太郎坊のそよ風

認定NPO法人 富士山測候所を活用する会 オフィシャルブログ


2010年度富士山測候所 研究報告書(速報 その5)

氏 名:竹谷文一(Fumikazu Taketani)
所 属:海洋研究開発機構 (JAMSTEC)

共同研究者氏名・所属: 

兼保直樹・産業技術総合研究所(Naoki Kaneyasu ・AIST)

金谷有剛・海洋研究開発機構(Yugo Kanaya・JAMSTEC)

研究テーマ: 富士山頂におけるPM2.5エアロゾル粒子の動態解明および反応性測定

Investigation of origin, composition and reactivity of PM2.5 at summit of Mt. Fuji

研究結果:

大気中を浮遊している直径2.5 m以下の微粒子(PM2.5エアロゾル粒子)は、大気汚染による人体への健康被害への影響だけでなく、太陽光の散乱や雲生成に関わるなど、地球への気候変動に影響を与えている。エアロゾルの濃度、成分には気象、発生源、輸送が大きな影響を及ぼしている。その変動要因を探るためには、濃度や成分の経時変化の情報を得ることが必要不可欠である。富士山頂は自由対流圏の高度にあるが、夏季にはローカルな大気汚染の影響が生じる日中と、自由対流圏のバックグラウンド的影響が卓越すると考えられる。このことから、日中は国内(ローカル)からの影響を受ける場、夜間はアジア広域のバックグランドとしての場として考えられ、時間を区別することで異なる環境条件における測定が可能となる。本研究では、PM2.5エアロゾル粒子総重量濃度、光学特性(散乱係数)、黒色炭素の経時変化測定、および、エアーサンプラーによるフィルターサンプリングを行った。


昨年度と同様に、観測期間を通してPM2.5総重量濃度は日中に極大をとり夜間に極小をとる日変化をしていることが確かめられた。2台のハイボリュームエアサンプラを用いて、昼(10:00-19:00)と夜(0:00-5:00)を区別したフィルターサンプリングを行った。フィルターにより、採取したエアロゾルは、イオンクロマトグラフによる水溶イオン成分(硫酸塩、硝酸塩、アンモニウム、塩化物など)濃度の分析や熱分離・光学補正法によるECOC(元素状・有機炭素)分析、同位体分析などを行い、成分を明らかにしていく予定である。また、自由対流圏におけるエアロゾル粒子とHO2ラジカルの反応性測定の室内実験も、採取したエアロゾルを用いて行う予定である。

 
英文:

It is well known that particles whose diameter is less than 2.5  m (PM2.5) induce health issues as air pollutants and climate change via scattering sunlight and cloud formation.  It is important to observe temporal variations in the chemical composition, optical property and mass concentration of PM2.5 to clarify their sources and transportation of PM2.5.  To characterize behaviors of PM2.5 at the summit of Mt. Fuji, we measured total mass concentration, black carbon, and optical property of PM2.5 using a SHARP monitor an aethalometer and a nephelometer, respectively, and collected PM2.5 using high-volume air samplers in this study.  


We observed almost same trend at last year which the mass concentrations of PM2.5 in the daytime were higher than those in the nighttime.  Using two high-volume air samplers, we collected PM2.5 on quartz filters.  We controlled sampling time periods for the two high-volume air samplers to classify PM2.5 at daytime (10:00-19:00) and nighttime (0:00-5:00).  We are planning to analyze the chemical composition such as water-soluble compounds (sulfate, nitrate, and ammonium etc.), metals, organic and elemental carbon, and carbon isotopes of PM2.5 on the filters.  Also JAMSTEC team is planning to measure the reactivity of HO2 radicals using the sampled aerosol particles.

研究成果の発表:

日本惑星連合大会など

(参考)プロジェクト計画:
富士山頂におけるPM2.5エアロゾル粒子の動態解明および反応性測定



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3号庁舎西側に設置したハイボル







2010年度富士山測候所 研究報告書(速報 その4)

氏 名: 河村公隆(Kimitaka KAWAMURA)
所 属: 北海道大学 低温科学研究所(Institute of Low Temperature Science, Hokkaido Univ.)   
共同研究者氏名・所属: 

関宰(Osamu SEKI)1)、藤原真太郎(Shintaro FUJIWARA)1),2)

1)北海道大学 低温科学研究所(Institute of Low Temperature Science, Hokkaido Univ.)

2)北海道大学大学院 環境科学院(Graduate School of Environmental Science, Hokkaido Univ.)

研究テーマ: 富士山頂における有機エアロゾルの組成と起源に関する研究

A study on chemical composition and origin of organic aerosols collected at the summit of Mt. Fuji

研究結果:

大気中に存在する微粒子(エアロゾル)は、太陽光の散乱を引き起こし、雲の凝結核として作用することで気候に影響を与えると考えられている。その中でも特に低分子ジカルボン酸をはじめとする水溶性有機化合物の果たす役割は大きい。また、水溶性有機化合物は大気に発生源から直接排出されるものだけでなく、大気中で他の有機化合物が光化学的反応を受けることにより二次的に生成することが知られている。しかし、そのメカニズムは十分に理解されているとは言えない。そのため、本研究室ではこれまで各地において有機エアロゾルの観測を行ってきた。


本研究では昨年度同様、富士山頂において有機エアロゾルの捕集を行うことで、東アジア・北太平洋域の自由対流圏における有機エアロゾルの分布と起源、輸送過程における光化学的変質に関する新たな知見を得る事を目的としている。


今年度の観測では、下記の三種類の機材を用いてエアロゾルのサンプリングを行った。

①ハイボリュームエアサンプラー(HV): 全粒径かつ詳細な化合物の分析に必要な大容量のエアロゾル粒子の捕集を目的とする。

②ミドルボリュームインパクター(MVI): 粒径別の粒子を捕集し、エアロゾルの生成過程や存在状態に関する考察を行うことを目的とする。

③ローボリュームインパクター(LV): 気体として多くが存在している有機酸(ギ酸や酢酸など)の捕集を目的とした小型のサンプラー。フィルターにはガスとエアロゾル粒子の両方を捕集する。


今年度の観測は7/8?8月26日にかけて、富士山測候所3号庁舎西側外部で実施した。エアロゾルは24時間連続で吸引を行った。HV、LVではおよそ3日毎にフィルター交換を行い、それぞれ11枚と10枚のフィルターを得た。MVIは1週間毎にフィルターの交換を行い、昨年よりも多い7組63枚のフィルターを得た。

採取したフィルターは、水による抽出、ブチルエステル誘導体化を行った後に、ガスクロマトグラフィー(GC)、ガスクロマトグラフィー/質量分析計(GC/MS)によって低分子ジカルボン酸類の分析を行う。また、同様に有機溶媒で抽出を行い、植生や森林起源の有機化合物や、森林火災起源の有機化合物の分析も行い、それらが自由対流圏に与える影響に関しても考察を行う。

全炭素(TC)、全窒素(TN)全有機炭素(OC)、水溶性有機炭素(WSOC)、イオン、GC/C/irMSによる化合物中の安定炭素同位体比の測定なども合わせて行い、更に考察を深めていく予定である。


昨年度の我々の観測結果からは、自由対流圏内の有機エアロゾル濃度を明らかにするとともに、境界層内から低分子ジカルボン酸や森林起源の化合物が山頂に大量に輸送されていることが推測された。今年度の観測によって得られた多くの試料を分析することで、これらの結果を検証するとともに、自由対流圏内の有機エアロゾルの挙動に関して、さらに深い考察を行う事ができると期待される。

英文:

  Aerosols, suspended particles in the atmosphere, are thought to affect climate and weather condition via scattering solar radiation and acting as a cloud condensation nuclei (CCN), which can be a nuclei to form clouds. Among them, water-soluble organic aerosols, including low molecular weight dicarboxylic acids, are thought to have a large effect on a climate. Water-soluble organic aerosols are composed of not only primary emitted materials to the air, but also chemical degradation products of organic precursor compounds. Our laboratory has done many campaigns to reveal chemical compositions and distributions of organic aerosols at many locations.


  This study aim to reveal molecular distributions, origins and transport pathway of organic aerosols over East-Asia and North-East Pacific region by collecting filter samples at the summit of Mt,Fuji following the results of the 2009 campaign.


  We had set three samplers to collect aerosol samples for each objectives described as below.


1. High-Volume air sampler (HV): for Total Suspended Particles (TSP), which will provide enough amounts of compounds needed for detailed chemical analysis.

2. Middle-Volume Impactor (MVI): for size segregated aerosols which will provide information about origin and size distributions of the aerosols in the ambient air.

3. Low-Volume impactor (LV): for organic acids such as formic and acetic acids, most of which exist in a gas phase in the air. The quartz filters that were impregnated with KOH were used to collect gaseous organic acids whereas particulate organic acids were collected on neutral quartz filters.


  Sampling campaign had conducted from July.8th to August 25th 2010 at the outside of the 3rd building at Mt.Fuji weather observatory. 11 HV filters, 10 LV filters and 7 sets of MVI filters were collected in this summer.


  Dicarboxylic acids will be measured by using GC/FID and GC/MS after dibutyl esterification of target compounds. And other organic compounds which was emitted from biomass burning and secondary products of biomass emissions will be also measured. We will consider about effects of these compounds to the free-tropospheric environment.


  By analyzing samples we collected last year, we could identify chemical compositions and size distributions of various organic compounds over Mt.Fuji, and the results also suggested that many organic compounds are transported from the planetary boundary layer to the summit.

  We expect that this year’s sample will bring us more insights about free-tropospheric organic aerosols.

プロジェクト計画:
富士山頂における有機エアロゾルの組成と起源に関する研究



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3号庁舎西側に設置したハイボル







2010年度富士山測候所 研究報告書(速報 その2)

氏 名: 池田 敦(Atsushi Ikeda)      
所 属: 信州大学 山岳科学総合研究所(Institute of Mountain Science, Shinshu University)  
共同研究者氏名・所属:  岩花 剛(Go Iwahana) 北海道大学大学院 地球環境科学研究院

(Faculty of Environmental Earth Science, Hokkaido University)

研究テーマ:  富士山における地温観測孔掘削:永久凍土の直接観測に向けて

Direct monitoring on permafrost using a pilot borehole on Mt. Fuji

研究結果:

学際的なアプローチで富士山山頂の永久凍土の現状を解明し、その地温変化をモニタリングすることで、将来、気候変化と火山活動の評価につなげることを目的とした研究の一環として、富士山山頂部で永久凍土をモニタリングしうる観測孔設置を目指した。8月17日入山、23日下山の中4日の日程で、山頂稜線部白山岳付近に深さ9.7 mの地温観測孔を掘削することに成功した。観測孔内の15深度に温度センサーを設置し、地温の連続観測を開始することができた。

掘削開始時には深さ1.1 m以下が凍結しており、深部でも空隙の多い層には氷が見いだされた。ただし硬い溶岩層(もしくは巨礫)を掘削する過程で、ボーリング孔周囲を加熱したため、まずは永久凍土の有無を判定するためにも、今後、注意深く地温変化を見守る必要がある。

英文:

This research is a part of our interdisciplinary research project to understand permafrost on Mt. Fuji, to monitor its change and to evaluate the impact from changes of climate and volcanic activity on surrounding environments. We planned to dig a pilot borehole for ground temperature monitoring on the summit of Mt. Fuji. We stayed at the summit from August 17 to 23, and succeeded to make a 9.7 m deep borehole on the ridge near the Hakusan-dake peak. Fifteen temperature sensors were installed in the borehole and automatic record of the data was started.

The frost table lay at the depth of 1.1 m at the beginning of the drilling. In addition, ice filled the voids of porous rock even at some deeper sections. However, the drilling through hard lava layers (or boulders) heated the borehole. Thus, we have to check the following change in temperature carefully to discuss the presence of permafrost and more.

研究成果の公表:

予察的な報告は、NPOの成果報告会のほか、年度末の日本地理学会や来年度5月の地球惑星科学連合大会にて行う。誌上における発表は早くとも1年間の地温データが揃った時点であり2011年の秋以降になる。

関連リンク:
富士山における地温観測孔掘削:永久凍土の直接観測に向けて


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