KAKENHI (Grants-in-Aid for Scientific Research) -
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琵琶湖深部湖底における湧水・メタンの形成機構と同湧水が環境に与える影響の評価
Grant number：23K03494 2023.4 - 2026.3
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(C)
小泉 尚嗣, 山野 誠, 角皆 潤, 笠谷 貴史, 後藤 慎平, 岸 和央, 細井 祥子, 丸尾 雅啓, 山野 誠, 角皆 潤, 笠谷 貴史, 後藤 慎平, 岸 和央, 田辺祥子, 丸尾 雅啓
Authorship：Coinvestigator(s) Grant type：Competitive
Grant amount：\4810000 （ Direct Cost: \3700000 、 Indirect Cost：\1110000 ）
定期観測として、2か月に1回程度の頻度で、ガス（メタン）を伴う深部湖底湧水の湧出孔周辺で採水・採ガス・採泥・生物採取等を行う。ガスによる音響異常の分布を水中音波探査で把握する。水の酸素・水素同位体比や水質、メタンの濃度や炭素・水素同位体比を測定し、音波探査の結果を考慮して深部湖底湧水とメタンの起源・形成機構を推定する。また、水・泥の中や生物腸内の細菌・古細菌のメタゲノム解析も行う。他方、同湧水の湧出孔付近で湖底温度を連続観測して湧出量の時間変化を把握し、定期観測における水質の変化等と比較する。以上によって、深部湖底湧水の、琵琶湖環境への物理的・化学的・生物学的影響を評価する。
・高島市沖で（深部湖底湧水に伴うと考えられる）ガス音響異常が広範囲に分布することを確認した。分布の仕方に特に規則性は見られないが、現時点では、湖底深度が60mを越えるところに分布している。同湧水は、湖底付近の水質に大きな影響は与えないものの、琵琶湖最深部付近の湧水場所（Y1）の湖底では，溶存酸素濃度を若干低くする影響を与えている可能性がある。Y1直上の湖面で採集したガスの主成分はメタンであり、湖底堆積物中に広く見られているメタンと同位体組成の特徴がほぼ一致した。
・湧水活動に伴う高熱流量異常が継続していることを確認した。2022年10月～2023年3月に得た約170日間のデータから、湖底水温変動の伝播は伝導のみによるとして堆積物の熱拡散率を求めると、異常に高い値となった。この結果は、堆積物中を流体が下向きに動いていることを示唆している。湧水地点で単純に湖底から上向きに水がでているだけでなく下向きの水流もあり得ることを示していて興味深い。
・2023年7月にH5近傍のT1の琵琶湖湖底および表層にて採水された水からDNAを抽出し、細菌・古細菌のメタゲノム解析を行った結果、両層ともにメタン生成菌の存在は見られず、2022年の結果とは異なった。
・2023年の調査では、存在を確認できなかったが、2022年の調査では深部湖底にメタン生成菌が確認されたので深部湖底堆積物中にメタン生成菌はいるものとして、琵琶湖周囲の陸地に降った降水が地下水となって沈み込み、琵琶湖深部湖底の基盤を通して湧出しているというモデルを考えた。この場合、湧出する際に熱も供給するので、湖底堆積物中のメタン生成菌が活性化されてメタンが生成されていると考えれば、湧水とともにメタンが出ていることや、湧水場所の直上の湖面で採集されたメタンの同位体組成の特徴が、湖底堆積物中のメタンのそれと一致することが説明できる。
特に大きなトラブルがなかった。
調査に用いていた滋賀県立大学の実習調査船：はっさかⅡの係留港の出口付近に土砂が堆積したため、2024年8月に予定されている浚渫が実施されるまで、はっさかⅡの出港が困難である。したがって、2024年8月までは、水中音波探査や湧水場所付近の水質調査やガス・湖水の採集ができない見込みである。2024年9月以降にできるだけ調査回数を増やして2024年度前半の調査の少なさをカバーして計画をすすめる予定である。 -
High-sensitivity tracer assay for oxygen consumption rate in seawater and freshwater
Grant number：22H00561 2022.4 - 2026.3
Japan Society for the Promotion of Science Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (A) Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
Authorship：Principal investigator Grant type：Competitive
Grant amount：\43030000 （ Direct Cost: \33100000 、 Indirect Cost：\9930000 ）
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Grant number：22K03783 2022.4 - 2025.3
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(C)
風早 竜之介, 篠原 宏志, 森田 雅明, 角皆 潤, 篠原 宏志, 森田 雅明, 角皆 潤
Authorship：Coinvestigator(s) Grant type：Competitive
Grant amount：\4160000 （ Direct Cost: \3200000 、 Indirect Cost：\960000 ）
桜島の爆発的噴火の発生前後での火山ガス放出率の変動および噴火時の放出量の定量に基づき、爆発的噴火の発生過程を明らかにすることを目的とする。地上観測データに加え，人工衛星観測データ解析により噴火前後でのガス放出率変動および噴火時放出量を推定する。セスナ機を用いた広域でのSO2放出率分布観測および噴煙組成観測を実施し、噴煙移流拡散や気象要素の影響の評価を行い、地上・衛星観測結果の誤差評価・補正を行い、火山ガス放出率変動を定量化する。
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High-sensitivity tracer assay for oxygen consumption rate in ocean and lakes using 17O as a tracer
Grant number：19K22908 2019.6 - 2021.3
Japan Society for the Promotion of Science Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory) Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
Tsunogai Urumu
Authorship：Principal investigator Grant type：Competitive
Grant amount：\6240000 （ Direct Cost: \4800000 、 Indirect Cost：\1440000 ）
A new method to quantify the respiration rates in water columns by using the trace stable oxygen isotope (O-17) as a tracer is developed. In this method, the oxygen molecules of which oxygen atoms have been replaced by O-17 are added to water samples sealed in glass bottles. Because the added oxygen molecules were converted to water molecules in the bottles through respiration, the respiration rates can be estimated by measuring temporal variations in the triple oxygen isotopic compositions of water. By using the new method, vertical distributions of respiration rates were measured in the water columns of a costal ocean area and a mesotrophic lake where hypoxic water mass can be found at the bottom. We concluded that the water column respiration is as important as the respiration in the water-sediment interface during the formation of the hypoxia in each water column. The new method can be applicable to determine the respiration rates in the open ocean water columns as well.
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Quantifying nitrate dynamics in hydrosphere using triple oxygen isotopes as tracers
Grant number：17H00780 2017.4 - 2021.3
Japan Society for the Promotion of Science Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
Tsunogai Urumu
Authorship：Principal investigator Grant type：Competitive
Grant amount：\42380000 （ Direct Cost: \32600000 、 Indirect Cost：\9780000 ）
Vertical distributions of both concentrations and the O-17-excesses of nitrate were determined four times during one year within the mesotrophic water column of Lake Biwa. By using both the deposition rate of atmospheric nitrate onto the entire surface of the lake and the influx/efflux of nitrate via streams, we quantified the annual dynamics of nitrate (gross production rate of nitrate through nitrification and gross metabolic rate of nitrate through assimilation) based on the O-17-excess method. The results revealed that 642 Mmol of the remineralized nitrate was supplied into the water column through nitrification in the lake on an annual basis, while 810 Mmol of nitrate was metabolized in the lake through assimilation. In addition, the total metabolic rates of nitrate varied seasonally, with the highest rates in summer and the lowest in winter. We concluded that the O-17-excess method reliably estimates the dynamics of nitrate in mesotrophic lakes.
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Determination on the stable isotopic compositions of water vapor in volcanic plume using Cavity-ring down spectroscopy
Grant number：16K13914 2016.4 - 2018.3
Japan Society for the Promotion of Science Grant-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
Tsunogai Urumu
Authorship：Principal investigator Grant type：Competitive
Grant amount：\3510000 （ Direct Cost: \2700000 、 Indirect Cost：\810000 ）
The stable isotopic compositions of water vapor emitted during volcanic eruptions can be useful tracers to differentiate magmatic eruption from phreatic eruption. In this study, a simple and convenient analytical system was developed to determine both concentration and stable isotopic compositions of atmospheric water vapor in volcanic plume sampled in glass bottles using Cavity-ring down spectroscopy. By using the analytical system developed in this study, we can estimate the stable isotopic compositions of water vapor in a volcanic fumarole remotely from those in volcanic plume derived from the volcanic fumarole.
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Geochemical cycling induced by lightning to ocean surface
Grant number：15K12181 2015.4 - 2017.3
Japan Society for the Promotion of Science Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
Kameyama Sohiko, TANIMOTO Hiroshi, OGAWA Hiroshi, TSUNOGAI Urumu, YAMASHITA Youhei
In this study, we investigate possibilities that lightning to ocean surface induces geochemical cycles. Pulse discharge was used to simulate natural lightning. Seawater, river water and pure water were discharged under pure air or argon atmosphere. We found significant production of nitrogen oxides such as nitrate, nitrite and nitrous oxide. Both production and consumption were occurred for dissolved organic matters.
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対流圏オゾンの三酸素同位体組成測定
2014.4 - 2017.3
科学研究費補助金 基盤研究(A)
Authorship：Principal investigator
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Triple oxygen isotopic compositions of tropospheric ozone
Grant number：26241006 2014.4 - 2017.3
Japan Society for the Promotion of Science Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (A) Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
Tsunogai Urumu
Grant type：Competitive
We determined the triple oxygen isotopic compositions of tropospheric ozone from those in nitrate that had been produced on the nitrite-coated filters through the reaction between nitrite and ozone. We found that the triple oxygen isotopic compositions of tropospheric ozone taken in Nagoya were mostly larger than those taken in Niigata during the observation in winter.
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無人航空機で拓く新しい火山観測：噴煙の水素同位体比を利用した遠隔噴気温度測定
2014.4 - 2016.3
科学研究費補助金
Authorship：Principal investigator
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最新の安定同位体分析技術を応用した海洋物質循環速度定量法の革新
2013.4 - 2015.3
科学研究費補助金 新学術領域研究(研究領域提案型)
角皆 潤
Authorship：Principal investigator
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三酸素同位体組成を指標に用いた陸水環境中の硝酸の総同化速度定量法開発
2012.4 - 2014.3
科学研究費補助金
Authorship：Principal investigator
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硝酸の三酸素同位体組成を指標に解析する東アジア域の大気光化学過程の現状と変化
2011.4 - 2014.3
科学研究費補助金 基盤研究(A)
Authorship：Principal investigator
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海水中硫化ジメチルおよび関連有機化合物の高時間分解能計測手法の確立
2011.4 - 2014.3
科学研究費補助金 基盤研究(B)
谷本浩志
Authorship：Coinvestigator(s)
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硝酸の同位体組成を指標に用いた植物の窒素同化過程解析
2010.4 - 2012.3
科学研究費補助金
Authorship：Principal investigator
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硝酸の三酸素同位体組成を指標に用いた大気から沈着した窒素の環境動態解析
2008.4 - 2011.3
科学研究費補助金 基盤研究(B)
Authorship：Principal investigator
本研究では、東アジア域では初となる一般水環境試料中に含まれるNO3-のΔ17O組成定量を実現し、そのNO3-中に含まれる大気由来のNO3-(NO3-atm)の混合比のトレーサーとしてのΔ17O組成の信頼性を検証するとともに、その有用性を実証することを目的としている。特に、全NO3-中に占めるNO3-atm 混合比は、定常状態下では、総NO3-供給速度に対する大気からのNO3-atm沈着速度の相対比に等しいので、これを活用する。まず北海道の利尻島において、長期に渡って湿性沈着試料を集めてNO3-atmのΔ17O組成の連続観測を成功させ、その年平均値(Δ17Oatm)を見積もった。次に同島の森林域から流出する地下水試料中のNO3-について、Δ17O値定量を実現し、Δ17Oatm との比較から、大気から沈着した窒素が森林生態系によって浄化される過程を定量的に評価した。さらに摩周湖の湖水中に溶存するNO3-のΔ17O組成の分布を定量し、大気から貧栄養の水環境下に沈着したNO3-atmの挙動を定量化した。
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海洋表層における生物起源微量気体の生成・分解過程とその気候変化への応答
2006.4 - 2011.3
科学研究費補助金 特定領域研究
Authorship：Principal investigator
本研究では海水中の複数の揮発性有機化合物(VOC)を連続的に測定するために平衡器インレット-陽子移動反応質量分析計(EI-PTR-MS)を開発した。対象とした6種のVOC(硫化ジメチル(DMS)、イソプレン、プロピレン、アセトン、アセトアルデヒド、メタノール)について、室内実験で平衡到達度や応答時間の評価を行った。海水試料とキャリアガスの間の平衡はVOCの溶解度に依存し、プロピレンとイソプレンは平衡に達しなかったが、他のVOCは平衡器内で十分に平衡に達していた。我々は、西部北太平洋における研究航海においてEI-PTR-MSを初めて運用し、サンプリング手法による汚染の影響が無い事を確認した。EI-PTR-MSで得られたDMSとイソプレンの結果をGC法で得られた結果と比較し、概して良く一致することが分かった。EI-PTR-MSは小さい時空間スケールにおける海水中のVOCの変動を捉えることができており、複数のVOC種を同時かつ連続的に測定する能力を有していることが実証された。
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サハリンおよび南プリモーリエ州周辺に湧出するメタンおよび軽炭化水素類の起源
2005.4 - 2007.3
科学研究費補助金 二国間交流事業
Authorship：Principal investigator