同位体環境学がえがく世界

同位体でわかること

総合地球環境学研究所で、一緒に研究を行っている研究者の方々から、
研究内容を紹介していただきます。

地下水はどこからきたの?
酸素と水素の同位体比から調べる扇状地地下水の源

日本の低地の約半分は扇状地地形となっていて、この扇状地内では河川水を利用した水田農業が行われています。多くの扇状地では、河川水や水田の水が浸透し地下水になります。扇状地内地下水が、河川の水か、水田の水のどちらの水によってできているかを評価することは、地下水資源の持続的な管理・保全の為に重要です。

 蒸発の影響を受けると「重い水」になる特徴がある酸素と水素の安定同位体に注目し、地下水の源が何かを調べるために、降水、河川水、水田水、土壌水、そして地下水などの連続採水およびそれぞれの水の同位体比の変動特性について検証しています。

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季節風が 豊かな恵みと同時に汚染物質も運んできます

日本では、冬になると北風が吹いてきます。日本の北西方向、ユーラシア大陸のシベリアから吹き付ける冬季の季節風は、私たちに豊かな恵みをもたらす一方で、大陸で発生した大気汚染物質を運んできます。複数の元素の同位体を測定することで、雪をもたらすのがどこに由来する水蒸気なのか、また、その中に入っている硫酸イオンなどの汚染物質がどこから来るのか、より詳しく分かります。

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コケ、大気汚染を語る

アジアの急速な発展に伴い、国外由来の大気汚染(越境大気汚染)の影響が増大しています。そこで、本研究では、環境変化の影響を受けやすいコケを指標として、窒素化合物による越境大気汚染の実態を評価しました。その結果、人里から遠く離れた高山でさえ、越境大気汚染の影響を受けていることがわかりました。今後もこの傾向が続くのか、さらには、高山の生態系に何らかの変化が現れるのか…定期的にコケを使った環境評価をすることで、新しい知見が得られると期待されます。

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花咲かクマさんといじわるクマさん?
クマたちの種まきがサクラやサルナシの運命を左右する

地球温暖化が大きな問題となっていますが、自分で移動できる動物とは異なり、植物は自分では移動できません。
しかし、果実を食べた動物が種子を運んでくれれば、次世代はより好適な場所へ移動できるかもしれません。
研究の結果、ツキノワグマなどが春夏に結実するサクラをより冷涼な高地へ運ぶ一方、秋冬に結実するサルナシをより温暖な低地へ運んでいることが分かりました。
これは植物の開葉や結実の季節変化を追って哺乳類が山を登り下りした結果であり、サクラの温暖化適応を助けている一方でサルナシの温暖化適応を妨げていることになります。

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骨が記憶する過去の生態系

動物の骨を使った同位体食性分析手法は、特定の動物の食べ物が過去から現在までの間にどのように変化したかを調べる上で有用なツールです。
上の図は、北海道に生息するヒグマを対象に、過去数千年間で彼らの食べ物がどのように変化したかを調べた研究の結果です。
北海道のヒグマは、明治時代に入るまでは地域ごとに一定の割合で動物性の食べ物を利用していましたが、開発が活発化した1860年以降、急激に草食傾向へと変化したことが示されました。
これは、人の開発によってサケやエゾシカなどの食べ物が手に入りにくい環境に変化してしまったことが原因だと考えられます。

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安定同位体を用いた身元不明者の出身地推定法の開発

わが国では、年間約8万人を超える行方不明者がいらっしゃいます。その多くは無事に発見されますが、不幸にも亡くなる方もいらっしゃいます。特に、身元を明らかにする所持品を残さず亡くなる方の身元を明らかにするのは非常に難しいことです。加えて、認知症を背景にした高齢者の行方不明者も増加しており、解決すべき問題です。私たちは、体の中にある安定同位体に着目して、身元不明者の在住地の推定を可能にするツールの開発を目的として研究を進めています。この研究は、従来利用されている身元特定法(人体の特徴、似顔絵、歯科所見、DNAなど)の方法と組み合わせることによって、より精度の高い身元特定法の確立につながります。

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古代の海産魚はどこの海から運ばれたのか?

遺跡から出土する魚骨によって、当時さまざまな魚が食べられていたことを知ることができます。海から遠く離れた内陸部の遺跡でも多くの海産魚が確認され、沿岸部から運ばれたことが読み取れます。しかし、魚骨の形態では産地を明らかにすることはできません。これらはどの海域で漁獲されたものなのでしょうか?

魚骨の同位体比を調べてみると、海域によって値が異なることが明らかになりました。例えば、京都平安京には瀬戸内海と日本海など複数の海域からマダイが運ばれた可能性が示されました。

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縄文人の集団間の移動をストロンチウム同位体比から調べる

縄文人は、約16500~2300年前の日本で、狩猟・採集・漁労をなりわいとしていました。社会的な風習として、故意に歯を抜く抜歯風習がありました。歯を抜く二つのパターンは、縄文人の移動と関係があると考えられてきました。この仮説を検討するために、吉胡貝塚から出土した縄文人の歯と骨のストロンチウム同位体分析を行いました。

結果として、抜歯と移動に関係がないことが明らかとなりました。一方で、出土した縄文人には、子どものときから住んでいた在地者と、子どものときに北の地域で生まれ育った移入者がいることがわかりました。性別でみると、男性も女性も集団間を移動していたことが推定されました。このように、古人骨を分析することで、先史時代の人の移動について復元することができます。

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リャマとアルパカ ―アンデス文明動物飼育物語―

先スペイン期のアンデス社会では、リャマとアルパカが様々な用途で使われていました。元々は高地高原に生息していた野生動物が、いつ・どのように家畜として広がっていったのか、まだ全容は明らかになっていません。

骨や歯の同位体比には、その動物が育った地域の情報や、食べた物の情報が残されています。遺跡から出土する動物骨の同位体分析を行うことで、家畜飼育の有無が推定できます。

ペルー北部高地のパコパンパ遺跡で出土した動物骨を分析した結果、紀元前700年頃から遺跡周辺でのラクダ科動物の飼育が開始されたことが明らかとなりました。この研究は、アンデス地域の神殿遺跡でリャマ・アルパカの飼育が伝播した瞬間を捉えた最も古い事例の一つとなりました。

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資源開発における環境負荷低減のための同位体研究

我々の生活に必要不可欠な様々な資源を採掘すると、周辺の住民の健康や生態系に重大な影響を及ぼすことがあります。資源開発における環境負荷を低コストで抑えるためには、坑廃水や汚染河川での金属元素の起源や挙動を正確に理解する必要があります。

上の写真はレアメタルであるレアアース元素やチタンの製錬工場の廃さい堆積場からpH2.5程度の酸性水が河川に漏洩しているところです。鉛や鉄など廃水中に含まれる金属元素の同位体比を測定することで、鉛の起源が鉱石由来であること、酸性水に含まれていた溶存二価鉄は河川水のpHが上昇する過程で酸化沈殿し、一部はコロイドとして有害物質とともに下流へ運搬されていることを明らかにすることができました。

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