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H 1sczaO at ft rb} i}, J5K 7t rkaxeenj ;

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(1)

*G

±

a7 ag48ig on1? 27-42 (2009)

r. s(

H 1sczaO at ft rb} i}, J5K 7t rkaxeenj ;

JJcSE £ rp di twtwilr lt IISe b last"7si i t v ,), 5 rpOtwthtz

MPst *UXII

fttFl;lt\Jlt\eeert,.ig・#bleerv・

T920-1192 JEi)[IMktFE[TtrftmaMT

Aerosol Particle Capture by Microbial Mats at Solitary lslands

in the Sea of Japan

Kazue TAZAKI

Kanazawa University

920-1192 Kakuma, Kanazawa, Ishikawa, Japan

Abstract

Acid precipitation is

causcd mainly

by the

oxidation of atmospheric

S02, N02

and

C02, Aerosol particles

containing

these

oxides,

fiy ash

and mineral

dust

are

cycling

on

a global scale. N02 concentration rainwater and air dust in the atmosphere

have been investigated by

electron

microscopy, Rainwater

sampled

(May 29ti' 2008) from the

soLitary

island

of

Hekura-jima

{Wajima, Ishikawa Prefecture), lecated in the Sea

of

Japan,

was strongly acidic

{pH 4.8)

and

high in

elecrrieal conductivity

{EC).

This is despite the fact that Hekura-jirna has

no

industry

or cars and as such,

is believed to be less polluted than

other areas

in the

same

prcfecture. N02

concentrations measured at

Hekura-jima {May 28-29`h 2008)

and at

the

uninhabtted

island

o £

Ohshima, in the

city ef

Wajima, Ishikawa Preiecture, (July 22-23rd 2008) indicated quite low

values,

The

acid rain, sulfur rnaterials and mineral

dust

were

found deposited

on

the surfaces of black pine trees located to the

nerthwestern side of

Hekura-jima,

suggesting

that these

atmospheric

pollutants

originate

from

surrounding countries rather

than from local

sources.

Scanning

electron micrographs ef aerosol

dust

samp]ed

from Hekura-jima

on

May 27-29t]i, 2008,

showed evidence of

atmospheric pollutants

of

fiy ash, sulfuric

mineral

dust

of

gypsum

and

pollen from pine trees. On this basis, it

can

be

assumed

that

air

pollution

occurred

frequently

not only

in industrial

areas

but also in

certain solitary and uninhabited

islands

of

Japan.

White

and

green

microbial mats were ebserved en

tuff

rock

located

at

the

uninhabited

Ohshima Island

suggesting

that

acidic rainwater

that had

seeped

into the

roek was subsequently exuded

from

cracks within

the

rocks.

X-ray powder diffraction (XRD)

and

X-ray fluorescence (XRF}

analysis of

the green

rnierobial mats collected

from 0hshima Island

showed malnly amorphous

Al-Si

materials.

Optical and transmission electron

micrographs of

the green

microbial mats showed various

living

microorganisrns of

diatoms

and

filamentous

cyanobacteria within

the granular particies. The living

rnicrobes clearly

demonstrated

a

b]ue fluorescence

under

UV irradiation. Spherical

materials were

found inside the filamentous

cyanobacterial cells, and chlorophyll was

found inside the

cocci cetls

of the

microbes.

On the

other

hand,

opaque spherical materials

of fly

ash

coexisted

with

microbes

within

the diatom

cells.

An

energy

dispersive X-ray (EDX}

analysis of

the fly

ash

indicated that the

main components were

Al

and

Si, In

addition,

it

was

found

that

the granular

materials were al$o composed of

Al

and

Si. The

abundant

diatems

and

itlamentous

mierobes associated with

the

submicrometer

Al-Si

chemical eompositions of

the particles

suggested an environrnental co-ecosystem comprised of

green

micrebial mats and

Al-Si bio-clay

mineralization.

Environmental interactions between the

aerosol

particles,

rainwater,

tuff

rock, and rnicroorganisrns

at the

uninhabited

Ohshima Island

showed a

particular

natural circulatery system.

The diatoins, cyanobacteria

and silicate

bacteria

were

feund to trap

and

feed

on

the

mineral

dust

of

Al-Si particles

and

fly

ash collected

from the

ecosystem of

the green

microbiaL mats.

The

amorpheus

granular particles of

mineral

dust

and

fiy

ash

have

a correlation with microorganisms

in

which

they

act as carriers of atmospheric

pollutants. These particles

also

play

an

important

role

in the

environmental

purjfication

ability.

Key

words:

Microbial

rnats,

Environmental

ecosystem,

Solitary island, IIekura-jima, Uninhabited Ohshima Island, Aerosol particles, Fly ash, Diatoms, Amorphous Al-Si

chemical compositions,

Acid

rain.

2008" (Ydi20ff) 12H 2 HeeN-, 2009ff 1 H29Heege

(2)

The Clay Science Society of Japan

NII-Electronic Library Service

The  Clay  Soienoe  Sooiety  of  Japan

28

「日崎   和 江

k

科 学

t ,

め に

  大 気 汚 染地 球暖 化 をき起 し て と は

い の

地 が な

しか し

要 因

…・

CO2

の増加 が 温暖 化を も た らと 言 わ れ

森 林植 物に よ る

CO2

量 など 正確な 測は な さ れ て

のが 現 状

.一

大 気 中 オ ウ

化物

窒 素 酸 化 物が 主な要 因 酸 性 雨

森 林

ぼ し て と は多 く研 究 者に よ て報 告 さ れ て

酸 性

pH

酸 性

カ リ

存 在 変 化 する が

, 一

pH5 . 6

雨 を 酸 性 雨と よ ん

大 気 中酸 化 物窒 素 酸 化

お よび 塩

, 自然

の バ ン ス

くず

と言 る が

年 ,

工 の汚 染 源わ る こ

日本 海 側は 慢 性 的酸 性 雨 が 降 1

6

そ し

酸 性 雨原 因と み ら れ る ク ツ の枯 死 が

北 海 道 と

青 森

除 く

ん ど

じ て 7j

.2008

5

29

日 に 日本 海の孤

島 ・

舳 倉 島

pH48

雨 が

7

時 間 も観 察 さ れ

こ こ で もほ と ん ど ロ マ ツが 枯 死 る のめ ら れ た

さ ら

年 7

22 − 24

目 に

無 人 島

島 ・

に お し みし た

pH4 , 4

を示 した

 

な お

島市

北 方

50km

ぶ 孤

島 ・

舳 倉 島お よ び 七

を 免れ た

自然秘 境

Fig . 1

ら の 自然 保 護 区

地 質

地 理 地 形

植 物 動 物

魚 類

な ど に

さ れ て S

141

lshikaw

. 、

 

鑞 UpP

。 ,

1

va。 ,

d

。 、lt

T

Lw・ ・1vand ・ ・lt

              噂                                                  fiMlim

     

AfterGeographical

 

Survey

 

Institute

1985

Fig

 

Location

 maps  of 

the

 solitary  

island

 of  

Hekura − jima

     and  

the

 uninhabited  

Ohshima

 

Island ,

 showing  

lhe

     sampli119  Points  of  green  n

icrobial

 mats

し か し

自 然 科 学 分 調

50

年 前わ れ た だ十 分調

わ れて い な

年 ,

地 球 暖 化が 急 速 にん で る 中 で

日 本 海 側数 少 な

あ り特 異 な 環 境舳 倉 島お よび 七 自 然 環 境 を 明 ら か る こ と は重 要

こ で

, 2008

5

27−30

日 お よ び

7

21−24H

北 國 新 聞 社 (石 川 県

市 )

舳 倉 島

調 査企 画し た

著 者は 調参 加

, 舳 倉 島

お よ び 七

人気 , 水 ,

松 林衰 退

漂 着 物 お よ び イ オ 調 査 を 行

結 果

大 気 中

NO2 ,

酸 性 雨

死 の

相 関

め ら れ た ほ か

,11 年前

ナ ホ号 重 油 流 出 事 故に よ る漂 着 も認

的 な 環 境 変 化 を 明

さ ら に

, 7

調 査

一 一

で グ リ

ン の バ イ オ トを 見

察 ・

分 析 し た結 果

に は

飛 来 し た考 え ら れ 非 晶 質

Al−Si

粒 子 が

多 数含

まれお り

藻 類

そ れ ら が取 り込 ま れ と を確 認

す な わ ち

微 生 物働 き ら れ る イ オ

地 球大 気 汚 染環 境 変 化密 接 関連 る こ を 明ら か に し たの で

報告

2 . 試 料

採 取 お よ び 実

方 法

2− 1 .

試 料 採 取

  舳 倉 島 (ら じ ま石 川 県 輪 島 市北 方 海

50km

に 位

は 約

103

ク タ

標 高 約

13m , 周

約 5km , 安

を 基 盤 と

, 対 馬海

に よ り年 間て温 暖気 候特 徴

Fig . 1

, 300

え る渡 り

中 継 地と して 野 鳥 観 察 場 所 と し て も知ら れ 孤 島

輪 島市 北 方約

25km

の海

あ り

大 島

狩 乂 島

り また じ ま

) ,

島 (

ま)

, 荒

島 (

) ,

烏 帽 子 島

ぼ し じま)

赤 島 (あか じま)

御 厨 島 (み く りや じ ま)総 称 あ り

現 在いず れ も 無

盤の

角 礫 岩 , 安

( 溶 岩 ) ,

凝 灰

角 礫

含 珪 質 岩 塊

メ ノ り な

Fig . 1

1

5

  2008 年 5

27−30

凵 に

舳 倉 島

5

気 中

NO2

測 定 用天 谷 式セ ル を 設 置 し

,24

時 間 毎回 収 し

ン試 薬

NO2

濃 度測 定 し

な お

た め に 石 川県 輪 島 市

小 松 市

福 井県 坂 井 市 安 島に お

NO2

と 降 雨採 集 を 行

舳 倉 島井 戸 水

海 水

か ら雨 を 採 取

pH ,

酸 化 還 元 電 位 (

ORP

電 気 伝 導 度

( EC ) ,

水 温

し た

ロ マ枯 死 状 態附 見 電 気 抵 抗

年 輪 幅

直 径な ど を測 定 し た

さ ら に

空 間

測 定 は

GM

TGS − 146 , ALOKA

使

用 し た

.一 方 ,1997

1

号重 油 流 出 事 故油 が

に舳 倉 島北 西 岩 場神 社 石 垣付 着 る の発 見し た

N工 工

Eleotronio  Library  

(3)

48

  

1

  

2009

日本 海孤 島 か らみ た 地 球 環 境

29

は 現目視

察 を行

持 ち た油 試

子 顕 微 鏡 観 察 を行

 

ま た

, 2008 年 7

21−24

あ る

大 島 を 調 査 し た

石 川 県 輪 島 市 教 育 委 員 会 (

1985

11が 報 告

安 山 岩凝 灰 岩

熱水

に よ 形 成さ れ た石 英

ノ ウ が

多 く

ケ イ酸 塩豊 富環 境で あ る

大 島 北 東 雨 水 出 来湧 水水 質 測

を行

ン の イ オ の採 取大 気 中チ リ お よ び ⊥壌 な 採 取 し た

( Fig , 1 ) .

イ オ や 鉱

, 粘

,X

線 粉

分 析 ( XRD )

に よ

て鉱 物 紅 成化 学 組 成 を 分 析

光 学 顕 微 鏡 走 査 型 電

子 顕 微 鏡 (

SEM

透 過 型 電 子 顕 微 鏡 (

TEM

) に よ り

, 様

観 察

分 析

EDX

に よ る点 分

を 行

, 2−2. 実

験 方

水 質測

 

2008

5

29

降 雨 お よ び

2008

7

21− 24

起 源

pH ,

 

EC ,

 

ORP

の測

地 で

に は

,HORIBA

ーLABpH

ーF − 24,HORIBA

ス タ

ACT

導 電 率

ー ES − 12,

 

HORIBA

ーACTfD − 13

. 光学顕 微鏡 観察

  大 島

ン の イ オ ト中微 生 物 を 微 分 干 渉

落 射 蛍光

い て

し た

DAPI

( 4’ , 6−diamidino −2− phenylindole

DNA

を 染 色し た試 料 も観 察 を 行 な

蛍 光 顕 微 鏡

Hg

プ と

UV − 1

フ ィ

を 用

365nm

試 料 に 照

発 生 す る 蛍 光 波 長

400nm

以 上 領 域 で観 察

微 生 物 中

DNA

DAPI

錯 体 を 形 成 青 色蛍 光を 発る こと を利 用息 す認 を

ン製

Optiphoto −2

学 顕微 鏡 干 渉 装 置

NTF2A

落 射 蛍 光 装 置

EFD3

設 置

観 察

し た

蛍 光

X

線 分 析 (

XRF )

  大 島 グ リ

ン の バ イ オ 試 料蛍 光

X

線 分 析

( XRF

に よ

分 析

日本 電 子 製

散 型 蛍 光

X

線 分

置 JSM −3201,

 

Rh −K

α

源 を 用

, 加 速

電 圧

30kV

FP

メ ン タ ル ラ メ

に よ

半 定

分析

乾 試 料乳 鉢粉 末

を作 成 分 析 を行

X

線 粉 末 回 折 分 析 (

XRD

  大 島

ン の い て鉱 物 組 成同 定を お

測 定 に は 理

1

幾社 製

RINTI200

お よ

RINT2200Ultima

使用 し た

tW

 

Cu K

α) と

Ni

ル タ

使 用

走 査 速 度

1 °

/ 分

系 DS − RSSS

1

2 °− 1

2 °− O . 3D ,

イ トモ ノ ク

d 002

3. 35A

に よ る

K β

線 除 去条 件 下

電 子 顕 微 鏡

察 (

SEM ,

 

TEM )

  大 島

の バ 表 面 形 態 観 察走 査 型 電

微 鏡 ( SEM

JERO JSM −5200LV

を 用

, 加

速 電 圧

15kV

ま た

 

SEM

取 り付 け ら れ た

X

線 分

装 置

( EDx

Philips −EDAx −Pv9800sTD )

て 元

さ ら に

微 細 な部 分観 察透 過 型 電 子 顕 微 鏡

TEM

JEOL JEM −2000EX

加 速 電 圧

160kV

3 , 結  

3 −1,

舳 倉 島 の 降 雨 測 定

,NO2

測 定

ロ マ ツ の 枯 死

   

マ ッ

, 漂着 物 , 大気 中

観 察

 

2008

5

29

日 に舳 倉 島 をは じ め

金 沢 市 金

小 松 市

8

号 線 沿

福 井 県 坂 井市 国 町

4

カ所 雨 を

質 測定

倉 島

降 雨

2

40 − 9

45

ま で

7

時 間

pH4 . 9−5. 1−4. 8

と 県内で

一 ・ 一 ・ aS

酸 性 度

竃 気 伝 導 度 (

EC

) も

169 − 151 −94

μ

S

c

高 く

ORP

303289 −371mV

酸 化 的

な お

, EC

169

μ

S

Cm

か ら 時 間 と と も に低

, 7

時 間 後に は

94

μ

S

/cm と な

と 比す る と 約

3 −5

濃 度で あ

Table

 

1

.一

じ 冂石 川

金 沢 市 金

pH5 , 7 ,

 

EC30

μ

S

cm

小 松 市

8

号 線 沿

pH6 . 5 , EC25

μ

S

cm

, 福

井 県 坂 井

国 町

pH6 . 6,

 

EC35

μ

S

/ cm

も弱 酸 性 を

 

EC

含有

イ オ

Table

 

lCharacteristics

f

 rainwater  sarnpled  at 

the

 solitary 

island

f

 

Hekura −lima,

 

i

he

 

Sea

 of

Japan

 oIl 

May

 

29 匸

h

 

2008

 

indicating

 acid rain

幣easure nt 

phce

Moasuremont

time

PH

  

EC

μ

S

cm

ORP

mV

Hekura

ma

 

Wqjima , 1

hikawa

 

PrG . 2

407

009

45

4 . 95

4 . 8

16915194 303289371

Kar

iwa − East

 

Kanazawa

 

Ishikawa

 

Pre 、 5 . 7 30 125

R8S

辷r

K

 

atsu , 15hikawa

 

P

. 6 . 5 25 125

Mikuni ,

 

S

kai ,

 

F

kui

 

Pro . 6 . 6 35 146

(4)

The Clay Science Society of Japan

NII-Electronic Library Service

The ClayScienceSociety ofJapan

30 mthff nx[ ts

±

pty

Table 2Measurement

of atmospheric

N02

at

the

solitary

island

of

Hekura-jiina in Ishikawa Prefecture, Japan,

on

May 27-29`h 2008 indicating

a

quite low

concentration of

N02.

- 2008 May27May28May29July22July2SJuly24 aurmenteotsfinefine'rainrain'finefinecloudycloudy

HeEil'ra"I'hii

Teuristshemel ee1.9di1.1 gbisllShr{ne

opO.8ee4.2

Xannen'dou

eO.4eO.4

QkutauhimeShrine' tw3.4eel.1

Sehool

gO.8eO.8

ehsimarslEmd

eO.4aso.o

Wa'imaCitY'

Wemen'aCenter 6.8 4,6ss4.6ee.4eO.8eo.O ftorimaehi ee4.6ew3.0tw3.4e2,7e1.9vaO.O

Seaside ' ee4.6 4.6mp3.8ee2.Se1.9eso.o Tunnel 4.810.66.8tws.see4,See1.S AirPort 6.8 6.1tw3Ath1.5va1,9eo,O KanaxavraCity

Kqn.azaava'itniyer.tw3・8ee4r2ee4.7

Dorraitory mp4.214,!8.7ca4.2ee4.6 7.2

KanaiwaKgliaxawa

Busroad g,22g.114.S13,3ssS.7

Seaeide 10.317.5 8,7ee3,8ee3,4 KomatguCity

thttunoniage8.0XS.217.1eeS.3 S,8

RSstreet 14.423.621.311.8 8.7 -

m

o,e

--

o.g

op

1.0.v 2.9 ge 3.0

.-

5.9

tw 6.0 -- 8.S mp 9.0

.v

11.9

ge 12.e

A.

14.9 tw ls.o

N

v,g ee 18.0

ny

28.Q

(ppb)

Fig,2

il/

Distribution

map of

dead black pine trees

at

Hekura-j{ma,

showing

dead

pine

trees located

at

the

northwestern side of

the island.

(5)

48

1

2009

目本 海孤 島 か らた 地 球 環 境

31

さ ら に

,ORP

舳 倉 島

と比

, 約 1

3

降 雨特 徴か ら降 下 する に

pH

か ら

な り

れ に

EC

ORP

  一

,2008

5

27 −30

大 気 中

NO2

濃 度 は 舳 倉 島 が

0 , 4 −4. 2ppb

で非 常値 を示 し

同 日輪 島 市

NOz

3. 0−10. 6ppb

り ,

の 上 に金 沢 大

3. 8−4. 7ppb

ほ ぼ同 程 度

か し

自動 車

交 通 量 が 多 沢 市石 町小 松

1

8. 0− 28 . lppb

値 を示し た

( Table

 

2) .

ち な み

. 舳倉

自動車

こ れ ら

NO2

動車

に 比 例 し て お り

西方 向か らに か け て

NO2

濃 度 が 高 くな て い る

2008

7

22 −23

日 に

NO

me

度 は

,0, 0−0, 4ppb

と 非 常

同様

輪 島 市

金 沢 市

NO2

は そ れ ぞ れ

0. 0 −6. 5ppb,3. 813 、 3pbb

あ り

t

 

5

測 定 結 果 ほ ぼ同 様傾 向め ら れ た

  2008 5

27−29

舳 倉 島

に お て クロ マ ツ の

状 態 を 目

観 察

, 枯

半 枯

健 全分 け

分 布 を地 図

ツ の プ を作 成 し

Fig . 2

50

年 前に は そ う 松 林

分布

し て

し か し

, 約 20 年 前

ロ マ

分布

と比 較 す

北 西海 岸沿 新 た植 林 したか り松 まで が枯 死 また は

状 態あ り

, 束

み が健 全

植 え た ば

50−100cm

の松ほ と ん どが 半 枯 死 状

あ り

環 境変 化し て

.一 方 , 一

舳 倉

大 気 中

NOz

が 石 川 県

番 低値 を示 し たも か

か わ ら

酸 性降 り

北 西 側 の

み に

影響

る こ

大 陸

汚 染 物 質飛 来 を示 唆 し

Table

 

2

 

漂 着 物 調 査結 果

北 西 海 岸

神 社

に は

,1997 年

ナ ホ

1・

に よ る重 油 流 出

の油 が 未だ に岩 石 表 面黒 く付 着 め ら

ほ と ん ど

乾燥

も消

, 軽 く剥離

状 態 た が

,一

半 生 状 態油 滴 も認れ た

文 字

中 国

字 ,

ロ シ ア文 字 印刷さ れた 漁

生 活 用 品

材 木 な どの ゴ

も認め ら れ た

れ ら漂 着 物国 や

台 湾か ら西の風 対 馬 海に乗

倉 島

し た と が示 唆さ れ る

 

舳 倉 島い て

, 2008

5

27 − 29

に よ り 採 取 し た 大 気 チ リに は 物 質 が 認れ た

最 も顕 著 な も

直 径 約

10−0. 4

μm の フ ラ

Fig . 3A

菊 花 模

ジ プ サ

( Fig . 3B ) ,

花 粉

Fig . 3C

分 散 分 析ラ イ

化 学 組 成

,Al

Si 1

2

を 主 成

少 量

K , Fe

ま れ

ジ プ サ ム の粒 子

Si ,

 

S ,

 

Ca

あ り

少 量

Al ,

 

K

 

Fe

も含 まれ

花 粉

S,

CI

を主 と

 

Al,

 

Si,

 

P ,

 

K ,

 

Ca

( Fig . 3 ,

  arrows

) .

Fig . 3

 

Scanning

 electron  micrographs  of aerosol  

dust

 

taken     from

 

Hekura − jima

 on 

May

 

27 29

h 

2008

 

indicating

 

the

   

prescnce

 of 且

y

 asb

A

 

gypsum

B

 and  

pollen

 

from

   

pine

 

trees

C

石 炭燃 焼 物考 え ら

ロ マ花 粉 はず れ も

Al

Si

を 含す る

(6)

The Clay Science Society of Japan

NII-Electronic Library Service

The ClaySclenceSociety of Japan

32 }Hca Mtl: mu

±

FFge

Fig4White

and

green

microbial mats

(A, B>

were

identified

on

the

surface of tuff rock at

Ohshima Island,

suggestmg

that

rainwater

that had

seeped

into the

rock was subsequently exuded

from

cracks within

the

rocks.

The

green

microbial mats were collected

from the

surface of

the

rock

(C).

参照

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