メスバウアー分光法による河川底質中の鉄の状態分析を用いた河川環境分析

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10640583
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 松尾 基之 東京大学, 大学院・総合文化研究科, 助教授 (10167645)
• Keywords: メスバウアー分光法 / 鉄の状態分析 / 河川底質 / 多摩川河口域 / パイライト / 垂直分布 / 硫酸還元菌

Research Abstract

河口域底質中では、海水などを起源とする硫酸イオンが嫌気的環境下で硫化水素などに還元されることが知られている。一方、底質中の鉄化合物は硫化水素と反応して鉄の硫化物へと化学変化する。本研究では、非破壊で鉄の化学状態を分析できる^<57>Feメスバウアー分光法を用いて、多摩川河口域で採取した底質中の鉄化合物の化学状態とその垂直分布について検討を行った。その結果、底質中の鉄化学種は、高スピン3価、高スピン2価、パイライト(FeS_2)、磁気分裂成分の4種類が存在することがわかった。この内の高スピン3価及び2価の成分は、粘土鉱物や造岩鉱物などに由来する常磁性の鉄であり、磁気分裂成分は酸化鉄や鉄の水和酸化物と推定された。ピークの相対面積から各成分の垂直分布を見ると、パイライトは約20cm以深で層状に分布しているのに対し、高スピン2価及び3価の鉄が相補的に変動しているのがわかった。また、底質を塩酸で処理しその残査中の高スピン2価の鉄の量を調べたところ、高スピン2価の鉄の中には、塩酸に可溶な成分と不溶な成分が存在することが明らかになった。この内、塩酸に不溶な成分は造岩鉱物中の鉄と考えられ、可溶な成分は粘土鉱物に含まれる鉄や有機酸と結合した鉄と考えられる。前者の造岩鉱物中の鉄は一般に反応性が低いと考えられるので、後者の成分に含まれる鉄が、パイライトの生成に関与しているものと考えられた。比較のため測定した多摩川最上流の奥多摩湖の底質試料のメスバウアースペクトルには、常磁性高スピン2価および3価の成分のみが見られ、パイライトは検出されなかった。Fe^<2+>/Fe^<3+>比が河口域に比べて非常に高く、深さによってほとんど変化しないことが特徴的であった。現在、パイライトの生成に対する硫酸還元菌の関与を検討するため、河口域底質から分離された菌を純粋培養し、実験室内で自然環境のシミュレーション実験を遂行中である。

Research Products

• [Publications] A.Kuno,M.Matsuo,B.Takano: "Mossbauer spectroscopic study on vertical distribution of iron components in estuarine sediments collected from Tama River in Tokyo." Hyperfine Interactions(C). 3巻. 317-320 (1998)