Evaluation for re-emission and deposition processes of gaseous mercury in air-sea interfaces using a direct flux measurement method
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21H04935
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Medium-sized Section 63:Environmental analyses and evaluation and related fields
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| Research Institution | National Institute for Minamata Disease |
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Principal Investigator |
丸本 幸治 国立水俣病総合研究センター, その他部局等, 室長 (90371369)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
丸尾 裕一 国立水俣病総合研究センター, その他部局等, 研究員・ポスドク (00975534)
近藤 文義 海上保安大学校(海上保安国際研究センター), 海上保安国際研究センター, 准教授 (40467725)
登尾 浩助 明治大学, 農学部, 専任教授 (60311544)
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| Project Period (FY) |
2021-04-05 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥41,860,000 (Direct Cost: ¥32,200,000、Indirect Cost: ¥9,660,000)
Fiscal Year 2024: ¥8,840,000 (Direct Cost: ¥6,800,000、Indirect Cost: ¥2,040,000)
Fiscal Year 2023: ¥8,190,000 (Direct Cost: ¥6,300,000、Indirect Cost: ¥1,890,000)
Fiscal Year 2022: ¥8,840,000 (Direct Cost: ¥6,800,000、Indirect Cost: ¥2,040,000)
Fiscal Year 2021: ¥15,990,000 (Direct Cost: ¥12,300,000、Indirect Cost: ¥3,690,000)
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| Keywords | 水銀 / フラックス / 緩和渦集積法 / 再放出 / 海洋 / 溶存ガス |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、環境中の水銀循環において重要な役割を果たしている大気－海洋間におけるガス状水銀の沈着と再放出の交換量（フラックス）の観測に直接的な観測方法である緩和渦集積法（Relaxed Eddy Accumulation 法、以下REA法）を世界で初めて適用するものである。観測システムの開発を実施し、全球及び海域レベルでのより確度の高い水銀ガスフラックスの動態を明らかにする。従来法との比較検討も行い、海洋からの水銀放出量やその変動要因、地球規模の水銀循環量についての従来の知見を更新する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の根幹となる水銀ガスフラックスを直接計測する緩和渦集積法測定システム（以下、REA-Hgシステム）について、大気吸引速度の大きい原子蛍光法式のガス状水銀濃度分析計によって上向きと下向きの空気試料中のガス状水銀濃度差を高精度で分析するため、二酸化炭素（CO2）とメタン（CH4）ガス用に開発した既存システムのサンプリングバックの容量を10Lから20Lに変更した。また、水銀ガスの測定に影響を及ぼす可能性の少ない部品を用いてシステムを改良した。改良したREA-Hgシステムを用いて北太平洋西部海域及び伊豆・小笠原海域における水銀フラックスの直接計測を試みた。北太平洋西部海域における観測では、システム内の一部の継手の緩みを原因とする空気試料のコンタミからフラックスの算出にまで至ることができなかった。また、緩和渦集積法でフラックスを算出するために必要な鉛直風速の標準偏差を算出するための船体動揺計測機器が航海開始後に故障したためフラックスの算出が困難となった。しかしながら、洋上での大気中水蒸気濃度を指標とすることで上向きと下向きの空気塊をより明瞭に判別できることがわかった。一方で、伊豆・小笠原海域における観測では、上向きと下向きの空気試料中のガス状水銀濃度を測定することができ、最大0.6 ng/m3の濃度差が生じていることがわかった。しかしながら、システムの水銀ブランク値が高いこともわかった。後日その原因を調べたところ、使用している電磁バルブが通電して開放するときに、その放出熱に起因して電磁バルブに吸着していた水銀ガスの一部が放出されていることがわかった。そのため、REA-Hgシステムのさらなる改良が必要である。一方、比較対照の方法である平衡器を用いた溶存ガスフラックス連続観測システムを用いて、上記の航海と水俣湾及び八代海においても観測を行い、現在のところ得られた結果を解析している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
開発したREA-Hgシステム及び従来法の連続方式の気液平衡法システムの双方で水銀ガスのブランク値が高い現象がみられており、その原因として双方のシステムに使用しているステンレス製の電磁バルブが影響していることがわかった。すなわち、電磁バルブが通電して開放するときに、その放出熱に起因して吸着していた水銀ガスが放出されていることが明らかとなった。これを解消するためには水銀ガスの吸着等の影響が極めて少ない高価なテフロン製電磁バルブを使用する必要がある。しかしながら、REA-Hgシステムでは応答速度が10Hzと速い電磁バルブが必要であるため、そのような仕様に適する部品の探索にも時間を要した。一方、洋上での水蒸気フラックス（変動）の大きさが期待できる大気中水蒸気濃度の変動傾向を用いた上向きと下向きの空気塊の判別方法を今年度に提案し、試験的に導入して良好な結果が得られているものの、船体動揺計測装置が航海開始後に故障したため、船体の動揺補正によって鉛直風速の標準偏差を精度よく算出する従来の判別方法との比較検討ができていない。以上のことから、進捗状況は計画よりもやや遅れていると認識している。
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| Strategy for Future Research Activity |
開発したREA-Hgシステムを用いて北太平洋西部海域及び伊豆・小笠原海域において観測を行った結果、水銀のブランク値が高いことがわかり、その原因としてシステムに使用している電磁バルブの影響によることがわかった。そこで、水銀ガスのブランク値を低減できる可能性のあるテフロン製電磁バルブをシステムに導入し、その効果を検証する。また、その電磁バルブのCO2とCH4のガスフラックス計測への影響も調べる。2023年6月～7月に実施予定の北太平洋西部海域での研究航海において改良したREA-Hgシステムと平衡器を用いた溶存ガスフラックス連続観測システムを運用し、両者の比較検討を引き続き行う。また、水俣湾及び八代海における観測も引き続き実施し、水銀、CO2とCH4のガスフラックスの季節変動に関する知見を得る。これらの海域における観測では、表層海水をクリーン採水法により採取し、海水中のガス状水銀をマニュアル分析で測定することで水銀ガスフラックスを計算し、上記システムで得られる水銀フラックスの精度確認も行う。さらに、CO2とCH4のガスフラックスとの同時観測及び表層海水の水温、塩分等の連続観測も実施し、それらのデータを解析することで水銀フラックスとの関係性を調べると共に、海洋からの水銀、CO2とCH4の放出量の推計を行う。
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Report
(3 results)
Research Products
(4 results)
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[Journal Article] Atmosphere-sea ice-ocean interaction study in Saroma-ko Lagoon, Hokkaido, Japan 20212022
Author(s)
Nomura, D., P. Wongpan, T. Toyota, T. Tanikawa, Y. Kawaguchi, T. Ono, T. Ishino, M. Tozawa, T. P. Tamura, I. S. Yabe, E. Y. Son, F. Vivier, A. Lourenco, M. Lebrun, Y. Nosaka, T. Hirawake, A. OOKI, S. Aoki, B. Else, F. Fripiat, J. Inoue, and M. Vancoppenolle
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Journal Title
Bulletin of Glaciological Research
Volume: 40
Issue: 0
Pages: 1-17
DOI
ISSN
1345-3807, 1884-8044
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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