す る こ とは難 し く,確 定 に は周 辺 海 域 の再 調 査 が 必 要 で あ ろ う。

重 金 属 元 素 の鉛 直 方 向 に認 め られ る濃 度 変 化 に 着 目す る と,東 京 湾 の よ う に あ る 年 代 に 向 か っ て 一 方 的 に 増 加 す る傾 向 は 示 さ な い。 逆 に コ ア Sもas.1,6で は,一 方 的 な減 少 す ら認 め ら れ る 。 微 量 元 素 濃 度が 安 定 す る深 度 よ り も深 い位 置 に あ る堆 積 物 が100年 以 上 前 と推 定 され る こ とか ら, 表3の 平 均 値 は近 代 工 業 化 に よ る 影 響 が 少 な い,

"地 質 学 的 バ

ック グ ラ ン ド値"と み なせ る。 重 金 属 元 素 に認 め られ る鉛 直 方 向 の変 化 は,工 業 活 動 以 外 の要 因 と考 え られ る。

2) 水塊 の変 動 時期

渦 鞭 毛 藻 や珪 藻 類 は生 息 環 境 で あ る水 塊 の 状 態 を 反 映 し,特 に過 去 の赤 潮 発 生 と人 間活 動 に伴 う 水 塊 の富 栄 養 化 の 因果 関係 を検 討 す る上 で 重 要 な 指 標 と な る。 堆 積 物 と し て の 記 録 と い う制 約 か ら,分 析 値 は季 節 変 化 や 年 単 位 の 分 解 能 を有 しな い。 そ の た め,短 期 的 に発 生 す る イベ ン トを認 識 す る こ とは難 しい。 そ の反 面,数 年 間の 平 均 値 と して表 され る デ ー タ の異 変 は,大 きな変 化 が 生 じ た か あ る い は長 期 間 に わ た っ て継 続 してい る こ と を意 味す る。

Sta.2の 渦 鞭 毛 藻 シス ト群 集 は,優 占順 位 に違 い が あ る もの の,Sbulloideus,L.  polyedrum, Brigantedinium  spp.が 多 産 す る 点 で 共 通 して い る。 構 成 種 に極 端 な差 異 が 認 め られ な い こ とは, 渦 鞭 毛 藻 が 生 息 す る水 塊(平 均 水 温 や 塩 分 濃 度 な ど)に は基 本 的 に変 化 が なか った こ と を示 唆 して い る。 しか し,独 立 栄 養 種 群 シス トと従 属 栄 養 種 群 シ ス トの 相 対 頻 度 を見 る と,上 部 の0‑1cmで は約52%と 中 部 の9‑10cmや 下 部 の19‑20cmの そ れ らよ りも多 くな って い る。Matsuoka(1999) は,従 属 栄 養 種 群 の 優 占が,そ れ らの 餌 と な る独 立 栄 養 性 の珪 藻 類 や 他 の 鞭 毛 藻 類 の 増 加 を反 映 し

て お り,水 塊 自体 の 富 栄養 化 を意 味 す る と指 摘 し て お り,Sta.2付 近 で は,0‑1cmに 認 め られ た 結 果 が,最 近 の 栄 養塩 類 負 荷 が顕 著 に な っ て きた こ と を示 唆 して い る。

珪 藻 分析 に お い て も,渦 鞭 毛 藻 類 と同様 に最 上 部 に の み,富 栄養 環 境 の指 標 種 で あ るRki20sore‑

nia  spp.とSkeletonema  costatum(佐 藤 ,1995) の 出現 頻 度 の増 加 が認 め られ た。Sta.4で は,堆 積 速 度 が極 め て遅 い た め,水 塊 の富 栄 養 化 時 期 を 特 定 で き な い 。 計 算 結 果 を 強 い て 適 用 す る な ら

ば,こ の水 塊 の変 動 は,過 去13‑26年 の 問(2cm か ら4cmの 問)に 開始 し,現 在 も継 続 して い る こ と に な る。 代 田(1980)は,有 明 海 で 大 規 模 な 赤 潮 が 発 生 して い な い こ と を 報 告 した 。 松 岡 (2003)は,諌 早 湾 で1989年 以 降,赤 潮 発 生 件 数 が 増 加 してい る こ とを指 摘 した 。 これ ら を総 合 す る と,大 規 模 な 赤 潮 は1980年 以 降 に発 生 し, 1989年 以 降 に増 加 傾 向 を示 す 。 本 研 究 結 果 と こ れ らの 報 告 は調 和 的 で あ る とみ なせ,水 塊 の 富 栄 養 化 は,近 年(過 去10年 前 後)顕 著 に な っ た と 考 え られ る。 サ ン プ リ ング 間 隔 の 制 約 か ら,水 塊 の 富 栄 養 化 開 始 時 期 を特 定 す る こ とは 困 難 で あ

る。

松 岡(2004)は,Sta.4を 含 む 諌 早 湾 内 で 採 取 され た柱 状 試料 を用 い て 渦鞭 毛藻 シ ス ト群 集 変 化 と環 境 変 化 の 関 連 を 明 らか に し,1970年 代 前 半 か ら富 栄 養 化 が 始 まっ て い る こ と を指 摘 した 。 諌 早 湾 固有 の現 象 で あ る の か,そ れ と も有 明海 全 体 に お よぶ現 象 で あ る の か は,詳 しい検 討 が 必 要 で あ る 。

3) 諌 早湾 干 拓 の影 響

Sta.4お よ びSta.5は 諌 早 湾 の 湾 口部 に相 当 し,諌 早 湾 堆 積 環 境 の変 遷 を記 録 して い る こ とが 期 待 され る。 しか し なが ら,試 料 を2cm刻 み で 採 取 した 場 合,堆 積 速 度 の 比 較 的 速 いSta.2を 考 慮 して も,最 低8年 間 の 変 動 を 平 均 化 して し ま う。 特 に,堆 積 速 度 の遅 い 地 域 で は,生 物 的 撹 乱 に よ る影 響 も あ り,表 層 部 を精 密 に読 み 取 る こ とは極 め て難 しい。 従 って,本 研 究 手 法 を用 い て,諌 早 湾 干 拓 工 事 の よ う な近 年 始 ま った 短 期 的 影 響 を直 接 評 価 す る こ と はで き ない 。 しか し,コ

ア に認 め られ る元 素 濃 度 の 鉛 直 変 化 か ら見 て,諌 早 湾 の湾 口部 にお け る堆 積 物 は緩 や か に長 い 時 間 (100年 程 度 の 期 間)を か け て 変 化 して い る こ と が 読 み 取 れ る(図5)。 お そ ら く,諌 早 湾 の 堆 積 環 境 は,有 明 海 全 体 の 長 期 的 な環 境 変化 と連 動 し て少 しず つ 変 化 して い るの で あ ろ う。 また,水 塊 の 富 栄 養 化 は,諌 早 湾(Sta.4)と 筑 後 川 河 口 沖 (Sta.2)の 両 地 域 で 認 め られ る こ と か ら,や は り有 明 海 全 体 に お よぶ 変 化 で あ る と考 え られ る。

近 年 の 短 期 的 変化 は,こ の 長期 的 な 変化 に上 書 き され て い るで あ ろ う。

4) Znに 富 む筑 後 川 起 源 の 浮 泥

CuやZnと い っ た重 金 属 元 素 は,硫 化 物 の 形 で底 質 に留 まる と考 え られ て い る(Kitano  et al., 1980)。 また,堆 積 物 中の 重 金 属 元 素 濃 度 は粒 子 サ イ ズ に依 存 す る こ とが知 られ て お り,含 泥 率 と 正 の 相 関 を示 す(木 下 ほ か,1980)。 この 粒 子 サ

イ ズ に よる濃 度 変 化 は,重 金 属 を ほ とん ど含 ま な い ケ イ 酸 塩 鉱 物(石 英 や 長 石)や 炭 酸 塩 鉱 物 に よる希 釈 効 果 と解 釈 さ れ る。 そ の た め試 料 問の 濃 度 比 較 に お い て は,粒 子 サ イズ に注 意 が 必 要 で あ る。 しか し な が ら,こ の 相 関 図 に お け る デ ー タ の傾 きは極 め て緩 く,含 泥 率 が30%以 上 の場 合, 重 金 属 元 素 含 有 量 の 変 化 は小 さい 。

本 研 究 で は,含 泥 率 を 直 接 測 定 し て い な い。

しか し な が ら,肉 眼 観 察 や 含 水 率 の 検 討 か ら, Stas.2‑5の 試 料 は 泥 を主 体 と し た堆 積 物 で あ る と い え る。 一 方,Sta.1お よ びSta.6の 上 部 は, 前 者 に比 べ,や や 砂 質 な堆積 物 で あ る。 木 下 ほ か (1980)に よっ て 報 告 され た 有 明 海232地 点 の含 泥 率 か ら,今 回 の 採 取 地 点 に対 応 す る試料 を 読 み 取 る と,Stas.1‑5は82‑95%,Sta.6は53%の

含 泥 率 を上 部 で 有 して い る とみ な せ,肉 眼観 察 や 含 水 率 の 検 討 と調 和 す る。 従 っ て,多 くの場 合, 粒 子 サ イズ に 伴 う微 量 元 素濃 度 の 変化 は少 な い と 予 想 され,デ ー タ を直接 比 較 し うる で あ ろ う。

一 部 の微 量 元 素 濃 度 は,粒 子 を構成 す る物 質 の 存 在 度 に よ っ て 左 右 さ れ る 。 例 え ば,Sr濃 度 と 他 元 素 濃 度 が 反比 例 の 関係 に あ る場 合,貝 殻 片 に よ る希 釈 効 果 と解 釈 され る。Sr濃 度 の 多 いSta.

5お よ びSta.6の 採 取 地 点 は,い ず れ も干 潟 か ら

離 れ た地 域 で あ る。 お そ ら く,泥 や 細 粒 硫 化 物 の 供 給 よ りも生 物 遺 骸 の 供 給 が優 先 して きた た め と 推 定 さ れ る。Sta.6で は,上 方 に向 か って 急 激 に Sr濃 度 が 増 加 し,Cuを 除 く他 の 元 素 は 減 少 す る。 こ の反 比 例 は,生 物 遺 骸 の 生 産 性 増 大 か あ る い は泥 質 物 質 の 供 給 量 の 減 少 で 説 明 され る。 つ ま り,底 質 中 のSr含 有 量 は,堆 積 環 境 の 変 化 を 表 し て い る と考 え られ る。

木 下 ほ か(1980)は,有 明 海 全 体 の 表 層 泥 に つ い て,重 金 属 濃 度(Zn,Cu,Cr,Co,Ni)の

平 面 分 布 を 明 らか に した 。 こ の 中 で,Znの 最 高 濃 度 地 域 が 筑 後 川 河 口沖 に限 定 され,西 に向 か っ て 随 時 減 少 して い くパ ター ン を示 した 。堆 積 物粒 子 は運 搬 過 程 にお い て,各 粒 子 の粒 径 と比 重 差 に よ り分 級 が 生 じ る。 そ の た め,一 般 に堆 積 物 は, 河 口 域 か ら沖 に 向 か っ て 平 面 的 な 分 布 変 化 を 示 す 。

木 下 ほか(1980)は,こ の 高Zn濃 度 の 原 因 を 三 池 港 周 辺 の 石 炭 に帰 結 した 。 平 面 分 布 図 にお い て,三 池 港 を 中 心 にZnの 高濃 度 地 域 は広 が っ て お らず,こ の 説 明 で は必 ず し も空 間 分 布 を満足 し ない 。 一 方,筑 後 川 流 域 の 耳 納 山地 や 朝倉 地域 に は,Cuや 硫 化 鉄 を主 体 と し,Znも 含 まれ るキ ー ス ラ ー ガ ー鉱 床 が 存 在 す る(廣 渡 ・島 田,1992)。

そ の ほか の 水 系 で は,こ れ らの 鉱 床 は認 め られ な い 。 筑 後 川 河 口 沖 の 重 金 属 濃度 は,Znの み な ら ず,他 の 元 素 で も認 め られ る こ と を加 味 す る と鉱 山か らの 流 出 に帰 結 で き るか も しれ ない 。 しか し なが ら,直 接 の 起 源 を究 明 す るた め には 河床 堆 積 物 の 分 析 も今 後 必 要 で あ る。 この よ う に,こ の 高 Zn濃 度 は 筑 後 川 固 有 の現 象 と して位 置 づ け る こ とが 可 能 で あ り,木 下 ほ か(1980)に よ るZn濃 度 の 水 平 分 布 パ ター ン は,筑 後 川起 源 の堆 積 粒 子 の 拡 散 パ ター ン を問接 的 に示 した もの と解 釈 で き る。 つ ま り,Zn濃 度 は 筑 後 川 起 源 の堆 積 粒 子 の

トレー サ ー にな る こ とが 期待 され る 。

そ こ でZn濃 度 を筑 後 川 起 源 の 堆 積 粒 子 の 反 映 と仮 定 して デ ー タ を 解 釈 す る。 筑 後 川 河 口 沖 で は,時 代 と と もにZn濃 度 が 減 少 し,湾 奥 で は 時 代 と と もにZn濃 度 の 増 加 す る相 補 的 な関 係 が 認 め られ た。 同様 の 傾 向 はPb濃 度 に お い て も確 認

で き た。 こ れ ら微 量 元 素 の 増 減 とSr濃 度 の 増 減 に対 応 関係 が な い こ とか ら,貝 殻 片 に よる希 釈 効 果 とは 考 え に くい 。 お そ ら く,筑 後 川起 源 の高 濃 度Znを 含 む,粒 子 の 堆 積 場 が 時代 と と も に西 偏

した 可 能性 を示 唆 す る 。 5) 表 層 堆積 物 の泥 質化 モ デル

これ ま で報 告 さ れ て い る観 察 事 実 に基 づ い て, 上述 の堆 積 場 の 西偏 メ カ ニ ズ ム を推 定 す る。 堆 積 物 は まず 河 川 か ら供 給 され,濡 筋 に沿 っ て湾 内 に 運 び 込 ま れ る で あ ろ う。 こ の と き堆 積 物 の 分 布 範 囲 は,内 湾 へ の 導 入 部 で あ る濡 筋 の 形 態 に強 く支 配 され る。 海 底 地 形 図(海 上 保 安 庁 水 路 部, 1995)か ら読 み 取 れ る 筑 後 川 お よ び 早 津 江 川 の 濡 筋 は,湾 央 部 を北 北 西 一南 南 東 に伸 び を持 つ 三 本 の 海底 水 道(塩 田川 沖 海底 水 道,住 之 江 川 沖 海 底 水 道,筑 後 川 沖 海底 水 道)の うち,住 之 江 川 沖 海 底 水 道 に連 続 す る(図8)。 しか し な が ら,筑 後 川 か ら まっ す ぐ南 下 す る濡 筋 の痕 跡 か ら,筑 後 川 が か つ て 筑後 川 沖 海底 水 道 につ な が っ て い た可 能 性 が 示 唆 さ れ る(図8)。 河 川 改 修 に伴 う流 速 の 衰 え は,濡 筋 を平 野 部 の蛇 行 河 川 と同様 に,傾 斜 の緩 や か な 干 潟地 域 を屈 曲 しなが ら流 下 させ る で あ ろ う。 現 在 の 濡 筋 が 西 に 大 き く蛇 行 して い る の は,平 均 的 な 流 速 の 減 少 と有 明 海 の 湾 奥 部 で 発 生 す る西 向 き の恒 流(有 明 海 研 究 グ ル ー プ, 1965;小 田巻 ほ か,2003)に 呼 応 す る もの か も し れ な い 。

河 川 の排 出量 が 十分 に あ る場 合,砕 屑 粒 子 は有 明 海 で発 生 す る反 時計 回 りの恒 流 中心 に海 底 水 道 を使 っ て供 給 さ れ,浮 遊 性 砕 屑 物 も潮 流 に沿 っ て 湾 央 部 を南 下 す る こ とが で きる と推 定 さ れ る。 こ れ とは逆 に,河 川 の排 出量 が 減 少 した場 合,堆 積 粒 子 の水 平 移 動 距 離 は短 縮 さ れ,よ り河 口付 近 に 堆 積 場 が 移 動 す る(図8)。 結 果 と して 恒 流 中 心 に到 達 で きな い堆 積 粒 子(特 に浮 遊 性 砕 屑 物)は, 浮泥 と して近 傍 の干 潟 に吹 き寄 せ られ る確 率 が 高

くな る。 人工 衛 星 画 像 に よ っ て識 別 さ れ た有 明 海 北 西 の 湾 奥 に集 中 す る 浮 泥(小 田 巻 ほ か,2003;

代 田,1982)は,こ の よ うな メ カ ニ ズ ム を反 映 し て い る の だ ろ う。 浮 泥 が 恒 流 の 外 周 に沿 って 移 動 し,さ らに 西 のSta.3やSta.4で 堆 積 し た可 能

性 は 高 い。

恒 流 に よ っ て浮 泥 が 西 側 に運 び去 られ る筑 後 川 や 早 津 江 川 沖 の濡 筋 周 辺(Sta.2)で は,堆 積 物 に 占 め る浮 泥 成 分 は相 対 的 に 減 少 す る は ず で あ る 。 筑 後 川 河 口 沖 か ら南 に か け て,過 去20年 間 透 明 度 が 増 加 し て お り(中 田 ・野 中,2003),上 記 の 説 明 と調 和 す る。 有 明 海 湾 奥 部 の 東 側 と西 側 で 認 め られ たZnやPb濃 度 の相 補 的 な 関 係 は,

筑 後 川 起 源 の 浮 泥 にお け る 長期 的挙 動 と して説 明 され る。

Sta.1で は,筑 後 川 や 早津 江 川 の 濡筋 が 西 遍 す る こ と に伴 って,堆 積 物 の供 給 が 減 少 す る 。 そ の た め,矢 部 川 や 菊 池 川 起 源 の 浮 泥 が ゆ っ く り と 堆 積 し,干 潟 の 泥 質 化 が 進 行 す る。 この よ うに し て,有 明 海 東 岸 にお い て も次 第 に海 底 表 層 部 は 泥 質 化 が 進 行 す る。 一 方,緑 川 河 口 域 にお け る排 出 図8  堆 積 物 の 微 量 元 素 組 成 に 基 づ く堆 積 区 の復 元.約100年 前(左)と 現 在(右).

★: 試 料 採 取 地 点,太 い 破 線 二海 底 水 道,破 線 矢 印:旧 濡 筋,実 線 矢 印:現 在 の 濡 筋.挿 入 図 の 矢 印1反 時 計 回 りの 恒 流 パ ター ン(有 明 海 研 究 グ ル ー プ,1965).

Fig. 8 Sedimentary systems in the past (ca. 100 years ago) and at present, reconstructed from the trace element analysis.

★  : sampling  station, thick dashed line: submarine channel, dashed line with arrow head: paleo-channel, Arrow:

channel. Arrows in the inset maps show the counterclockwise mean current pattern in the Ariake Bay (Ariake Research Group, 1965).