18:15 〜 19:30
[BCG28-P05] 千葉県手賀沼の湖底堆積物に含まれる粘土鉱物のTEM観察
キーワード：湖底堆積物, TEM, 粘土鉱物, カオリナイト, ハロイサイト
1. はじめに
地球表層の土壌や, 河川湖沼の堆積物には, 鉱物(例えば, Ryan, 2014)のみならず, 微生物(例えば, Lovley et al., 2004)も普遍的に存在し, それらの間では化学的な相互作用が生じることが知られている(Southam, 2012). 例えば, 鉄還元細菌と酸化鉄の反応に関する研究(Bose et al., 2009)など, この相互作用は, 鉱物の溶解, 沈殿, 相転移, 酸化還元と関連がある(Dong and Lu, 2012). このように, 鉱物-微生物相互作用に関する研究は, 地球表層の元素移動プロセスを解明する上で重要である.
鉱物-微生物相互作用の観察には, 透過型電子顕微鏡(TEM)が広く利用されている(例えば, Kawano and Tomita, 2001; Tazaki, 2005). 従って, 天然における鉱物-微生物相互作用の解明には, まずTEMによる土壌や堆積物中の鉱物の記載が不可欠である. しかしながら, 河川や湖沼の堆積物に含まれる鉱物をTEMで観察した研究例は少ない. 本研究は, 湖沼の堆積物に含まれる鉱物について, 主にTEMを用いて記載し, その特徴を明らかにすることを目的とした.
2. 実験方法
2014年10月19日に, 千葉県の手賀沼の湖底堆積物を採取した. 湖底堆積物は, 直径5 cmの筒状塩化ビニル製パイプを用いて, 堆積物表面から約20 cm差し込んで採取した円筒状の湖底堆積物を, 表層部と深部に分けてサンプリングした. 採取した湖底堆積物は, 走査型電子顕微鏡(JEOL JSM6330F), 透過型電子顕微鏡(JEOL JEM-2100, JEM-2100F), 粉末X線回折装置(Rigaku RAD-A), フーリエ変換赤外分光光度計(JASCO FT/IR-300)により観察・分析を行った.
3. 結果・考察
XRDにより, 湖底堆積物の表層部と深部は主に, quartz, orthoclase, plagioclase, kaolin (kaolinite, halloysite)より構成されることが明らかとなった. SEM観察から, 10-30 μmの生物遺骸が普遍的に確認された. IRスペクトルから, 脂肪酸C-H伸縮振動を含む有機物に由来するスペクトルの存在が確認できた. これは, 生物遺骸に起因するものと考えられる. TEM観察の結果, kaolinite, halloysite, 生物遺骸の存在が確認された.
kaoliniteは, 粒径1-4 μmの板状粒子であり, この点では先行研究と調和的である(Sudo et al., 1980). EDS分析の結果, kaoliniteは, Si, Al, OのほかにK, Na, Feが検出された. halloysiteは, 粒径100-200 nmの管状ないし球状の形態を示し, 先行研究と調和的である(Sudo et al., 1980; Singh and Gilkes, 1992). EDS分析の結果, halloysiteもkaoliniteと同様に, Si, Al, OのほかにK, Na, Feが検出されたが, 電子回折像は現れなかった.
一般に, kaolin (理想式Al2Si2O5(OH)4) は層電荷をもたない(Ryan, 2014). しかし, 少量のAl3+がFe2+に同形置換すると, わずかに負電荷を帯びる(Detellier and Schoonheydt, 2014). よって, 観察されたkaoliniteやhalloysiteは, 少量のAl3+→Fe2+置換によりわずかに負電荷を帯び, K+やNa+が層間に存在するものと考えられる.
今回の結果より, kaoliniteやhalloysiteの層構造と構造式には幅広い多様性が存在することが示唆された.
地球表層の土壌や, 河川湖沼の堆積物には, 鉱物(例えば, Ryan, 2014)のみならず, 微生物(例えば, Lovley et al., 2004)も普遍的に存在し, それらの間では化学的な相互作用が生じることが知られている(Southam, 2012). 例えば, 鉄還元細菌と酸化鉄の反応に関する研究(Bose et al., 2009)など, この相互作用は, 鉱物の溶解, 沈殿, 相転移, 酸化還元と関連がある(Dong and Lu, 2012). このように, 鉱物-微生物相互作用に関する研究は, 地球表層の元素移動プロセスを解明する上で重要である.
鉱物-微生物相互作用の観察には, 透過型電子顕微鏡(TEM)が広く利用されている(例えば, Kawano and Tomita, 2001; Tazaki, 2005). 従って, 天然における鉱物-微生物相互作用の解明には, まずTEMによる土壌や堆積物中の鉱物の記載が不可欠である. しかしながら, 河川や湖沼の堆積物に含まれる鉱物をTEMで観察した研究例は少ない. 本研究は, 湖沼の堆積物に含まれる鉱物について, 主にTEMを用いて記載し, その特徴を明らかにすることを目的とした.
2. 実験方法
2014年10月19日に, 千葉県の手賀沼の湖底堆積物を採取した. 湖底堆積物は, 直径5 cmの筒状塩化ビニル製パイプを用いて, 堆積物表面から約20 cm差し込んで採取した円筒状の湖底堆積物を, 表層部と深部に分けてサンプリングした. 採取した湖底堆積物は, 走査型電子顕微鏡(JEOL JSM6330F), 透過型電子顕微鏡(JEOL JEM-2100, JEM-2100F), 粉末X線回折装置(Rigaku RAD-A), フーリエ変換赤外分光光度計(JASCO FT/IR-300)により観察・分析を行った.
3. 結果・考察
XRDにより, 湖底堆積物の表層部と深部は主に, quartz, orthoclase, plagioclase, kaolin (kaolinite, halloysite)より構成されることが明らかとなった. SEM観察から, 10-30 μmの生物遺骸が普遍的に確認された. IRスペクトルから, 脂肪酸C-H伸縮振動を含む有機物に由来するスペクトルの存在が確認できた. これは, 生物遺骸に起因するものと考えられる. TEM観察の結果, kaolinite, halloysite, 生物遺骸の存在が確認された.
kaoliniteは, 粒径1-4 μmの板状粒子であり, この点では先行研究と調和的である(Sudo et al., 1980). EDS分析の結果, kaoliniteは, Si, Al, OのほかにK, Na, Feが検出された. halloysiteは, 粒径100-200 nmの管状ないし球状の形態を示し, 先行研究と調和的である(Sudo et al., 1980; Singh and Gilkes, 1992). EDS分析の結果, halloysiteもkaoliniteと同様に, Si, Al, OのほかにK, Na, Feが検出されたが, 電子回折像は現れなかった.
一般に, kaolin (理想式Al2Si2O5(OH)4) は層電荷をもたない(Ryan, 2014). しかし, 少量のAl3+がFe2+に同形置換すると, わずかに負電荷を帯びる(Detellier and Schoonheydt, 2014). よって, 観察されたkaoliniteやhalloysiteは, 少量のAl3+→Fe2+置換によりわずかに負電荷を帯び, K+やNa+が層間に存在するものと考えられる.
今回の結果より, kaoliniteやhalloysiteの層構造と構造式には幅広い多様性が存在することが示唆された.