Impurities in Winter precipitation on the Japan Sea Side of Japan
著者 Ecker Franz‑Josef journal or
publication title
博士学位論文要旨 論文内容の要旨および論文審査 結果の要旨/金沢大学大学院自然科学研究科
number 平成2年6月
page range 87‑93
year 1990‑02‑01
URL http://hdl.handle.net/2297/33159
氏 名ECKERFranzJosef
学 位 の 種 類 学 位 記 番 号 学位授与の日付 学位授与の要件 学位授与の題目
論 文 審 査 委 員
学術博士 学博甲第25号 平成2年3月25日
博士課程終了(学位規則第5条第1項)
ImpuritiesinWinterPrecipitationontheJapan SeaSideofJapan
(冬季の日本海側地域における大気汚染降下物に関する研究)
( 主 査 ) 平 井 英 二 ( 副 査 ) 山 本 善 一 ( 副 査 ) 林 良 茂 ( 副 査 ) 寺 田 喜 久 雄 ( 副 査 ) 宮 崎 元 一
学 位 論 文 要 旨
ABSTRACT
Dailysnowfallwascollectedonpolyethylenesheetsatsixsitesalongthecoast, incityareasandintheinlandmountains.ThesampleswereanalyzedfOrEC, pH,solubleandinsolubleamountsofAl,Cd,Cr,Cu,Fe,Mn,Pb,andZn;Cl‑, NO3‑,SO42‑,Ca2+,K+,Mg2+,andNH4+.Experimentswereconductedtoestimate thebelow‑cloudscavenging,thewetanddrydeposition,thepropagationof impuritiesinasnowpack,andtheirfinalreleaseinmeltwater.
Contrarytocoastalsnowpackswhichreleasedmeltwateralmostdaily,most oftheimpuritiesinmountainsnowpackswereretaineduntilspring;thefirst fractionofmeltwaterreleasedbetween50and90percentofthetotalamount ofwater‑dissolvedimpurities・Thelastmeltwaterfractioncontainedthe maximumofwater‑undissolvedmetals.
1.INTRODUCTION
InJapan,numerousfieldsurveyshavestudiedtheioniccompositionofwet
‑
depositionintensiveiy.However,fewinfOrmationisavailableonthedeposition oftracemetals.Dataconcerningtheirdepositionandreleaseinandfrom snowpacksarelacking;suchdataareespeciallyimportantfortheestimateof
long‑rangetransportfromtheAsiancontinenttothesnow‑richHokurikuarea alongtheJapanSeasideofcentralJapan.
Thisthesispresentsananalysisoftheconcentrationoftracemetals,anions andcationsinwetdepositionandmeltwaterreleasedfromsnowpackinthe areaduringthewintersofl986‑1988.
2.METHODS
Dailysnowfallwascollectedonpolyethylenefoils(50×50cm)atsixsitesalong thecoast,incityareas,andintheinlandmountains(Fig.1).Experimentswere conductedtoestimatewetanddrydeposition,Iocalbackgroundconcentrations, andthefinalreleaseinnaturalmeltwater・Meltwaterwascollectedinlysimeters embeddedinthegroundbeforethefirstsnowfallaccumulatedtoasnowpack.
SampleswereanalyzedfOrEC,pH,andsolubleandinsolubleamountsofFe, Mn,Pb,Cd,Cr,Cu,Zn,andAl;Cl‑,NO3‑,SO42‑,Ca2+,K+,Mg2+,Na+,and NH4+.
3.RESULTS
3.1.MeanMetalConcentration
Thechemophysicalpropertiesofvarious metalsinfreshlyfallensnowwereofthesame orderofmagnitudeatallsixsamplingstations fromthecoasttotheinlandmountains.
Tablelshowstheaverageconcentrationsin
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wet‑depositedsnowofcon‑
currentsnowfallatthesix sites.Itshouldbenotedthat theaveragevalueS,cal‑
culatedasarithmeticmeans, areoverestimates,consider‑
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curring(median)valuesat aparticularsite.
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3 . 2 . M e t a l S o l u b i l i t y ! o o Allexaminedelementsoccurredinboth2 solubleandinsolublefractions.Fig.2show"
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theaveragesolublefractionsofthemetals35o whichwereobtainedbytheratiosof2
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(solublefraction)/(totalamount)ofeach('' metal.GiventhepHvaluesinvolved,the o
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lowsolubilityofsomeelementscanonly"
beexplainedbytheincorporationofwater‑depo!
solublecompoundsintoinsolublemate‑ 6
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3.3.LocalDistributionofpH。
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Fig.3showstheaverageandstandard deviationsinpHofmelted,wet‑deposited 3
Fig.2Averagepercentsolubility andstandarddeviation(1)in depositedsnow.
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snowsamplesateachsamplingsite.c…Cc yき,…Hou…,n患
AveragepHvalueswerelowestattheurbao「喝3Aver拳話賦Ggtandantde.
andsuburbansitesandgenerallyhigherviation(D)andextrema(1)inwet‑
attheremotesites.Itisinterestingtonotedepositedsnow
thatstandarddeviationsoccurredwithinanarrowrangefrompH4.2topH5.2 ateverysite,especiallyasthepHvaluesofrainwateratthesamesitesoccurred withinawiderrangeduringotherseasonsoftheyear.Investigationofthis phenomenonincludedtheanalysisofarangeofanionsandcationsandfinally ledtotheconclusionthatlocalwashoutofacidicionsexceededthatofalkaline
ions2).WeeklydepositionsampleswithhighpHvaluesappearedtobeinflated byexcessCa2+,whichwasemittedfromroaddust.Exceptforthesesamples contaminatedbyroaddust,pHvaluesofweeklydepositionwereconfonnwith thedailywetdepositionsamples.
TheaverageannualpHremainednearlyconstantduringthefivewintersof thestudy.
3.4.RegionalBackgroundConcentrationsofTraceMetals
Allconcentrationsofairborneimpuritiesexhibitedfairlysimilardistributions.
Relativelyhighconcentrationsatthebeginingofasnowfalleventdeclinedto nearlyconstant,lowvalueswithincreasingsnowquantitiesandsnowfalldura‑
tion.Theselowervalueswereacceptedasthelocalbackgroundconcentra‑
tion.Absoluteregionalbackgroundconcentrations(thesumoftheinsoluble andsoluble)fortracemetalswerederiveedforeachelement(Table2).
Tablel AverageConcentrationsofTraceMetalsinWet‑DepositedSnow attheVariousSitesandNumber(#)ofSamples(1986‑1988)
qncentrationIIlg/1l MeasuringsiteF℃M1
一 一 ー −
OKodatsuno 77.12.9 (suburb)
IUchinada 72.94.9 (ocean)
2Honda面Bchi82.63.1 (city)
3KoITBtsu 85.22.4
(city)
4Tbrigoe 68.73.0 (mountain)
5 S h i r a m i n e 6 3 . 2 2 . 1 (mountain)
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3 . 5 0 . 1 7 5 . 9 1 . 9 4 . 3 2 0 . 5 3 1 3 . 7 0 . 1 7 8 . 5 2 . 1 4 . 6 9 . 6 1 9 3 . 4 0 . 1 9 4 . 7 2 . 3 5 . 7 1 7 . 7 2 4 4 . l O . 1 8 6 . 8 2 . 0 5 . 2 2 5 . 8 2 0 3 . 1 0 . 1 5 1 1 . 0 1 . 8 3 . 1 1 1 . 3 2 3 2 . 6 0 . 1 5 8 . 7 1 . 9 2 . 7 1 7 . 3 2 2
Table2RegionalBackground 3.5.Long‑rangeTransport ConcentrationsinWet‑DepositedSnow Tounderstandlong‑rangetrans‑
α:0.02‑O.0411g/lportmechanisms,itisimportant
todetenninelocalandregional Cr,Ql,M1,Pb:0.1‑0.5Ug/1 sourceswhichmightcontributeto Zn,AI:0.5‑2.Ollg/lthebackground・Besideslocal anthropogenicemissionsources, F e : 1 0 . O P g / l
theanalysisofbackgroundvalues
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ontheJapanSeasideofJapan mustaccountfOrnaturalsourcessuchasseaspraycomponentsandtheso‑
called{lKosa"(Ioessaerosol)fromtheAsiancontinent.
Results,however,indicatethatneitherKosanorseaspraycontribute significantlytothelocaltracemetalbackgroundinwinter・AIso,theimmission patternsofthesolubleandinsolublefractionsofthevariousmetalsatsixsites demonstratedthattheconcentrationlevelsweredirectlyrelatedtolocalsources.
ThecitiesofKanazawaandKomatsurepresentmajorsourcesofinsoluble metalcompounds.InthecaseofCr,amajorsourcecanbeassumedinthe vicinityofTorigoe(Fig.1).
3.6.ReleaseofMeltwater
Theconcentrationsofthe@soluble/insoluble'fractionsfOundinwetdeposition samplesweredistributedaroundanarithmeticmean(Fig.2).Themeltwater samplesduringwinter,however,revealedseparatereleasesofsolubleand insolublecomponents.(Fig.4).Atthecoastalsites,lysimetersamplesshowed areleaseofmeltwaterfromthesnow‑packtothegroundallwinter.The
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Fig.4Concentrationoftracemetalsinlysimeter samplesatShiramineinl988
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concentrationsoftheinsolubleandsolublefractions,theECandpHvalues ofconsequentsamples,thoughtheyexhibitedapreferentialreleaseofdissoIved impurities,wereintheorderofmagnitudeofwetdepositionsamples・Atthe remotemountainsite,however,meltwaterbreakthroughwasdelaydintolate Marchandwasrestrictedtoarelativelyshortperiod.Thefirstmeltwaterfraction carriedanenriched(50‑90%ofthetotalmeltwaterconcentration)loadofwater‑
solublematerialandwascharacterizedbylowpH(3.97)andhighEC(420"S/
cm)values,amagnitudenevermeasuredduringanyother,priorsnowfallevent.
Comparedtothesolubleconcentrations,theinsolublefractionofalltracemetals wasnegligibleinthefirstmeltwatersamples.Duringthelatermeltwater discharges,thesolublefractionrapidlyfelloffwhiletheinsolublequantities increasedtoamaximuminthelastsample.Thehighionicstrength(EC,pH) andtheenrichmentofbio‑available(i.e、,water‑soluble)heavymetalsinthis firstmeltwaterbreakthroughwascausedbypreferentialelution;thisimpurity‑
ladenfirstreleaseundoubtedlyreachesaquaticsystemsandmayaffectaquatic biota.
Onthecoastalplain,impuritieswerereleasedduringseveralmidwintermelts inamountSwhichdidnotshowanysignificantenrichmentscomparedwithother
localrainorsnowdata=
TheseasaltaerosolcomponentsNaClandMgCl2couldbewelltracedfrom theirdepositiontothefinalrun‑off.
4.FINALCONSIDERATIONS
Inordertodeepentheunderstandingoflong‑rangetransportacrosstheJapan Sea,locatesourcesoftracemetals,andfollowtheirpathinwinter,themeasuring netanddata‑collectionprogramneedtobeextended.Tracerexperimentsand casestudiesneedtobeperfonnednotonlyontherathersmallcoastalline ofJapan,butinallcountriesborderingtheJapanSea.
Furtherstudiesalsocanassessthesignificanceofthesequentialsnowpack releasedatainregionalecologicalmodels.
5.ACKNOWLEDGMENTS
TheacademicsupportgrantedbyProf.EijiHiraiandDr・TetsujiChohji deserveshighestappreciation.ThefinancialsupportoftheToyotaFoundation isgratefullyacknowledged.
6.REFERENCES
1)Rohbock,E.(1987).Bemerkungenuberdieltislichenundunl6s‑lichen SchwermetallverbindungenimNiederschlagswasser.StaubReinhaltungderLuft
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47,Nr.9/10,pp.244‑248
2)Hirai,E.Miyazaki,M.,Chohji,T.,Kitamura,M.,Okubo,N.,Nakagawa,C.
andEcker,F.‑J.(1989).AcidityinwintertimedepositionontheJapanSeaside ofJapan.submittedto:EnvironmentalTechnologyLetters,London
論文審査の結果の要旨
Ecker学位論文審査委員会は,平成2年2月1日と2月9日に第1,第2回論文審査 委員会を開催して本学位論文を検討し,2月15日に口頭発表,最終審査会を開催し,意 見交換の後に協議の結果,下記の通り判定した。
大気汚染物質は自然界や人為的発生源から大気に放出され,それらは大気循環に伴っ た輸送や拡散過程をへて,結果として雨及び雪に取り込まれる。よって本論で日本海側 における大気汚染物質についての測定と解析を行った。主な内容は下記の通りである。
1)サンプリングの場所について,内灘町から白峰までの間にほぼ南北に6地点を観測 点として,降雪のサンプリングを行い,積雪のコアーは白峰と工学部を中心にサンフ・
リングを行った。これらの結果からpHの平均値は都市部が最も低く,海岸や山間部で は平均値はやや高いデータが得られた。また,鉄,マンガン,鉛,カドミウム,クロ ム等の金属濃度として,山間部の鳥越村観測点ではクロムの濃度カ都市部より高いこ
とが明かとなった。
2)降雪量が少ないときは,金属濃度は降雪毎に異なっているが,積雪量が多い程,比 較的低い濃度を示し,一定濃度に収束している。
3)積雪中からの融雪水の濃度であるが,マンガン,亜鉛,カドミウムなどは最初の分 画部で高い溶解度を示しているが,その他の不溶解性成分は最終的な分画部でまとめ て検出され,溶解成分と不溶解成分とが明確に分離される現象を示している。その他 にもpH,EC等についても有益なデータが得られている。
石川県で代表される日本海側は成果でも有名な豪雪地方でもあり,冬季の雨及び雪中 の大気汚染物質の定量的評価は環境問題として重要である。この研究によって新しい知 見を多く得られている。
本委員会は以上を総合して,提出された本論文が学術博士に値すると判定した。