我が国における金属由来の粒子酸化能の大気中濃度について、初めて予測に成功、発生源別の寄与率を評価

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健康影響の低減に効果的な大気汚染物質の削減に向けて

2021-04-22 京都大学

五十嵐康人 複合原子力科学研究所教授は、気象庁気象研究所、日本自動車研究所、国立環境研究所、計量計画研究所、聖路加国際大学、慶應義塾大学と共同で、我が国における金属由来の粒子酸化能の大気中濃度について、試薬実験と野外観測の結果を元にした数値シミュレーションで初めて予測に成功し、その発生源別の寄与率を評価しました。

大気中の微小粒子状物質(PM2.5)の質量濃度は、慢性・急性の呼吸器・循環器疾患や早期死亡に関連があることが従前から指摘されています。近年、肺に取り込まれた粒子状物質(PM)が生体に与える酸化ストレスを試験管系 で評価する手法として、粒子の酸化能(Oxidative Potential; OP)を用いた研究が盛んに行われています。OPは、PM中の遷移金属と有機物が主要因とされ 、海外においては呼吸器・循環器系への急性疾患と強い関連性を持つことがわかってきましたが、数値シミュレーションを活用したOPの大気中濃度の予測研究はこれまでほとんど行われてきませんでした。

本研究グループは、まずOPが高いと言われている遷移金属のうち、発生量も比較的多い、銅(Cu)、鉄(Fe)、マンガン(Mn)、ニッケル(Ni)、バナジウム(V)に着目し、各金属の単位質量濃度あたりの酸化能の試薬実験結果を掛け合わせて合計することで得られる金属由来のOP(transition metal based cumulative oxidative potential; OPtm*)を数値シミュレーションと西日本における野外観測から算出し、両者の比較からその予測可能性と発生源寄与率を我が国において初めて評価しました。

その結果、両者の値やその変化傾向がよく一致したことから、OPtm*の分布がある程度精度よく予測できることが示されました。また、春先は人為起源の影響が小さくなる傾向(黄砂の寄与が増加)や、寒候期に国内寄与率が小さくなる傾向(越境汚染の寄与の増加)があることもわかりました。さらに、我が国の人為起源排出量においては、主にブレーキ粉塵や鉄鋼業、次いで発電所、排気ガス、鉄道などからの寄与が示されました。

本研究では、有機物のOPを考慮していないため、今後、数値シミュレーション技術のさらなる改良とともに、大気科学、分析化学、毒性学、疫学の連携研究が求められます。
本研究成果は、2021年3⽉22⽇に、国際学術誌「Scientific Reports」に掲載されました。


図:(左)鳥取県米子市における全粒径(微小+粗大)OPtm*の観測値(青)と予測値(赤)。期間は2013年3月から12月、時間分解能は1日。(右)予測値における発生源寄与率(赤:人為起源の割合、緑:微小粒子の割合、青:国内寄与率)。見やすさのため10日平均値を表示。

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研究者情報
研究者名:五十嵐康人

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