富士五湖の水はどこからきているか？

2021-09-22

炭素14をトレーサー（追跡子）とした検討によって、河口湖では御坂山地の地下水による影響を確認

炭素14をトレーサー（追跡子）とした検討によって、河口湖では御坂山地の地下水による影響を確認

2021-09-21 東京大学大気海洋研究所

発表のポイント

◆富士五湖で各々の湖水の炭素14（¹⁴C）濃度（注1）測定を毎月1年間、世界最高頻度で実施し、広域的な地下水の値と比較して、湖沼水のトレーサーとしての可能性を検討した。
◆その結果、河口湖の¹⁴C濃度は他の湖に比べ極端に低く、河口湖の湖水は御坂山地の地下水による影響が大きいことが初めて定量的に示された。
◆本研究の成果は、古環境研究における¹⁴C年代測定の高精度化に寄与するほか、世界文化遺産を構成する富士五湖周辺域の環境研究においても有用な情報を提供する。

発表者

太田　耕輔（東京大学大学院理学系研究科／大気海洋研究所　博士課程2年）
横山　祐典（東京大学大気海洋研究所／理学系研究科　教授）
宮入　陽介（東京大学大気海洋研究所　特任研究員）
宮島　利宏（東京大学大気海洋研究所　助教）
山本　真也（山梨県富士山科学研究所　研究員）

発表概要

東京大学大気海洋研究所の太田耕輔氏（博士課程学生）、横山祐典教授、宮入陽介特任研究員、宮島利宏助教、山梨県富士山科学研究所の山本真也研究員らは、富士五湖のうち、本栖湖・西湖・河口湖・山中湖の湖水・地下水の¹⁴Cの測定を行いました。加速器質量分析（注2）とボックスモデル（注3）を用いた解析により、富士五湖における地下水の寄与率を推定しました。富士五湖は富士山と御坂山地に囲まれており、複雑な地質から地下水の定量的な研究が限られていました。そこで湖水・地下水の溶存¹⁴Cが水の起源に敏感に応答することから、これまでにない高精度・高頻度な測定を行いました。その結果、地下水の¹⁴C濃度が採水地点によって大きく異なることが明らかになり、河口湖の湖水は御坂山地の地下水による影響が大きいことが示されました。今後調査を続けることで、富士五湖における湖水の由来をより正確に明らかにできると考えられます。

さらに、夏季の生物生産増大によって湖水の¹⁴Cが湖底堆積物に取り込まれている可能性が明らかになりました。古環境研究で広く用いられる堆積物の¹⁴C年代測定では、炭素レザボア効果（注4）を考慮する必要があります。今回の研究結果は古環境研究における¹⁴C年代測定の高精度化に貢献する成果です。

発表内容

【研究背景】
富士五湖は世界文化遺産富士山の構成資産であり、それらを形成する湖水環境は古くから着目されてきました。湖水・地下水は地域の生態系を支える重要な環境要素であるとともに、文化資源・観光資源としても重要な存在です。富士五湖に貯留される水は降水・地下水が主な起源だと考えられていますが、富士山・御坂山地に囲まれた複雑な地質から地下水の定量的な検討例は限られていました。また、堆積物を用いた古環境研究（例えば、富士山の降下火山灰を用いた噴火史の復元など）では¹⁴C年代測定が広く用いられていますが、炭素レザボア効果と呼ばれる、水や堆積物が生成年代よりも古い¹⁴C年代を示す現象が知られています。そのため、有機物や炭酸塩など様々な形態で存在する¹⁴Cの移動過程を検討する必要があります。

本研究では、富士五湖を対象に世界で初めて湖水中¹⁴C濃度を1ヶ月に一度の高頻度で測定し、地下水の¹⁴C濃度と比較することで¹⁴Cを水循環のトレーサー（追跡子）として検討しました。さらに、湖底堆積物に含まれる¹⁴C と比較することで湖水-堆積物間の炭素移動過程について推定を行いました。

【研究内容】
富士五湖は富士山の活動とともに形成された火山性のせき止め湖であり、北側は御坂山地、南側は新富士火山の溶岩に囲まれています（図1）。本栖湖・精進湖・西湖の湖水面はほぼ等しく、標高900m近くです。また、西湖の東側にある河口湖の湖水面は標高831m、山中湖は標高981mであり、山中湖以外は表層水の常時流出経路はありません。

本研究では富士五湖周辺の湖水を2018年6月から2019年4月まで毎月採取し，地下水，河川水については、2019年10月から11月にかけて採水・分析を行いました。湖水の¹⁴C濃度を長期間毎月間隔で測定するためには精度の高い測定技術と採水時に特別な取り扱いが必要であるため、世界の湖における研究例を見ても本研究が初めてとなります。

分析には、シングルステージ型加速器質量分析装置（東京大学大気海洋研究所所有）を用いました。さらに、本研究では、湖周辺の複数地点から地下水試料に対しても¹⁴Cの測定を行い、それらの値を湖水と対比することで、それぞれの湖における地下水の寄与を推定しました。

本栖湖・河口湖の¹⁴C濃度は夏季に低くなること，河口湖の夏季表層水が最も低い¹⁴C濃度をもち、本栖湖の冬季表層水が最も高い¹⁴C濃度を示すことが明らかになりました。湖水の¹⁴C濃度を長期間毎月間隔で測定した研究はこれまでになく、高精度な結果が得られました。本研究によって、地下水の¹⁴C濃度が湖の富士山側と御坂山地側によって大きく異なることが明らかになり、河口湖の湖水は御坂山地の地下水による影響が大きいことが示されました（図2）。今後調査を続けることで、富士五湖における湖水の由来が推定できる可能性があります。

本研究の結果は、7月から11月の本栖湖の¹⁴C濃度が、先行研究で報告された本栖湖表層堆積物の値とよく一致するため、夏季の生物生産増大によって湖水の¹⁴Cが取り込まれている可能性が示されました。堆積物の¹⁴C年代測定において、炭素レザボア効果などを考慮する必要がありますが、同様の手法を他の湖沼にも適用することによって、古環境研究における¹⁴C年代測定の高精度化につながることが期待されます。

発表雑誌

雑誌名：「Elementa: Science of the Anthropocene」（9月20日付）
論文タイトル：Lake water dissolved inorganic carbon dynamics revealed from monthly measurements of radiocarbon in the Fuji Five Lakes, Japan
著者：Kosuke Ota*, Yusuke Yokoyama*, Yosuke Miyairi, Shinya Yamamoto, & Toshihiro Miyajima
DOI番号：10.1525/elementa.2020.00149
アブストラクトURL：https://doi.org/10.1525/elementa.2020.00149

問い合わせ先

東京大学大気海洋研究所　附属高解像度環境解析研究センター
教授　横山　祐典（よこやま　ゆうすけ）

用語解説

注1：炭素14（¹⁴C）濃度: 炭素の質量数14の放射性同位体（¹⁴C）を用いて水や有機物などの試料を測定する手法です。湖水・地下水は溶存無機炭素として¹⁴Cを含んだ炭素を取り込みますが、大気から隔離された段階で、¹⁴C濃度が減り続けます。そのため、水の¹⁴C濃度を調べることで水の由来を推定することができます。
注2：加速器質量分析: ¹⁴Cは、地球表層に1兆分の1以下と極めて少ない量しか存在しません。そのため、測定の妨害となる核種を取りのぞくために、加速器質量分析器が用いられます。本研究で用いたシングルステージ型加速器質量分析器は日本で唯一の装置となります。
注3：ボックスモデル: ボックスモデルとは、自然界の空間を種類によっていくつかの系（≒箱）に分割し、箱同士の物質の移動を模したものです。環境システムや生態系，海洋循環や炭素循環の研究などに広く用いられています。本研究では、系を湖水・降水・地下水の3つに分割し、解析を行っています。
注4：炭素レザボア効果: ¹⁴C年代測定では、生物活動や化学反応を通じて堆積物が生成年代よりも古い¹⁴C年代を示す現象が知られています。湖沼では土壌や地下水によってもたらされる炭素レザボア効果の地域差が顕著であり、地下水や湖水について詳細な検討が必要とされています。