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[BCG06-08] 断層湖内で湧出する深部炭素が表層水圏に及ぼす空間的影響評価：放射性炭素アイソスケープ解析
キーワード：放射性炭素分析、断層湖、溶存無機炭素、メタン
糸魚川静岡構造線（ISTL）と中央構造線（MTL）の交点に位置する諏訪湖は，ユーラシアプレートと北アメリカプレート境界のプルアパート堆積盆というユニークな地質学的特徴を持つ，日本で最も代表的な断層湖である．諏訪湖は湖面積の約40倍の集水域（512km2）と31の流入河川を持つため，堆積速度が非常に速く（～1cm/yr），諏訪湖の堆積層は370m以上とされている．この堆積層の深部には膨大なメタンガスが埋蔵されており，諏訪湖内の複数箇所で活発なメタン湧出を定常的に確認することができる[1]．諏訪湖の厳冬期には全面結氷が起こるが，この活発なガスの湧出地点は凍らない「釜穴（かまあな）」として知られる[1]．
湧出ガスの主要成分はメタン（90.1%）であり，その他には二酸化炭素（7.0%）や窒素（0.5%）が含まれている．メタンの炭素同位体比（δ13C = -65.6‰）やメタン/エタン比（2.2×104）から，湧出ガスに含まれるメタンは微生物起源と推定される．放射性炭素を分析した結果，メタンや二酸化炭素は14C-deadを示し（Δ14CCH4 = -989.8 ±0.3 ‰，Δ14CCO2 = -951.2 ±1.0 ‰），大気と隔絶された深部地下圏由来であることが分かっている．また，湧出サイト周辺で採水した表層湖水の溶存無機炭素（DIC）の値はΔ14CDIC = -630.6 ±1.7 ‰であり，深部由来の炭素が無機化および溶存を経て，湖水に取り込まれている様子が明らかになった[1]．
本発表では，湧出ガスに由来する深部炭素の影響について，湖水系全体の放射性炭素アイソスケープ解析を行ったので報告する．表層湖水および河川水を計12か所で採水し，既報[2,3]の通りに分析した結果，放射性炭素の値はΔ14CDIC = -459.7～-97.0 ‰であり，唯一の流出河川である天竜川ではΔ14CDIC = -127.3 ‰であった．また，主要流入4河川（上川，宮川，砥川，横河川）のDICの値はΔ14CDIC = -91.8～-60.8 ‰であったため，この差分は湧出ガスに含まれる深部炭素の影響と推測される．諏訪湖全体をみると，諏訪湖南部の値は北部よりも14C-depletedの傾向がある．これは諏訪湖南部の方が深部炭素の湧出フラックスが大きい可能性が考えられる. 放射性炭素アイソスケープと比較するために，その空間的な赤外線イメージマップを作製している．
次に，水圏の基礎生産者[4]を起点とする生態系全体に目を向けると，諏訪湖に生息するワカサギ（Δ14C = -97.9～-89.0‰）やオオクチバス（Δ14C = -97.7～-82.0‰）は湖水DICと河川水DICの中間の値となった．このことから，ワカサギやオオクチバスは，湖内生産された餌資源以外にも，陸域や河川由来の餌資源を捕食していると考えられる．
本研究は，JAMSTECと信州大学との共同研究による成果の一部である．
[1] Urai et al. (2022) Origin of Deep Methane from Active Faults along the Itoigawa-Shizuoka Tectonic Line between the Eurasian and North American Plates: 13C/12C & 14C/12C Methane Profiles from a Pull-Apart Basin at Lake Suwa. ACS Earth and Space Chemistry, 6, 1689-1697.
[2] Yokoyama et al. (2019) A single stage Accelerator Mass Spectrometry at the Atmosphere and Ocean Research Institute, The University of Tokyo. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms, 455, 311-316.
[3] Urai et al. (2021) Origin of deep methane associated with a unique community of microorganisms in an organic- and Iodine-rich aquifer. ACS Earth and Space Chemistry, 5, 1-11.
[4] Urai et al. (2021) Detection of planktonic coenzyme factor 430 in a freshwater lake: Small-scale analysis for probing archaeal methanogenesis. Progress in Earth and Planetary Science, 8, Article number: 62. doi: 10.1186/s40645-021-00450-7.
湧出ガスの主要成分はメタン（90.1%）であり，その他には二酸化炭素（7.0%）や窒素（0.5%）が含まれている．メタンの炭素同位体比（δ13C = -65.6‰）やメタン/エタン比（2.2×104）から，湧出ガスに含まれるメタンは微生物起源と推定される．放射性炭素を分析した結果，メタンや二酸化炭素は14C-deadを示し（Δ14CCH4 = -989.8 ±0.3 ‰，Δ14CCO2 = -951.2 ±1.0 ‰），大気と隔絶された深部地下圏由来であることが分かっている．また，湧出サイト周辺で採水した表層湖水の溶存無機炭素（DIC）の値はΔ14CDIC = -630.6 ±1.7 ‰であり，深部由来の炭素が無機化および溶存を経て，湖水に取り込まれている様子が明らかになった[1]．
本発表では，湧出ガスに由来する深部炭素の影響について，湖水系全体の放射性炭素アイソスケープ解析を行ったので報告する．表層湖水および河川水を計12か所で採水し，既報[2,3]の通りに分析した結果，放射性炭素の値はΔ14CDIC = -459.7～-97.0 ‰であり，唯一の流出河川である天竜川ではΔ14CDIC = -127.3 ‰であった．また，主要流入4河川（上川，宮川，砥川，横河川）のDICの値はΔ14CDIC = -91.8～-60.8 ‰であったため，この差分は湧出ガスに含まれる深部炭素の影響と推測される．諏訪湖全体をみると，諏訪湖南部の値は北部よりも14C-depletedの傾向がある．これは諏訪湖南部の方が深部炭素の湧出フラックスが大きい可能性が考えられる. 放射性炭素アイソスケープと比較するために，その空間的な赤外線イメージマップを作製している．
次に，水圏の基礎生産者[4]を起点とする生態系全体に目を向けると，諏訪湖に生息するワカサギ（Δ14C = -97.9～-89.0‰）やオオクチバス（Δ14C = -97.7～-82.0‰）は湖水DICと河川水DICの中間の値となった．このことから，ワカサギやオオクチバスは，湖内生産された餌資源以外にも，陸域や河川由来の餌資源を捕食していると考えられる．
本研究は，JAMSTECと信州大学との共同研究による成果の一部である．
[1] Urai et al. (2022) Origin of Deep Methane from Active Faults along the Itoigawa-Shizuoka Tectonic Line between the Eurasian and North American Plates: 13C/12C & 14C/12C Methane Profiles from a Pull-Apart Basin at Lake Suwa. ACS Earth and Space Chemistry, 6, 1689-1697.
[2] Yokoyama et al. (2019) A single stage Accelerator Mass Spectrometry at the Atmosphere and Ocean Research Institute, The University of Tokyo. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms, 455, 311-316.
[3] Urai et al. (2021) Origin of deep methane associated with a unique community of microorganisms in an organic- and Iodine-rich aquifer. ACS Earth and Space Chemistry, 5, 1-11.
[4] Urai et al. (2021) Detection of planktonic coenzyme factor 430 in a freshwater lake: Small-scale analysis for probing archaeal methanogenesis. Progress in Earth and Planetary Science, 8, Article number: 62. doi: 10.1186/s40645-021-00450-7.