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Impurities in Winter precipitation on the Japan Sea Side of Japan

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Academic year: 2021

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(1)

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

(2)

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

(3)

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‑

ingthemostfrequentlyoc‑

curring(median)valuesat aparticularsite.

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− 8 8 −

(4)

3 . 2 . M e t a l S o l u b i l i t y ! o o Allexaminedelementsoccurredinboth2 solubleandinsolublefractions.Fig.2show"

theaveragesolublefractionsofthemetals35o whichwereobtainedbytheratiosof2

o

(solublefraction)/(totalamount)ofeach('' metal.GiventhepHvaluesinvolved,the o

Fig.

lowsolubilityofsomeelementscanonly"

beexplainedbytheincorporationofwater‑depo!

solublecompoundsintoinsolublemate‑ 6

rial').

5

3.3.LocalDistributionofpH。

4

Fig.3showstheaverageandstandard deviationsinpHofmelted,wet‑deposited 3

Fig.2Averagepercentsolubility andstandarddeviation(1)in depositedsnow.

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wet‑

地Ⅱ.

I

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l O 2 3 4 5

snowsamplesateachsamplingsite.c…Cc yき,…Hou…,n患

AveragepHvalueswerelowestattheurbao3Aver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).

(5)

Tablel AverageConcentrationsofTraceMetalsinWet‑DepositedSnow attheVariousSitesandNumber(#)ofSamples(1986‑1988)

qncentrationIIlg/1l MeasuringsiteF℃M1

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)

P b m C r Q l Z n A l #

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

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

− 9 0 −

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Fig.4Concentrationoftracemetalsinlysimeter samplesatShiramineinl988

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(7)

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

− 9 2 −

(8)

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。

参照

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