井戸揚水管外壁に形成されたZn-SバイオマットとFe バイオマット
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(2) 粘土科学. 第44巻. 第4号176‑190(2005). 論 文. 井戸 揚 水 管 外壁 に形 成 され たZn‑Sバ. イ オ マ ッ トとFeバ. イオマ ッ ト. 白 石 秀 一*・ 高 橋 直 人*・ 霜 島 康 浩* 朝 田 隆 二**・ 渡 辺 弘 明**・ 田 崎 和 江** *株 式 会社 日さ く 新 潟 支 店 *〒950‑0891新. 潟 県 新 潟 市 上 木 戸1‑10‑1. **金 沢 大 学 理 学 部 地 球 学 科 **〒920‑1192金. Zn-S-and. Fe-Microbial. 沢市角間町. Mats on the Outer Surface. of Well Riser Pipes. Shuichi SHIRAISHI*,Naoto TAKAHASHI*, Yasuhiro SHIMOJIMA*, Ryuji ASADA**, Hiroaki WATANABE** and Kazue TAZAKI** *Nissaku Co. Ltd., Niigata Branch *1-10-1 Kamikido Niigata 950-0891 **Department of Earth Sciences, Faculty of Science, Kanazawa University **Kakuma, Kanazawa 920-1192. Abstract. Bluishgreen Zn-S-and yellowish brown Fe-microbial mats were found on outer surfaces of well riser pipes on Kakuma campus of Kanazawa University,Ishikawa Prefecture. The microscopicobservation and XRFchemical analysis revealed that the formative conditions of microbial mats differ in depth due to stationary and pumping groundwater levels. Bluishgreen microbial mats formed in 61.6-75.6 m depth were characterized by high content of Zn and S. The microbial mats mainly consistof spherical fifine particlesof several Am in size. A small amount of coccoid-and bacilli-formbacteria were found in the aggregation. While, yellowishbrown microbialmats formed in 30.8-61.6 m depth and were characterizedby high content of Fe, Ca, P, Si and Zn. The microbial mats mainly consist of spiral materials that were metabolized from an iron oxidizing bacterium, Gallionellaferruginea. Harp-likematerials metabolizedfrom another iron oxidizingbacteria, Toxothirixspp. were also found below 56 m in depth. A large amount of coccoid-,bacilli- and filamentous- form bacteria were found in the assemblageof the metabolicmaterials and the number of filamentous-form bacteria increasedwith depth. TEMobservations and FE-TEM-EDX elementalmaps revealedthat some spherical particleson the cell surface of bacteria in the bluish green microbialmats are rich in Zn and S stick, suggesting that Zn exist as sulfide. The other adhesion materials consisted of Fe, Si, 0, and Zn were also formed around cell wall. The bacteria inthe bluish green microbial mats might be tolerant to heavy metal Zn. Keywords:microbial mats,iron oxidizingbacterium, Gallionella ferruginea,wellriser pipes, groundwater,FE-TEM-EDX. 1.は. い る2)'3).特 に,取 水 用 井 戸 の 場 合 に は,バ. じめ に. イオマ ッ ト. が 形 成 され 井 戸 の機 能 を 低 下 させ る こ とは 致 命 的 な 問題 地 下 水 取 水 用 井 戸 の揚 水 管 や 地 下 水 を 導 くス ク リー. とな り,バ イ オマ ッ トに よ る井 戸 効 率 の 低 下(揚 水 量 の. ン,お よ び地 す べ り防止 の た め の 水抜 き管 にバ イ オ マ ッ. 減 少)を 防 止 す る た め に,湊 漢 作 業 を 行 っ た り,薬 品 に. トが 形 成 し,管 の 腐 食 や耐 久 性 に つ い て の 問題 が 発 生 し. よ るバ イ オマ ッ ト排 除 作 業 を行 う こ とが あ る.そ の よ う. て い る1)'2)… バ イ オ マ ッ トの 形 成 に よ って 管 や ス ク リー. な 井 戸 で は ラ ン ニ ン グ コ ス トの 上 昇 を まね くこ と に な. しゅんせ つ. ン が 目詰 ま りを お こ した り,腐 食 さ れ て,メ. ッキ な ど金. 属 成 分 が 溶 け 出 し,水 質 を悪 化 さ せ る こ とが 報 告 され て 2005年(平. 成17年)5月10日. 受 付,2005年6月28日. 受理. り,バ イ オ マ ッ トが 形 成 しに くい 井 戸 を 仕 上 げ る こ とが 大 き な課 題 とな って い る..
(3) 第44巻. 第4号(2005). 井 戸 揚 水 管外 壁 に 形 成 され たZn‑Sバ. バ イ オ マ ッ ト中 の 微 生 物 は,生. 体鉱 物化 作 用 によ っ. て,地 下 水 中 か ら様 々 な元 素 を そ の 場 に 固 定 す る働 きが. イ オ マ ッ トとFeバ. イオマ ッ ト. 177. を 取 水 して い る た め,取 水 用 の 水 中 モ ー ター ポ ンプ が 深 さ75.6mの. 位 置 に設 置 さ れ て い る.井 戸 内 に は水 中 モ ー. あ る た め4),管 の 内側 や ス ク リー ンが 閉塞 す る.そ の 形. ター ポ ン プ か ら の水 を 地 中 に 導 く揚 水 管(内 面 外 面 と も. 成 の メ カ ニ ズ ム に 関 して は,溶 液 中 に濃 度 差 が あ る場 合. 亜 鉛 メ ッキ を し た 鉄 管:JISO3452SGP内. に 生 じ る い わ ゆ る濃 淡 電 池 の よ うな 無 機 的原 因 も考 え ら. て こ まれ て い る.. 径80mm)が. 建. れ る が5),6)微生 物 の付 着 が 地 下 水 中 の 局 所 的 な 物 質 の 濃. 金 沢 大 学 の 周 辺 に は 大 桑 累 層14),15)が 広 く分 布 し て い. 度 差 を 増 大 さ せ,生 体 鉱 物 化 作 用 を 促 進 さ せ る こ とも報. る,大 桑 累 層 は 砂 岩 層 ・砂 質 泥 岩 層 を 主 体 と し,海 棲 貝. 告 され て い る7).し か し,バ イ オ マ ッ ト形 成 の メ カ ニ ズ. 化 石 を 多 く産 出 す る.大 桑 累 層 の 下 位 に は 泥 岩 層 を 主 体. ムや形成阻止 のための材質 および設計等 についての具体. とす る高 窪 累 層 が 分 布 す る.両 層 の 境 界 に 近 い 高 窪 累 層. 化 的 な 対 策 の 提 案 な どが さ れ て い な い の が現 状 で あ る. これ ら の バ イ オ マ ッ ト中 の 微 生 物 は,地 下 水 か ら栄 養. て い る16).ボ ー リ ン グで 掘 削 中 に 採 取 さ れ た,ス. には,金 沢 大 学 周 辺 で は 凝 灰 質 砂 岩 層 の 分 布 が 確 認 され. を取 り入 れ 生 息 して い る の で,そ の 水 質 に大 き く依 存 し. (掘 り くず)の. て い る.ま. 地 表 か ら深 度61mま. た 同 時 に,そ. の溶 存 酸 素 に も大 き く影 響 を 受. ライ ム. 観 察 と,掘 削 中 の 状 況 か らの 判 断 で は, で が 細 砂 層,61mか. ら120mま. で. け る.な ぜ な ら,深 層 地 下 水 は,溶 存 酸 素 に 乏 し く遊 離. が 砂 質 粘 土 層,120mか. ら135mま. 炭 素 に 富 ん で い る 場 合 が 多 い が,人 工 的 に作 られ た 井 戸. 135mか. で が 凝 灰 質 砂 岩 層 とな っ て い. 管 や水 抜 き管 は,地 表 か ら の空 気 を も結 果 的 に 送 る こ と に な り,そ の地 下 水 の 溶 存 酸 素 量 を 変 えて しま って い る. る.61mか. か らで あ る.そ の た め,そ. 質 な 地 層 は大 桑 累 層 に対 比 で き,135m以. 存 酸 素 量 が,バ. の地 下水 の 水 質 お よ び そ の 溶. イ オ マ ッ トを形 成 す る 微 生 物 の 種 類 を 決. 定 す る 要 因 に な っ て い る.特. に ス ク リー ンや 配 管 を 目詰. ら孔 底 の150mま ら120m間. で が 粘 土 質 砂 礫 層,. の砂 質 粘 土 層 に は 貝 化 石 を 含 む. こ とが あ る.こ の よ うな特 徴 か ら見 て,135m以. 浅 の砂. 深の凝灰 質砂. 岩層 は 高 窪 累 層 に 対 比 さ れ る もの と推 定 さ れ る. 井 戸 掘 削 終 了 直 後 に 行 っ た 電 気 検 層 で は,深. 度60m. ま りさ せ る障 害 を 引 き 起 こす 報 告 例 が 多 い 細 菌 は,鉄 酸. か ら72m,78mか. 化 細 菌 と 呼 ば れ る グ ル ー プ で,こ. 比 較 的 良 好 な帯 水 層 と判 断 さ れ た た め,こ の 部 分 を 中 心. れ ら は 二 価 鉄Fe2+か. ら84m,120mか. ら136mの. 区 間が. ら 三 価 鉄Fe3+へ の 酸 化 反 応 で 発 生 す る エ ネ ル ギ ー を 利. と し た62〜73m,78.5〜95m,106〜138mの. 用 し,細 胞 周 辺 に水 酸 化 鉄Fe(OH)3を. に,地 下 水 を 採 取 で き る ス トレー ナ ー 管 を設 置 した.3. 沈 殿 させ る こ とが. 部分. 知 ら れ て い る8)'9)'10)'11)'12)'13).し か し,鉄 酸 化 細 菌 と し. 層 の 帯 水 層 か ら は,揚. て知 られ て い る ガ リオ ネ ラ(Gallionella ferrugiπea),ト プ トシ リ ッ ク ス. 量 が 得 ら れ る こ と が 判 明 した.ま た,透 水 係 数 は3.59 ×10‑4cm/sec,透 水 量 係 数 は1.98×10‑4m2/secの 値が. どが ど の よ うな 条 件 で どの 種 が 繁. 得 られ て い る.砂 を 主 体 す る地 層 の 揚 水 量 と して は あ ま. キ ソ シ リ ッ ク ス(Toxothirix (Leptothirix spp)な. Slpp),レ. 殖 す る の か,ま た,そ れ ら と共 生 す る細 菌 との 関係 に つ い て は ほ とん ど知 られ て い な い.. り多 い とは い えず,透. 水 試 験 の 結 果461.41/minの. 水. 水 係 数 も砂 か ら シル トに か け て の. 粒 径 の土 に お け る一 般 的 な 値 と な って い る.3層. の帯水. 本 研 究 で は,石 川 県 金 沢 市 の 金 沢 大 学 角 間 キ ャ ン パ ス に 設 置 さ れ て い る井 戸 の湊 漠 作 業 の 際 に揚 水 管 外 壁 に付 着 して い た バ イ オ マ ッ トを 採 取 し,そ の色,形 調 べ,そ. 成状況 を. の 中 の 微 生 物 の観 察,化 学 組 成 お よ び 鉱 物 組 成. の 分 析 を行 い,そ の 特 徴 を 明 らか に し,形 成 メ カニ ズ ム に つ い て考 察 した. 2.井. 戸 の 構 造 と水理 地 質. 本 研 究 に お い て 調 査 した井 戸 は1991年11月 に 石 川 県 金 沢 市 角 間 町,金. 沢 大 学 角 間 キ ャ ンパ ス 敷 地 内理 学 部 棟 前. (東経136度42分37.6秒,北. 緯36度32分33.7秒)に. た も の で あ る(Figs.1,2).井. ン方 式 の ボ ー リン グ マ シ ン で 行 わ れ,径450mmの 掘 削 した 後,径300mmの EG:配. 鉄 管(JISG. 管 用 炭 素 鋼 鋼 管)が. 作 られ. 戸 の掘 削 はパー カ ッシ ョ 孔を. 3452P(MN)‑GK. 挿 入 さ れ て い る.掘. 削孔 と. 鉄 管 の 間 は砂 利 で 充 填 され て い る.鉄 管 の な か で,深 度 62〜73m,78.5〜95m,106〜138m間 下 水 取 水 用 に ス トレ ー ナ ー(溝. 状 の 穴)が. Sampling. location. の部分 には地. Fig.1. well. riser. pipes. 切 られ て い. well. was. of (ƒÕ:. constructed. る.そ の 他 の 区 間 は,地 下 水 が 流 れ 込 まな い よ うに な っ. Department. of. て い る(Fig3).ま. Kanazawa. University,. た,こ. の 井 戸 は 雑 用 水 と して 地 下 水. Earth. microbial. 136•‹42' on. mats 37.. on. November,. Sciences Kanazawa,. outer. 6" E, 36•‹32'. on. 33. 1991. Kakuma. Ishikawa. surface 7" N). in. front. campus Prefecture.. of The of of.
(4) 178. 粘土科学. 白石 秀 一 ・高橋 直 人 ・霜 島康 浩 ・朝 田隆 二 ・渡辺 弘 明 ・田崎 和 江. Table. 1. The groundwater. analysis. compare. right. after. dredging. operations. of well riser pipes. on this study. with two past. operations. ‑;not analysis. 層 の 中 で,深 度 が も っ とも浅 い ス トレー ナ ー 区 間 の 水 量 が 全 体 の70%を. 占 め,中 間 の 帯 水 層 が 残 りの20%程. 度. Fig.3に は,掘. 削時 に 確認 され た地質 とバイ オマ ッ ト. が 形 成 した 位 置,及 び 地 下 水 位 を 模 式 的 に 示 して い る.. を 占 め て い る こ とが,揚 水 試 験 と同 時 に 実 施 した微 流 速. この 井 戸 の 地 下 水 は,主. 検 層 の 結 果,明. か ら採 取 さ れ て い る.金. ら か に な っ て い る.. この 井 戸 で は 井 戸 完 成後7年. 目 に あ た る1998年3月. と して62.0m以. 深 の大桑 累層. 沢 大 学 周 辺 に分 布 す る大 桑 累 層. に. の層 間 か ら湧 出 す る 地 下 水 に は,水 酸 化 鉄 を 主 成 分 とす. き上. る 赤 褐 色 の バ イ オ マ ッ トが 形 成 し て い る と こ ろ が 多. げ た揚 水 管 に は 黄 褐 色 の バ イ オ マ ッ トと青 緑 色 の バ イ オ. い18).し か し,大 桑 累 層 の 上 位 に分 布 す る卯 辰 山 累 層,. マ ッ トが付 着 し て い る状 況 が 確 認 さ れ た.そ の 後,再. お よ び 下 位 に 分 布 す る高 窪 累 層 の 層 間 か らの 湧 水 に は全. ポ ン プ と揚 水 管 を 引 き 上 げ,凌 漠 作 業 を 行 った.引. 7年 後 に あ た る2005年3月8日. に2回. び. 目の湊 喋 作業 を. くバ イ オ マ ッ トの 存 在 が 確 認 さ れ て い な い5).こ の こ と. 行 っ た.こ の 時 に 引 き 上 げ た 揚 水 管 に は 前 回 と 同様 バ イ. か ら,北 戸 ・田 崎(1996)は,大. オ マ ッ トが付 着 して い た.3回. り,バ イ オ マ ッ トを 形 成 さ せ る要 因が あ る と指 摘 し,そ の 要 因 と して,大 桑 累 層 か らの 湧 水 は他 の2層 と異 な っ. の 工 事 の 直 後 に採 取 し た. 地 下 水 の 成 分 分 析 結 果 を,Table. 1に 示 す.そ. のな か に. 示 した鉄 の含 有 量 は,地 すべ り地 帯 で 確 認 さ れ た 鉄 細 菌. て,Fe,Mnを. は じめCaMgの. 桑 累 層 は 他 の 層 と異 な. ミネラル成分が多い こ と. に よ る バ イ オ マ ッ トを 発 生 さ せ や す い 鉄 分 含 有 量 の 範. を あ げ て い る18).ま た,バ イ オ マ ッ トが 生 成 しや す い 条. 囲16)にあ た っ て い る.し か し,大 桑 累 層 の どの 地 層 部 分. 件 と し て 大 桑 累 層 の 中 で も粘 土 鉱 物 の量 が 相 対 的 に少 な い こ と を あ げ て い る.し か し,大 桑 累 層 中 の 湧 水 の挙 動. か ら鉄 が解 け 出 て くる の か 明 ら か に な って い な い.. や 経 路,そ 3.試. 料 お よび 手 法. の 浸 透 性,粘. 慮 す る と,逆 に,こ 3.1試. (Fig2A,B)試. の大 桑 累 層 は ス メ ク タイ ト,イ ラ イ. ト,カ オ リ ン鉱 物 が どの 地 層 か ら も検 出 さ れ18),そ こ か. 料採取. 今 回,2回. 土 鉱 物 か らの イ オ ンの 溶 脱 や 吸. 着 な ど に つ い て は 明 ら か に され て い な い.こ の こ と を考. 目 の 凌 深 作 業 を 行 っ た2005年3月8日 料 の 採 取 を 行 っ た.湊. に. 深 作 業 に 伴 い,ポ. ら生 じる 地 下 水 に 前 節 で 述 べ た よ うにバ イ オ マ ッ トが生 成 す る く らい の 量 の 鉄 を含 ん で い る と考 え る こ と も で き. ン プ と揚 水 管 を 引 き 上 げ た 時 に揚 水 管 の 外 側 に形 成 して. る.し. い たバ イ オ マ ッ トを 採取 し実 験 試 料 と した.揚 水 管 は 全. 互 関 係 に つ い て の 研 究 が今 後 必 要 に な っ て くる と考 え ら. 部 で27本(約75m)あ. れ る.. り,1本. の 管 の長 さ は2.8mで. あ. る.深 度0〜30mの 揚水 管 には地 下水が触 れな いた め バ イ オ マ ッ トの 形 成 は認 め ら れ な い(Fig.2C).バ イオ マ ッ ト形 成 が 認 め られ た の は,30m以 ポ ン プ に付 着 し て い る砂,凌 に 分 析 を行 っ た.バ じ深 さ の30.8mよ. 深 で あ る.な お,. 渫 後 の 井 戸 水 も比 較 の た め. イ オ マ ッ トは,地 下 水 位 面 とほ ぼ 同 り,75.6mに. 設置されてい るポ ンプ. につ な が る 揚 水 管 す べ て に 認 め られ た.バ イ オ マ ッ トは 30.8〜61.6mま. で の 黄 褐 色(Fig.2C,D)と61.6〜75.6. mの 青 緑 色 バ イ オ マ ッ ト(Fig.2EF)の2種 分 け る こ とが で き る.一 方,ど. 類 に大 き く. の 揚水管 もそ の 内部 に. は,バ イ オ マ ッ トが 認 め られ な か った.. た が っ て,粘 土 鉱 物‑地 下 水‑バ. イ オ マ ッ トの相. 3.2水 質 測 定 本 研 究 対 象 の 井 戸 に は,1998年4月 温 計,電. 以 来,水 位 計,水. 気 伝 導 計 が 設 置 され て お り,デ ー タが 集 積 さ れ. て い る.本 研 究 で は,最 深 さ(m),水. 近 の 約3年. 温(℃),電. 定 結 果 の み をFig.4に 示 す.ま し た地 下 水 のpH,酸 EC(μS/cm),溶. 間 に わ た る地 下 水 の. 気 伝 導 度EC(μS/cm)の た,今. 化 還 元 電 位Eh(mV),電. 存 酸 素DO(mg/1),水. 測 定 し,そ の 結 果 をTable 年 間 を 通 じ て31mと. 測. 回の湊 漢後 に測 定. 2に 示 した.地. 気伝導 度. 温WT(℃)も 下 水 面 は 約3. ほ と ん ど変 化 し て い な い.こ. の位.
(5) 第44巻. 亦 戸 揚 水 管 外 壁 に 形 成 され たZn一Sバ イ オ マ ッ トとFeバ イ オ マ ソ ト. 第4号(2005). 179. A. C. BD. E. E. Fig.2. Photographs. of sampling location during dredging operations. and microbial mats on outer surfaces of well riser. pipes on March 8th, 2005. A: Pulling up of well riser pipes. B: The upper part of well in an establishment. C: Yellowish brown microbial mats form on the parts deeper than 30. 8 m. D: Thick yellowish brown microbial mats in 56.0 m depth (Thickness: 5 mm).. E: Bluish green microbial mats form on the parts deeper than 61.6 m.. F: Bluish. green microbial mats in 75.6 m depth.. Table 2. The pH, Eh, EC, DO and Water Temperature water. right after dredging. operations. of ground-. of well riser pipes. 置 は バ イ オ マ ッ ト形 成 の 上 限 位 置 と 一 致 し て い る.ま た,1日. に1〜2回. の 頻 度 で 揚 水 が 行 わ れ,そ. は 水 位 が 下が り(1時 が 動 水 位(Fig.2の 面)と MeasurementonMar.14,2005. 10月4日. ま で の 約2年10ケ. あ り,2004年10月4日. れ. 地 ド水 面 の 深 さ を 表 す グ ラ フ の ド端. し て 記 録 さ れ て い る.2002年1月1Elか. 月 は 一40m前. の と きに. 間 以 内 に は 水 位 は 回 復 す る),そ. ら2004年. 月 の 動 水 位 は‑55m前. か ら2005年2)128日. 後で. ま で の 約5ヶ. 後 を 記 録 し て い る 。 こ れ は,2004年10月.
(6) 粘土科学. 白 石 秀 一 ・高 橋 直 人 ・霜 島康 浩 ・朝 田 隆 二 ・渡 辺 弘 明 ・田 崎 和 江. 180. Well. Fig.3. Geological pipes.. in this study. In the well of -150. with sandy of microbial 61.6. column. clay, fossilized mats,. such. with a schematic. m depth,. permeable. shell, and sand-gravel as yellowish. 75.6 m, are mainly. formed. brown. section screens layers. in 30.8. on outer surface. of microbial. mats on well riser. of groundwater deeper. are associated. than 62.0m.. 61.6 m depth of well riser pipes.. and bluish. Two kinds green. in.
(7) 第44巻. 第4号(2005). 井 戸 揚 水 管 外 壁 に形 成 され たZn‑Sバ. Groundwater. level. Groundwater. temperature. Electrical. Fig.4. Progress. of. and. electrical. had. changed. 181. イ オ マ ッ トとFeバ イ オ マ ッ ト. conductivity. stationary. and. pumping. conductivity on. October. groundwater. levels. for. aging.. (EC:ƒÊS/cm) 4th,. 2004. (white. 3 years. (m),. temperature. Volume. of. of pumping. groundwater up. (•Ž). groundwater. arrow).. 4日 に,揚 水 量 を 変 更 した た め で あ る.水 温 は 年 間 単 位. ル ギ ー 分 散 型 蛍 光X線. で,11か. JSX‑3201)を 用 い て 測 定 した.揚 水 管 に 形 成 した バ イ オ マ ッ トや ポ ン プ に 付 着 した砂 は 風 乾 後,メ ノ ウ 乳 鉢 で 粉. ら14℃ の 範 囲 で,ほ. る.最 高 温 度(14.0℃)が. ぼ1年. 周 期 で 変 動 して い. 冬 季 に,最 低 温 度(11.5℃). が 夏 季 に 現 れ る の が 特 徴 で あ る.ま た,電 気 伝 導 度 は, 測 定 器 が 深 さ40m付. 近 設 置 さ れ て い て,水. 温 と同 様 に. わ ず か な 周 期 変 動 が 認 め られ,177μS/cm前. 後を 推移. して い る. さ ら に,井. 戸 凌 渫 後 の 水 質 測 定 で は,pHが8.2と. ア ル カ リ性 を示 し,酸 化 還 元 電 位 が30mV,電 が210μS/cm,溶. 存 酸 素2.9mg/1,水. 温13.4℃. 弱. 気伝導度. 末 に し,井 戸 水 は20mlを 囲気,加. 分 析 装 置(ED‑XRF;. JEOL. 蒸 発 乾 固 した もの を,真 空 雰. 速 電 圧30kVでRh‑Kα. 線 を 用 い て 測 定 し た.. 試 料 中 のNaよ り重 い 元 素 に つ い て の 重 量 濃 度 を,Al, Mn,Moを 含 む 合 金 で エ ネ ル ギ ー 補 正 を 行 っ た 後,フ ァ ン ダ メ ン タル パ ラ メ ー ター 法(FP‑Bulk法)を. 用 い て算. 出 した.. を示 し. た.電 気 伝 導 度 や 水 温 が 凌 渫 前 に比 べ て 高 い 値 を示 して い る の は,ポ ン プ で くみ 上 げ た水 を 測 定 してい る た め と 考 え られ る.. 3.4X線. 粉 末 回 折 法 に よ る鉱 物 組 成 分 析(XRD). 揚 水 管 の 外 壁 に形 成 したバ イ オ マ ッ トや ポ ン プ に付 着 した砂 の 鉱 物 組 成 を調 べ る た め に,室 温 乾 燥 後 に,メ ノ ウ乳 鉢 で 粉 末 に して,試 料 ホ ル ダ ー に圧 着 して,X線. 3.3エ. ネ ル ギ ー 分 散 型 蛍 光X線. 分析 によ る化学組 成分. 析(ED‑XRF) 揚 水 管 の外 壁 に 形 成 したバ イ オ マ ッ ト,ポ ン プ に付 着 した 砂 お よ び 凌 渫 後 に 採 水 した 地 下 水 の 化 学 組 成 を エ ネ. 末 回折 装 置(XRD:Rigaku‑RINT1200)(CuKα 電 圧40kV,電. 流30mA)を. 線. 用 い て 分 析 を 行 っ た.. 粉 加速.
(8) 182. 白石 秀 一 ・高 橋 直 人 ・霜 島康 浩 ・朝 田隆 二 ・渡 辺 弘 明 ・田崎 和 江. 3.5光. 学顕微鏡観察. 粘土科学. マ ッ トを 透 過 型 電 子 顕 微 鏡(TEM;JEOL. 揚 水 管 外 壁 に形 成 した バ イ オ マ ッ トを 洗 浄 滅 菌 した ス パ チ ュ ラあ るい は ピペ ッ トで,ス ラ イ ドガ ラ ス上 に乗 せ. を用 い て,よ. た あ と,DAPI染. 製)に. 色(4',6‑diamidinO‑2‑phenylindole,50. JEM‑2000EX). り詳 細 な観 察 を 行 っ た.各 々 の 試 料 は ス パ. チ ュ ラ で か き 混 ぜ て 懸 濁 さ せ て,TEM用 乗 せ て,室. 温 乾 燥 後,加. グ リ ッ ド(銅. 速 電 圧120kVで. 観察を. μg/mlを 数 滴)を 施 し,ス ラ イ ドガ ラ ス 上 で 軽 くか き 混 ぜ,数 分 後,光 学 顕 微 鏡 お よ び 落 斜 蛍 光 顕 微 鏡(Nikon OPTIPHOT‑2/LABOPHOT‑2)で 観 察 した.DAPI染 色さ. 行 っ た.ま た,こ の 観 察 で 見 つ か っ たバ クテ リ ア に付 着. れ た 微 生 物 はDNAが. テ ム が 付 属 した透 過 型 電 子 顕 微 鏡(FE‑TEM;. 染 め られ,紫. 外 線(波. 長365nm). 下 で 青 色 に 蛍 光 を 発 す る た め,そ の 存 在 と数 量 が 観 測 で. して い る非 晶 質 物 質 の 化 学 組 成 を 調 べ る た め に,エ ギ ー 分 散 型X線 2010FEF)を. ネル. 分 析装 置 お よび電子 線 を走査 す る シス. 用 い て,加 速 電 圧200kVで. JEOLJEM‑. 分 析 を 行 っ た.. き る. 4.結 3.6走. 果 お よび 考 察. 査 型 電 子 顕 微 鏡 観 察 お よ び エ ネ ル ギ ー 分 散 型X. 線 分 析(SEM‑EDX). 4.1バ イ オ マ ッ トの 化 学 組 成 分 析. 黄 褐 色 バ イ オ マ ッ トの う ち,深 61.6mか. さ44.8m,50.4m,. ら採 取 した もの と青 緑 色 バ イ オ マ ッ トの うち,. 深 さ67.2m,72.8mか. ら得 られ た もの を 走 査 型 電 子 顕 微. 鏡 お よ び エ ネ ル ギ ー 分 散 型X線. 分 析 装 置(SEM‑EDX;. JEOLJSM‑5200LVとPHILLIPS EDAX PV9800EX)を 用 い て よ り詳 細 な 観 察 お よび 局 所 領 域 の 化 学 組 成 分 析 を 行 っ た.各 々 の試 料 は グル タル ア ル デ ヒ ド2.5%溶 液 に 1時 間 固 定 した 後,洗 浄 を 行 い,エ タ ノ ー ル の 濃 度 が 25,50,70,80,90,95%お. よ び100%に2回,そ. 10分 間 浸 し,脱 水 した 後,t‑ブ 行 っ た.さ. れぞれ. チ ル アル コール 置換 を. ら に,液 体 窒 素 で 凍 結 後,凍. 結 乾 燥 装 置 を用. 揚 水 管 外 壁 に 形 成 し たバ イ オ マ ッ ト,ポ ン プ に 付 着 し た 砂 お よ び 凌 渫 後 に採 水 し た地 下 水 のED‑XRF分 をTable3お. よ びFig.5に 示 し た.Table3は. よ り重 い 元 素 に つ い て のwt%で. 析結果. 試 料 中 のNa. 表 して い る.Fig.5は,. そ れ らの 値 を グ ラ フ に した も の で あ る.黄 褐 色 と青 緑 色 のバ イ オ マ ッ トの 化 学 組 成 につ い て の 違 い が 顕 著 に 認 め られ た.黄 褐 色 バ イ オ マ ッ トはFeの 含 有 量 が 最 も高 く, Ca,P,Si,Znも マ ッ トはZnの. 多 く含 ん で い る.一 方,青 緑 色 バ イ オ 含 有 量 が 最 も高 く,S(3〜10wt%)を. 多 く含 ん で い る が特 徴 で あ る.青 緑 色 バ イ オ マ ッ ト中 の Znは,黄. 褐 色 バ イ オ マ ッ ト中 のZnの. 約3.3倍 含 ん で い. い て 乾 燥 し,表 面 を カ ー ボ ン コー テ ィ ン グ した後,加 速. る.こ のZnは,ポ. 電 圧15kVで. 固 した物 質 か ら は検 出 さ れ な い こ とか ら,揚 水 管 の 内 ・. 3.7透. 観 察 ・分 析 を行 っ た.. 過 型 電 子 顕 微 鏡 観 察(TEM)お. よび化学組成マ ッ. ピ ン グ(FE。TEM) バ イ オ マ ッ ト中 の微 生物 の 関 係 を把 握 す る た め に,深 さ70.0m,72.8m,75.6mか Table 3. ED-XRF analysis. ‑;Notdetected. ら得 られ た 青 緑 色 バ イ オ of microbial. ,Tr.;Traceelement. mats on outer surface. ン プ に 付 着 し た砂 や 井 戸 水 の 蒸 発 乾. 外 壁 は 亜 鉛 メ ッキ さ れ た 鉄 管 で あ る た め に,Znを 含む バ イ オマ ッ トが 形 成 した もの と推 察 さ れ る.ま た,蒸 発 乾 固 した 地 下 水 の 分 析 結 果 で は 硫 黄 が検 出 さ れ て い る こ とか ら,硫 黄 は地 下 水 中 の 存 在 してお り,硫 黄 還 元 細 菌 に よ っ て還 元 され て,析 of well riser pipes. 出 した も の と推 測 さ れ る.さ. ら. (wt%).
(9) 第44巻. 第4号(2005). 井 戸 揚 水 管 外 壁 に 形 成 され たZn‑Sバ. Depth. イ オマ ッ トとFeバ イ オ マ ッ ト. 183. of well riser pipes. Fig.5 Energy dispersive X-ray fluorescence spectroscopy (ED-XRF)of microbial mats. There is a remarkable difference of chemical composition between both microbial mats. Yellowish brown microbial mats are rich in Fe associated with high contents of Ca, P, Si and Zn. While, bluish green microbial mats are rich in Zn, characterized high contents of S, Fe and Si. に,黄 褐 色 バ イ オ マ ッ トの うち 深 度 が浅 い と こ ろか ら採 取 した バ イ オ マ ッ ト2つ に つ い て は,比 較 的Znの 多 く,BaとPbが. 認 め ら れ た.バ. 量が. イ オ マ ッ トの 形 成 が. 他 の バ イ オ マ ッ トと比 べ て 薄 か っ た こ と か らみ て,Zn とPbは. ス パ チ ュ ラ でサ ン プ リ ン グ す る 際 に,揚 水 管 外. 壁 の塗 料 が 少 量 こ そ ぎ落 とさ れ た も の で あ る と考 え られ る.. マ ッ ト2つ につ い て,バ. ラ イ ト(BaSO4),バ. (Al4(SO4)(OH)10・5H2O),カ ム(CaSO4・2H20)が. サ ル ミナ ト. ル サ イ ト(CaCO3),ジ. プサ. 微 量 認 め られ た.こ れ ら の 鉱 物 が. 認 め られ るバ イ オ マ ッ トの深 さ は36.4mと39.2mで り,今 回 凌 渫 す る前 約5ヶ あ た る(Fig.3).す 1〜2度,揚. あ. 月 間 の動 水 位 よ り浅 い 部 分 に. な わ ち,湊 渫 さ れ る 直 前 ま で1日 に. 水 時 に1時 間 ほ ど外 気 に 暴 露 さ れ て い た た. め に硫 酸 塩 や 炭 酸 塩 が 析 出 して,溶 け ず に残 っ て い た も 4.2バ イオ マ ッ トの 鉱 物 組 成 バ イ オ マ ッ トのXRD分 析 結 果 をTable. の と考 え られ る. 4に 示 し た.黄. 褐 色 と青 緑 色 の バ イ オ マ ッ トは,い ず れ もブ ロー ドな パ ター ン を示 し,ど ち ら も非 晶 質 の 物 質 か ら構 成 され て い る こ とが 明 らか とな っ た.な お,一 部 の バ イ オ マ ッ ト中 に は微 量 に,石 英 お よ び長 石 類 の 反 射 が 認 め られ た.ポ ン プ に付 着 した 砂 の 中 に石 英,長. 石 類,粘. 土鉱物が認 め. 4.3光. 学顕微鏡観察. 黄 褐 色 バ イ オ マ ッ トは,主. に ガ リ オ ネ ラ(Gallionella. ferruglnea)の 代 謝 物 と見 られ る らせ ん 状 物 質 で 構 成 さ れ て い る19).ま た,56.0m〜61.6mの 深 い 部 分 で は, ガ リ オ ネ ラ の 他 に 別 の 鉄 酸 化 細 菌 トキ ソ シ リ ッ ク ス. られ た こ とか ら,地 下 水 に含 まれ て い る 微 細 粒 子 が ポ ン. (Tomthlrlx. プ の稼 動 時 に 懸 濁 し,バ イ オ マ ッ トに付 着 した こ とに よ. 物 が 認 め ら れ た19).落 斜 蛍 光 顕 微 鏡 で の 観 察 で は,ら せ. る も の と考 え られ る.ま た,黄 褐 色 バ イ オ マ ッ トの うち. ん 状 物 質 の 集 合 体 中 に 球 菌,桿 菌 お よ び糸 状 細 菌 が 多 量. 深 度 が 浅 い と こ ろ か ら(40m以. に 生 息 し て い る こ と が 明 ら か と な っ た(Fig.6八B,C,. 浅)採. 取 した バ イ オ. spp)の. 代 謝物 と見 られ るハ ー プ状 の 代謝.
(10) 184. Table 4. D).そ. XRD analysis. of microbial. mats on outer surface. の 集 合 体 中 で も,部 分 的 に 球 菌,桿. て い る と こ ろ も認 め られ た(Fig.6D矢 が浅 い36.4mと39.2mの 菌,桿. 粘土科学. 白石 秀 一 ・高 橋 直 人 ・霜 島康 浩 ・朝 田隆 二 ・渡辺 弘 明 ・田崎 和 江. 菌が密 集 し. 印).ま. 黄 褐 色 バ イ オ マ ッ トで は,球 方,青. 緑 色 バ イ オ マ ッ トは 主 に 数. μmの 細 か な 粒 子 で 構 成 さ れ て い る.ま た,大. は,む. し ろ 当然 で あ る.. 4.4走. 査 型 電 子 顕 微 鏡 観 察 お よ び エ ネ ル ギ ー 分 散 型X. た,深 度. 菌 の 割 合 が 多 く,深 く な る につ れ て,糸 状 細 菌 の. 割 合 が 増 加 す る.一. of well riser pipes. き さ数10. 線 分 析(SEM‑EDX) 深 さ44.8m,50.4m,61.6mか オ マ ッ トのSEM観. ら得 られ た黄 褐 色 バ イ. 察 で は,ら. せ ん状物 質の太 さや 長 さ. に違 い が 認 め られ た(Fig.7A,B,C).ま. μm,半 透 明 の 青 緑 色 粒 子 や 湾 曲 した鞘 状 の物 質 が 所 々 に 認 め ら れ る(Fig.6EE矢 印).ま た,深 度67.2mお. 得 られ た バ イ オ マ ッ トのEDX分. よ び64.4mの. 中 か らSi.P,Ca,Feが. 青 緑 色 バ イ オ マ ッ トか らは 黄 褐 色 バ イ オ. た,50.4mか. ら. 析 で は,ら せ ん 状 物 質. 検 出 され た(Fig.7B).一. 方,深. さ. マ ッ ト中 で も認 め られ た らせ ん 状 物 質 が ま れ に 認 め られ. 67.2m,72.8mか. た.落 斜 蛍 光 顕 微 鏡 で の 観 察 で は,黄 褐 色 バ イ オ マ ッ ト. SEM観. に比 べ,青. な 球 状 粒 子 の 凝 集 体 で 構 成 さ れ て お り,互 い に付 着 し,. 緑 色 バ イ オ マ ッ ト中 の微 生 物 量 が 著 し く少 な. く,細 か な粒 子 の 中 に球 菌,桿. 菌 が 少 量 認 め られ る にす. ら得 ら れ た 青 緑 色 バ イ オ マ ッ トの. 察 で は,い. ず れ も均 一 な 大 き さ1μm前. 大 き な 粒 子 に な っ て い る(Fig.7D,E,F).ま か ら得 られ た バ イ オ マ ッ トのEDX分. ぎ な い.. 後 の細か た,72.8m. 析 で は,粒 状 物 質. の 凝 集 体 か らSLRS,FeZnが. 検 出 さ れ た(Fig.7F).す. に よ る と,深 度 が 浅 い と こ ろ と深 い 部 分 で は 微 生 物 の 種. な わ ち,深 度42m〜50mの. 黄 褐 色 バ イ オ マ ッ トに は. 類 が 異 な っ て い た.両 者 の 境 界 は,鉱 物 組 成 分 析 か ら硫. SiとFeが. 酸 塩 や 炭 酸 塩 が 認 め られ た と ころ と 一 致 す る.す. 色 の バ イ オ マ ッ トはSi,Feに. 黄 褐 色 バ イ オ マ ッ トに つ い て は,光 学 顕 微 鏡 観 察 結 果. なわ. 卓 越 して お り,一 方,深 度67〜75mの 加 えZnが. 青緑. 顕 著 に 認 め られ. ち,今 回 の 凌 深 前 の5ヶ 月 間 の 動 水 位 の 位 置 の 変 化 に よ. る こ とが 特 徴 的 で あ る.ま. る と考 え られ る.一 方,黄 褐 色 バ イ オ マ ッ トと青 緑 色 バ. 鉄 バ クテ リア が 優 勢 で あ る の に 対 し,青 緑 色 バ イ オ マ ッ. イ オ マ ッ ト と の 境 界 は 深 さ61mで,今. トに は 微生 物 が 非 常 に 少 な く,む. 回 の凌 漢 か ら. 5ケ 月 前 の2004年10月 以 前 の 動 水 位 で あ る 深 さ56m前 後 と は 一 致 し な い(Fig4).し. た,黄 褐 色 バ イ オ マ ッ トは, しろ 無 機 的 な 微 粒 子 が. 顕 著 で あ る.. か し,動 水 位 が 深 さ56. mで あ っ た と して も井 戸 水 の 拡 散 に よ る空 気 の 供 給 は も う少 し深 くな る.黄 褐 色 バ イ オ マ ッ トの 微 生 物 が 溶 存 酸 素 量 に大 き く影 響 を 受 け て い たの で あ れ ば,多 数 認 め ら れ た鉄 細 菌 が 微 好 気 性 で あ る こ とを 考 慮 す れ ば この ず れ. 4.5透. 過 型 電 子 顕 微 鏡 観 察(TEM)お. よび化学組 成マ ッ. ピン グ(FE‑TEM) SEM‑EDX観. 察 に よ り,黄 褐 色 バ イ オ マ ッ ト と青 緑 色. バ イ オ マ ッ トの 間 に,構 成 微 生 物,鉱. 物,化 学 組 成 に 大.
(11) 第44巻. 井 戸 揚 水 管 外 壁 に 形 成 さ れ たZn‑Sバ. 第4号(2005). イ オ マ ッ ト とFeバ. イオマ ッ ト. A. 42.0m in depth. B. 42.0m. in depth. C. 61,6m. D. 61.6m. in depth. E. 70.0m. in depth. F. in depth. 72.8m. 185. in depth. Fig.6 Light (A,C, E and F) and epi-fluorescence (B and D) microscopic photographs of microbial mats. A: Spiral metabolic materials of an iron oxidizing bacterium, Gallionellaferruginea in yellowish brown microbial mats from 92.0 m in depth. B: A large amount of coccid-. bacilli- and filamentous form bacteria are found with DAPIstain on the same view of A. C and D (61.6 m in depth): Yellowishbrown microbial mats. C: Spiral metabolic materials. D: A mass of coccid- and bacilli- form bacteria are found with DAPIstain in the assemblage of spiral materials (arrow). E (70.0 m in depth) and F (72.8 m in depth): Bluish green microbial mats. Note that the microbial mats mainly consist of spherical fine particles of several pm in size, and contain a few translucent bluish-green particles of several tens pm in size (E) and a few curved sheath-like materials (arrow in F). き な 差 異 が 認 め ら れ た こ と か ら,さ. ら に,TEMを. て,そ. さ70.0m,72.8m,. 75.6mか. の 実 体 を 詳 細 に 観 察 し た.深. ら 得 ら れ た1守緑 色 バ イ オ マ ッ トのTEM観. 行 っ た と こ ろ,球. 菌,桿. 菌,長. 桿 菌 が 認 め ら れ,そ. 用 い. 囲 に 球 状 粒 子を 付 着 さ せ て い る(Fig.8).そ の球状 粒子 の電 子線 回 折 か ら そ の 物 質 が 非 晶 質 で あ る こ とが 認 め ら. 察を. れ た(デ. の周. さ れ た 微 生 物 の 直 径 は,400〜1500nmで. ー タ は 示 し て い な い).こ. のTEM観. 察で発見 あ り,球 状.
(12) 186. 白石 秀. 一・高 橋 直 人 ・霜 島 康 浩.朝. 田 隆 二 ・渡 辺 弘 明.田. 粘 上科学. 崎和 江. D A. E. B. F. C. Fig.7. SEM. micrographs. Yellowish ferruginea.. C:. spectrum depth),. of E (67.. fine. particles. peaks. and. brown. 2 m). Fe,. and. F (72.8m): in P. size. (square. microbial. and. B:. peaks. of. mats.. Spiral. metabolized. shows. several um Si, S and. of A. materials. material. 微 粒 子 に 紛 れ て い る の で,SEMに 認 で き な か っ た.ま た,バ. spectrum mats.. Harp-like. a spiral. of. of Zn,. EDX. microbial. from Fe,. Si,. green. microbial. to. aggregate. each. in. F: analytical. よる表面 観察 で は確. クテ リア の 周 囲 に付 着 す る電. another. P, and. Bluish. "• ". A. materials. Ca mats.. other.. (44.8. m. in. depth),. from. an. iron. oxidizing. (square The EDX. iron. "• " microbial spectrum. B. (50.. oxidizing bacteria,. in. B:. of. and. C. mainly. spherical. spp.. area).. D. consist fine. (61.6m): Gallionella. Toxothirix. analytical. mats. 4 m) bacterium,. (67.. particles. ろ,ZnとSの. み に よ っ て 構 成 さ れ る 部 分 とFe,Si,Zn,0. に よ っ て 構 成 さ れ る 部 分 が あ る こ と が わ か っ た(Fig.9). こ の こ と は,Znが. し て も 存 在 し て い る こ と を 示 し て い る.こ. 検 出 され た.そ れ らの 集合 体 の 元 素 マ ッ ピ ン グ した と こ. shows. area).. ろ,Zn,S,Fe,Si,0が. 量 にAl,P,Caが. in. of spherical. 子線 密 度 の 高 い 球 状 粒 子 の 化 学 組 成 分 析 を 行 っ た と こ 多 く検 出 され,微. EDX 2 m. 酸 化 物 と して だ け で は な く硫 化 物 と れ は,そ. 成 環 境 が 還 元 状 態 に な っ て い る こ と を 示 し て い る.こ. の生 の.
(13) 第44巻. 第4号(2005). 井 戸 揚 水 管 外 壁 に 形 成 され たZn‑Sバ. A 70.0m. C 72.8m. Fig.8. B 70.0m. in depth. TEM. micrographs. of. m(C). and. (D),. bacilli-form. bacteria. showing. that. in. spherical. bluish-green fine. microbial. particles. 187. in depth. D 75.6 m in. in depth. 75.6m. イ オ マ ッ トとFeバ イ オ マ ッ ト. depth. mats. less. than. from 1ƒÊm. 70.0m in. size. in. depth. adhere. (A and to. cell. B),. surfaces. 72.8 of. bacteria.. こ とか ら,青 緑 色 バ イ オ マ ッ ト中 の 微 生 物 は,酸. 素に乏. い て 調 査 を 行 っ た.そ の 結 果,1本. の 井 戸 で もそ の 深 さ. し くか つ 亜 鉛 とい う重 金 属 が 溶 出 して く る環 境 で も 生 息. や 環 境 条 件 に よ り,異 な るバ イ オ マ ッ トが 形 成 さ れ る こ. で き る 能 力 を 持 っ て い る こ とが 推 察 さ れ る.Fig.10に 本. とが 明 らか とな っ た.. 研 究 結 果 を ま とめ た概 念 図 を 示 す.井. 戸揚水管外 壁に形. 成 され たバ イ オ マ ッ トは,動 水 位 の 変 化 に よ る地 下 水 の 溶 存 酸 素 量 に 大 き く影 響 を 受 け る.ま た,そ る微 生 物 量 お よび そ の種 類,そ. こに生息す. れ らの 活 動 は,揚. 水管外. 1.バ. イ オ マ ッ トは30.8〜61.6mま. マ ッ トと,61.6〜75.6mの. で の黄 褐 色 バ イ オ. 青 緑 色 バ イ オ マ ッ トの2種. 壁 の腐 食 を 促 進 し,そ れ に よ っ て溶 出 す る元 素 お よ び 地. 類 に 大 き く分 け る こ とが で き た. 2.そ れ ら の形 成 に 関 して,今 回 の 湊 漢 前 の地 下 水 位 面. 下 水 か ら元 素 を 取 り込 み,バ イ オ マ ッ トに水 酸 化 鉄 や 硫. お よ び そ の 動 水 位 面 が 大 き く関与 して い る こ とが 示 唆 さ. 化 物 な どの 二 次 鉱 物 を 形 成 して い る と結 論 づ け られ る.. れ た.. 今 後,井 戸 の 揚 水 管 や ス ク リー ン お よ び 地 す べ り防 止 の. 3.黄. た め の水 抜 き 管 の 腐 食 や 耐 久 性 を考 え る場 合,材. P,Si,Znも. え る の み で は な く,そ の地 域 の 地 質,地. 質を考. 層,地 下 水 の 挙. 褐 色 バ イ オ マ ッ トはFeの. はZnの. 含 有 量 が 最 も 高 く,Ca,. 多 く含 ん で い る.一 方,青. 含 有 量 が 最 も高 く,Sを. 緑色バ イオマ ッ ト. 多 く含 ん で い る が特 徴. 動 と物 理 ・化 学 的 特 徴 に加 え,微 生 物 が 形 成 す る バ イ オ マ ッ トの特 徴 につ い て も考 慮 して対 策 を たて る必 要 が あ. で あ る.. る.. 細 菌 が 多 量 に生 息 して お り,主 に ガ リオ ネ ラ(Gallionella 5.ま. とめ. 4.黄. 褐 色 バ イ オ マ ッ ト中 に は,球 菌,桿 菌 お よび 糸 状. ferruginea)の 代 謝 物 と見 られ る らせ ん 状 物 質 で 構 成 さ れ て い る.ま た,深 度56mよ り深 い 部 分 で は,ガ リオ ネ ラ の 他 に別 の鉄 酸 化 細 菌 トキ ソ シ リ ッ ク ス(Toxothirix. 石 川 県 金 沢 市 の金 沢 大 学 角 間 キ ャ ンパ ス に設 置 さ れ て い る井 戸 の 揚 水 管 外 壁 に形 成 して い た バ イ オ マ ッ トに つ. spp.)の た.さ. 代 謝 物 と見 られ るハ ー プ 状 の 代 謝 物 が認 め られ ら に,深. 度 が 浅 い 黄 褐 色 バ イ オ マ ッ トで は,球.
(14) 188. 白石秀. 一・高 橋 直 人 ・霜 島 康 浩 ・朝 田 隆. A:Bluish green microbial mats of 70 m in depth. B. C. D. E. F. Fig.9. Elemental content maps of spherical microbial. mats from 70.0m. fine particles adhering to cell surface of a bacterium in bluish-green. in depth by FE-TEM-EDX.. analytical area. B-F: series of corresponding F: Oxygen.. Note that some spherical. 菌の 割 合 が 多 く,深 く な る につ れ て,糸. 割 合 が 増 加 す る.・ 方,青. A: A scanning-TEM. elemental content maps.. (STEM) micrograph. of. B: Zinc, C: Sulfur, D: Iron, E: Silicon,. particles on the cell surface of bacteria consist of only Zn and S. (arrows in B and C), suggesting that Zn exist as sulfide. . and Zn were also formed around cell wall.. 菌,桿. 粘 土科 学. 二・渡 辺 弘 明 ・田 崎 和 江. 状細菌の. 緑 色 バ イ オ マ ッ トは 主 に 数. The other adhesion materials consisted of Fe, Si,O. に よ っ て 構 成 さ れ る 部分 とFe,Si,Zn,0に れ る 部 分 が あ る こ とが わ か っ た.こ. よ って 構 成 さ. の こ とは,Znが. 酸. μmの 細 か な 粒 子で構 成 され て い る.ま た,微 生 物 量が 黄 褐 色 バ イ オ マ ッ トに比 べ て 青緑 色 バ イ オ マ ッ トで は 著. 化 物 と して だ け で は な く硫 化物 と して も 存 在 して い る こ. し く少 な く,細 か な 粒 」{の中 に 球 菌,桿 菌 が 少 瞳認 め ら. の 微 生 物 は,酸 素 に乏 し くか つ 亜 鉛 と い う重 金 属 が 溶 出. れ る に す ぎ な か った.. して くる環 境 で も生 息 で き る 耐 性 を 持 っ て い る こ とが 推. 5.青. 緑 色 バ イ オ マ ッ トの バ クテ リア の 周 囲 に 付 着 す る. 球 状 粒 」{の化 学 組 成 分 析 を 行 っ た と こ ろ,ZnとSの. み. とを 示 して い る.こ の こ とか ら,青 緑 色 バ イ オ マ ッ ト中. 察 され る. 6.井 戸 揚 水 管 外 壁 に 形成 さ れ た バ イ オ マ ッ トは,動 水.
(15) 第44巻. 井 戸揚 水 管 外 壁 に 形 成 され たZn‑Sバ. 第4号(2005). 0m. No. ,. 189. level. microbial mats. Yellowish microbial ・Fe. Ground. イ オ マ ッ トとFeバ イ オマ ッ ト. brown mats. Ca,. ・Iron. P,. Si,. Zn. oxidizing. bacteria. Bluish green microbial mats ・Zn. , S,. Si,. Fe. ・Sulphate/sulphur reducing. Fig.10. bacteria. Schematic. diagram. of microbial. mats formation. on outer. surface. of well riser pipes. in this. study.. 位 の変 化 に よる地下 水 の溶 存酸 素量 に大 き く影響 を受 け,そ こに生息す る微 生物 量 およびその種類,そ れ らの 活動 によ って,揚 水管 外壁の腐食 を促進 し,そ れによっ て溶 出す る元素 および地下水 か ら元素を取 り込 み,バ イ オマ ッ トに水酸化鉄や 硫化物 な どの二次鉱物 を形成 して いる. 7.井 戸揚水管 の腐 食や耐久性 を考え る場合,材 質,そ の地域 の地質,地 層,地 下水 の性 質 とそ の挙動 に加 え, 微生物 が形成 するバイオマ ッ トの特徴につい て も考慮 す る必 要が ある.. 礼 申 し上 げ る.な お,本 研 究 の 一 部 に 文 部 科 学 省 研 究 補 助 金(代 表,田. 取,顕 微鏡観 察,鉱 物同定 な どにご協力頂 いた.厚 くお. 使 用 した.. 引用文献 1). 高 橋 直 人 ・榎 本 真 嗣 ・名 倉 利 樹 ・稗 田佳 彦 ・田 崎. 和 江 ・片 桐 憲 一 (2001) 鉄 細 菌 が 関 与 す る井 戸 障 害 と 水 質 変 化, 地 下 水 学 会 誌, 43, 71‑88. 2). 日本 水 道 協 会 (1999) 井 戸 等 の 管 理 技 術 マ ニ ュ ア ル. 138‑149.. 3). 謝 辞 本研究 を進 めるにあた り,金 沢大学理学部 地球学教室 の桜井 健 太 氏,中 村紀 裕 氏,白 木 康一博 士 に は試料 採. 崎 和 江)を. 日さ く水 質 試 験 室 (1980) 鉄 細 菌 の 障 害 と対 策 に つ い て.(日. さ く(株). 社 内資 料). 4) Riding R. E. and Awramik S. M.(2000) Microbial Sediments, Springer, Germany,331pp. 5) Lewandowski Z., Dickinson W. and Lee W.(2000).
(16) 190. 白石 秀 一 ・高 橋 直 人 ・霜 島康 浩 ・朝 田 隆 二 ・渡 辺 弘 明 ・田 崎 和 江. 粘土科学. Electrochemical interactions of biofilms with metal surfaces. Water Science and Technology, 36, 295302. 6) Holden B., Greetham M.,Croll B.T. and Scutt J. (1995) The effect of changing inter process and final disinfection reagents on corrosion and biofilm growth in distribution pipes. Water Science and Technology, 32, 213-220. 7) Sand W.(1997) Microbial mechanisms of deterioration of inorganic substrates-A general mechanistic overview. International Biodeterioration & Biodegradation, 40, 183-190.. 12) Ehrlich H. L.(1996) Geomicrobiology of iron. Geomicrobiology, Marcel Dkker, Inc., New York, 312-388. 13) Stone A.T.(1997) Reaction of extracellular organic ligands with dissolved metal ions and mineral surfaces. In: Banfield J. F., Nealson K.H.(Eds.), Geomicrobiology; Interactions between microbes and minerals. Mineralogical Society of America. Washington, DC, 309-344.. 8). 16) 杉 本 幹 博(1999). 加 藤 智 弘 ・田 崎 和 江(1994). 金腐川周辺 における水. 質, バ クテ リア, 水 酸 化 鉄 の 相 互 関 係. 第38回 粘 土 科 学 討 論 会 講 演 要 旨 集, 72‑73. 9). 田 代 陽 子 ・田 崎 和 江 (1999). 14) 紺 野 義 夫(1993). 石 川 県 地 質 誌. 石 川 県 ・北 陸 地 質. 研 究 所, 28‑30. 15) 紺 野 義 夫(1979). 北 陸 の 地 質 を め ぐ っ て. 築 地 書. 館, 89‑104. 金 沢 市 小 二 又 地 域 に お け る更 新 統. 大 桑 層 基 底 の不 整 合, 金 沢 大 学 教 育 学 部 紀 要 (自 然 科 学 編), 49, 41‑62.. 水 酸 化 鉄 を主 成分 とす. 17) 白 石 秀 一 ・高橋 直 人 ・久 保 範 典(2004). 地 下水排除. る バ イ オ マ ッ トの 初 期 形 成 に つ い て. 地 球 科 学, 盤,. ボ ー リ ン グ孔 に発 生 したバ イ オ マ ッ トの 形 成 場, 第42. 29‑37.. 回 日本 地 す べ り学 会 研 究 発 表 会講 演 集, 437‑440.. 10) 佐 藤 一 博 ・田 崎 和 江(2004) Leptothrix ochraceaの. 中 性pHに. 鉄 濃 集 作 用.環. 生息す る. 境 技 術, 鐙,. 57‑65. 11) 田 崎 和 江 ・盛 一 慎 吾(2004). 累 層 中 の 微 生 物 被 膜,北. 金 沢 市 に分 布 す る大 桑. 陸 地 質 研 究 所 報 告, 5,. 311‑. 325. 鉄 ・マ ン ガ ン酸 化 バ ク. テ リア に よ る鉄 ・マ ンガ ン集 積 構 造 の メ カニ ズム. 環 境 技 術, 鐙, 32‑39.. 18) 北 戸 丈 晴 ・田 崎和 江(1996). 19) 小 島 貞 夫(1964). 水 処 理 のた めの 生物 試 験 の手 引. き. 月 刊 「水 」 発 行 所, 81‑91..
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