[A-HW30] 同位体水文学2025

[AHW30-08] マルチトレーサーを用いた阿蘇カルデラ湧水を構成するエンドメンバーの季節変動解析

*植山 森¹、利部 慎¹ (1.長崎大学 環境科学部)

キーワード：湧水、エンドメンバー解析、季節変動、溶存イオン、安定同位体、環境DNA

九州の中央部に位置する阿蘇カルデラには数多くの湧泉が分布している。それらの湧泉ではこれまでにも多くの研究がなされてきており, 島野(1997)によってカルデラ内における湧泉の分布や水質特性が明らかにされたほか, カルデラ内の地下水の流動機構についても利部ほか(2011)の研究において安定同位体比や年代トレーサーを用いた涵養域, 滞留時間の推定を行うことで解明されてきた。
　本研究において研究対象とした竹崎水源は阿蘇カルデラ南部の南郷谷中央部に位置し, カルデラ内の湧泉の中でも屈指の湧出量を誇る。また, カルデラ内の湧泉はその湧出位置により水質や安定同位体比などの特性が明瞭に異なることが知られており, 主な地下水流動系として「中央火口丘系」と「外輪山系」に大別される。竹崎水源はこの2つの地下水流動系の境界部に位置することから水質, 酸素・水素安定同位体比などの環境トレーサーが, 異なるエンドメンバーを持つ両流動系の季節的な変動特性に左右される形で変化する特異な性質をもつ。そこで, 本研究では竹崎水源に湧出する地下水を構成する主要な2つの流動系について, それらのエンドメンバーが季節によりその混合比を変動させると考えられることから, 同位体比, 溶存イオン, 溶存ガス, 環境DNAといったマルチトレーサーを用いて解析することを目的とした。
　酸素・水素安定同位体比は高度効果を反映し, 相対的に涵養標高の高い中央火口丘系の地下水は低い同位体比を有するため, その変動特性から両流動系の寄与率を評価することができると考えられる。溶存イオンについては, 本研究では特に硫酸イオンおよび重炭酸イオンに着目した。既往の研究でも流動区分において中央火口丘系に区分される湧泉はより硫酸イオン濃度が高いことが明らかにされているため, 硫酸イオンが中央火口丘系の寄与を評価するパラメーターになると考えた。一方の重炭酸イオンは外輪山系で高濃度である特徴により, 外輪山系の成分の寄与を評価するパラメーターになると考えられる。溶存ガスはCFCsとSF₆を分析対象とし, これを用いて滞留時間を推定する。涵養標高が高いと考えられる中央火口丘系の地下水は外輪山系と比較して大きな流動を持ち, 滞留時間も長く見積もられると考えられる。環境DNAはこれまで湧水に対して適用された例は少ないが, 竹崎水源では火山活動の影響を受ける中央火口丘系の地下水において特異なDNAが見られる可能性があり, エンドメンバーの季節変動を捉えるための新たなトレーサーとして利用できる可能性を秘めている。
　本研究では, 竹崎水源において1〜2ヶ月に1回程度の調査を行なう。各調査で湧水の採水, 湧出量の測定, 水温, pH等現地測定項目のデータの取得などを行い, 持ち帰ったサンプルに対して実験室で酸素・水素安定同位体比, 溶存イオン, 溶存ガス, 環境DNA等の各項目の分析を行う。また, 補足的なデータとして竹崎水源周辺の湧泉の採水, 竹崎水源近くに設置した降水サンプラーによる降水イベントごとの降水採取も実施している。
　これまでの3回の調査（2024年10月, 12月および2025年1月）により, 溶存成分および酸素・水素安定同位体比の季節変動を捉えることができた。溶存成分について, 硫酸イオン濃度は10月から1月にかけて増加し, 一方の重炭酸イオン濃度については減少する傾向が捉えられた。また, 酸素・水素安定同位体比は10月から1月にかけて徐々に低下した。相対的な渇水期に当たる秋から冬にかけて, 中央火口丘系の寄与が大きくなっていると仮定すると, この2つのトレーサーの季節変動は整合性があり, より大きな流動を有し降水量の季節変動を受けにくい中央火口丘系の地下水が外輪山系に比べて相対的に多くなった結果だと考えられる。今後, 降水量が多くなる夏季にかけて調査を行う中で水田灌漑（田面水）の影響も発生することが考えられ, 年間を通したエンドメンバーの変動を捉えることで, 高い解像度での湧出メカニズムの推定を目指す。また, 複数のトレーサーを1つの湧泉に対して継続的に適用することにより, 各トレーサーの信頼性の向上に寄与できる可能性もある。