2016 Fiscal Year Annual Research Report
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15H02804
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
中川 書子 名古屋大学, 環境学研究科, 准教授 (70360899)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
野口 泉 地方独立行政法人北海道立総合研究機構, 環境・地質研究本部環境科学研究センター, 課長 (10442617)
柴田 英昭 北海道大学, 北方生物圏フィールド科学センター, 教授 (70281798)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | ガス状亜硝酸 / 三酸素同位体組成 / 窒素同位体組成 / 窒素酸化物 / 大気 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
大気中のガス状亜硝酸（HONO）は、日中の光分解反応により、OHラジカル（大気中の主要酸化剤）を生成する。HONOの発生源には、各種発生源からの「直接排出」と大気中の窒素化合物からの「二次生成」の二種類が想定される。しかし、未知の発生源が存在する可能性を含めて、HONOの発生源に関する知見は乏しいのが現状である。そこで本研究では、HONOの三酸素同位体異常（Δ17O値）を指標に用いることで、「直接排出」由来のHONOと「二次生成」由来のHONOとの混合比の定量を試みた。「二次生成」由来のものは、その生成過程にO3が関与するため、生成されるHONOのΔ17O値は対流圏O3（Δ17O値= +30 ± 10‰程度）に匹敵する大きな値を持つと予想される。一方、「直接排出」由来のものは、H2OやO2を起源とした一般の化学反応を経由して生成されるため、Δ17O値が0‰と考えられる。従って、大気中のHONOのΔ17O値を定量することで、全HONOに占める「二次生成」由来の寄与率を見積もることができると考えられる。大気観測は、札幌市内にある北海道立総合研究機構の環境科学研究センターの屋上で、月に一度の頻度で行った。HONO試料の捕集は、フィルターパック法を用いて行い、吸引速度は10 L/min、捕集期間は一週間という条件で行った。HONOのΔ17O値は、大気中のHONOを炭酸カリウム含浸フィルターに捕集した上でNO2-として抽出し、それをアジ化水素と反応させてN2Oに変換し、さらに熱分解によってO2に変換した上で、質量分析計に導入してΔ17O値を定量した。札幌におけるHONOのΔ17O値は+7から+10‰の間であり、年間を通してほとんど一定であった。また、昼は夜よりも有意に高いΔ17O値を示した。「二次生成」由来のHONOの割合は、それぞれ日平均：約3割，昼：6割，夜：2割程度であった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
２年目の目標は、初年度に開発したHONOの三酸素・窒素同位体組成（Δ17O値、δ18O値、δ15N値）分析法を利用して、都市大気中のHONOの発生源に関する知見、特に「直接排出」由来のHONOと「二次生成」由来のHONOとの混合比を定量することであり、その目標は概ね達成されたと考えられる。都市大気中のHONOの発生源としては、自動車排ガスや燃焼を伴う暖房、バイオマス燃焼等からの直接排出が主要であると考えられていたが、近年、粒子状物質などの固相表面で進行する大気中のNO2と水分子の不均一反応に代表される二次生成も重要であると考えられるようになってきた。そこで、本研究では、特に都市大気中のHONOが主に二次生成に由来するものなのか検証することに重点を置いた観測を進め、大気中のHONOのΔ17O値を定量することで、全HONOに占める二次生成由来のHONOの寄与率を見積もることに挑戦し、成功した。２年目の主な観測場所は、札幌市（北海道環境科学研究センター）および名古屋市（名古屋大学）で行った。都市大気中のHONOの主要な発生源は二次生成由来よりも直接排出由来であるという結果が得られた。ただし、全HONOに占める二次生成由来のHONOの寄与率は、太陽の光が射す日中の方が夜間に比べて高くなるといった大きな日変動が見られることが分かり、今後は日変動に着目した観測も取り入れることにした。
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| Strategy for Future Research Activity |
1. 観測・試料採取
(1) 都市大気：都市大気中のHONOの発生源としては、自動車排ガスや燃焼を伴う暖房等からの直接排出が考えられる。また、粒子状物質などの固相表面で進行する大気中のNO2と水分子の不均一反応に代表される二次生成も重要と考えられている。そこで、本研究では、都市大気中のHONOが主に二次生成に由来するものなのか、Δ17O値を使って検証することに重点を置いた観測を進める。観測場所は、札幌市（北海道環境科学研究センター）と名古屋市（名古屋大学）で行う。観測は1年間を通じて、１ヶ月に1回程度（フィルターへの総捕集時間は１週間）の頻度で行う。また、日中と夜間の差異の有無を確認するため、日中のみおよび夜間のみ、吸引ポンプを動かす観測も行う。
(2) 森林大気：都市域から離れると、自動車排ガスや燃焼を伴う暖房等の直接排出の影響は小さくなると考えられる。このため、都市域から離れた一般大気中に存在するHONOの大部分は二次生成由来であると考えられてきた。しかし、最近、土壌中の微生物活動によってHONOが活発に生成されているとの報告もある。このような仮説を同位体組成から検証することに重点を置いた観測を、都市から離れた天塩演習林（北海道天塩郡幌延町字問寒別）で行う。
2. 濃度分析・同位体分析・データ解析
フィルターパック（FP）法で捕集されたHONOを含めた窒素酸化物などの濃度をイオンクロマトグラフ法により定量する。連続フロー型の三酸素同位体組成（Δ17O）定量システムを用いて、採取・抽出したHONOのΔ17O値を定量する。HONOのΔ17O値から大気中のHONOに占める二次生成由来のHONOの割合を算出し、①都市域と森林、②季節、③昼夜、の異同に特に重点を置いて解析を進める。HONOやそれ以外の窒素酸化物濃度およびO3濃度等のデータと比較し、HONOの生成過程について考察する。
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| Remarks |
http://biogeochem.has.env.nagoya-u.ac.jp
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[Presentation] Accurate Quantification of Atmospheric Nitrate in Stream Water Eluted from a Small Forested Watershed Using Triple Oxygen Isotopic Composition.2016
Author(s)
Obata, Y., Ando, K., Ohyama, T., Nakagawa, F., Tsunogai, U., Yamashita, N., Saito, T and Sase, H
Organizer
2016 Goldschmidt Conference
Place of Presentation
横浜国際会議場
Year and Date
2016-06-26 – 2016-07-01
Int'l Joint Research
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[Presentation] Triple Oxygen Isotopic Compositions of Atmospheric HONO: Evidence for the Importance of Primary Sources.2016
Author(s)
Nakagawa, F., Nakane, R., Tsunogai, U., Sudo, K., Noguchi, I. and Yamaguchi, T.
Organizer
2016 Goldschmidt Conference
Place of Presentation
横浜国際会議場
Year and Date
2016-06-26 – 2016-07-01
Int'l Joint Research
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[Presentation] Quantifying Nitrate Dynamics in Lakes Using Triple Oxygen Isotopes as Tracers.2016
Author(s)
Tsunogai, U., Miyauchi, T., Ohyama, T., Komatsu, D., Obata, Y., and Nakagawa, F.
Organizer
2016 Goldschmidt Conference
Place of Presentation
横浜国際会議場
Year and Date
2016-06-26 – 2016-07-01
Int'l Joint Research
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