バイカル湖で解き明かす環境変動によるメタンハイドレート分解と温室効果ガスの放出

• 研究課題/領域番号: 20H04304
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分63010:環境動態解析関連
• 研究機関: 北見工業大学
• 研究代表者: 南 尚嗣 北見工業大学, 工学部, 教授 (40241426)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 17,160千円 (直接経費: 13,200千円、間接経費: 3,960千円); 2023年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円); 2022年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円); 2021年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円); 2020年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
• キーワード: バイカル湖 / メタンハイドレート / 環境変動 / 温室効果ガス / 化学・物理解析 / 国際研究者交流 / 化学／同位体分析

研究開始時の研究の概要

バイカル湖は非在来型の天然ガス資源として期待されるメタンハイドレート（MH）が存在する世界で唯一の淡水湖である。
申請者らは国際共同研究体制を構築し、バイカル湖の湖底表層堆積物の49カ所でMH存在域を見つけ、MHの生成環境と生成機構に関する研究を行ってきた。
本研究では、予備調査で発見したMH安定領域境界の環境にある世界で最も浅い水深の湖底表層MH存在域に着目し、「環境変動による湖底表層MHの分解と温室効果メタンの放出」の現状と機構を解き明かすことを目的とする。
湖底表層MH分解を支配する要因として「水位変化」と「水温変化」の環境変動の観点より、本申請研究による統合的理解を目指す。

研究実績の概要

2022年度のバイカル湖調査は、直前になってロシア科学アカデミーの共同研究者の都合により調査船を用いた調査および氷上調査を含む全ての調査が実施できなくなった。本研究の遂行上、メタンハイドレート（MH）が存在する水域での調査が不可欠であるが、バイカル湖における調査を実施できる見通しがたたないことがわかった。そこで調査が実施可能な日本周辺のMH存在海域における調査船を用いた代替調査に変更する必要が生じた。
昨年度までに本研究代表者らは北海道周辺海域において水深と水温が異なる複数のMH存在海域を発見している。それらの海域で最も水深が浅く本研究目的に最適と考えられる北海道網走沖海域を代替調査域として計画を立案した。比較対象MH存在海域として北海道日高沖海域を選定し、所属大学の経費による調査計画も立案した。
2023年10月に網走沖海域において、同年11月には日高沖海域において、調査船を用いた物理探査および海底表層堆積物コア採取による調査を実施した。
両調査海域において海底3次元マップの作成と海底表層堆積物コア採取に成功し、日高沖海域においては新たなMH存在海域も発見した。これまでの調査域よりも浅い水深の水域における調査では、複数の海底表層堆積物コア採取に成功した。調査船内における目視観察では堆積物コア中にはMH存在は目視確認できなかったが、堆積物および間隙水の化学解析等を実施し、堆積物コア中もしくはコア採取位置の周辺のMH存在を示唆する結果を得た。
本研究調査結果により、本研究期間中に発見したバイカル湖底のMH存在域だけではなく、本研究代表者らがこれまでの調査を実施してきた北海道周辺海域においてもMH安定領域の境界に近いMH存在水域の発見が期待されるとともに海底表層堆積物コア試料の採取と解析によって環境変動によるMHの安定性および温室効果ガス放出等の研究推進が期待できる。

現在までの達成度 (段落)

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] ロシア科学アカデミーシベリア支部陸水学研究所(ロシア連邦)
• [国際共同研究] ゲント大学レナード海洋地質研究所(ベルギー)
• [国際共同研究] ロシア科学アカデミーシベリア支部陸水学研究所(ロシア連邦)
• [国際共同研究] ゲント大学レナード海洋地質学研究所(ベルギー)
• [国際共同研究] ロシア科学アカデミーシベリア支部陸水学研究所(ロシア連邦)
• [国際共同研究] ゲント大学レナード海洋地質研究所(ベルギー)
• [雑誌論文] Multi-phase retrieval of methane hydrate in natural sediments by cryogenic x-ray computed tomography (2024)
  • 著者名/発表者名: Takeya, S., Hachikubo, A., Sakagami, H., Minami, H., Yamashita, S., Hirano, K., Hyodo, K., and Yoneyama, A.
  • 雑誌名: The Journal of Chemical Physics 巻: 160 号: 2 ページ: 024201-024201
  • DOI: 10.1063/5.0189025
  • 査読あり
• [雑誌論文] Microstructural Study on Dissolution of Natural Methane Hydrate by Multicontrast and Multiscale X-ray Computed Tomography (2023)
  • 著者名/発表者名: Takeya, S., Hachikubo, A., Sakagami, H., Minami, H., Yamashita, S., Takahashi, M., Hirano, K., Hyodo, K., and Yoneyama, A.
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry C 巻: 127 号: 49 ページ: 23973-23979
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.3c06655
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sublacustrine canyons of the South and Central Basins of Lake Baikal as a result of interaction of tectonic (2023)
  • 著者名/発表者名: Kononov E., O. Khlystov, M. De Batist, L. Naudts, A. Kazakov, H. Minami, A. Hachikubo
  • 雑誌名: Quaternary International 巻: 644-645 ページ: 29-40
  • DOI: 10.1016/j.quaint.2021.10.009
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Characteristics and varieties of gases enclathrated in natural gas hydrates retrieved at Lake Baikal (2023)
  • 著者名/発表者名: Hachikubo, A., H. Minami, H. Sakagami, S. Yamashita, A. Krylov, G. Kalmychkov, J. Poort, M. De Batist, A. Manakov, O. Khlystov
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 13 号: 1 ページ: 4440-4440
  • DOI: 10.1038/s41598-023-31669-7
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Impact of high methane flux on the properties of pore fluid and methane-derived authigenic carbonate in the ARAON Mounds, Chukchi Sea (2022)
  • 著者名/発表者名: Kim J.-H., Park M.-H., Lee D.-H., Minami H., Jin Y.-K., Hachikubo A., Hur J., Ryu J.-S., Kang M.-H., Jang K., Kida M., Seo Y., Chen M., Hong J. K., Song Y., Park S.
  • 雑誌名: Frontiers in Marine Science 巻: 9
  • DOI: 10.3389/fmars.2022.944841
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A New oil and gas seep in Lake Baikal (2022)
  • 著者名/発表者名: Khlystov O. M., Izosimova O. N., Hachikubo A., Minami H., Makarov M. M., Gorshkov A. G.
  • 雑誌名: Petroleum Chemistry 巻: 62 号: 5 ページ: 475-481
  • DOI: 10.1134/s096554412205005x
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The position of gas hydrates in the sedimentary strata and in the geological structure of Lake Baikal (2022)
  • 著者名/発表者名: Khlystov, O. M., M. De Batist, H. Minami, A. Hachikubo, A. V. Khabuev, A. V. Kazakov
  • 雑誌名: World Atlas of Submarine Gas Hydrates in Continental Margins 巻: - ページ: 465-471
  • DOI: 10.1007/978-3-030-81186-0_39
  • ISBN: 9783030811853, 9783030811860
  • 国際共著
• [雑誌論文] Long-lived center for gas-fluid emanations on the western slope of the Kurile Basin (Sea of Okhotsk) (2021)
  • 著者名/発表者名: Derkachev, A. N., N. A. Nikolaeva, I. B. Tsoy, B. V. Baranov, N. N. Barinov, A. V. Mozherovsky, A. A. Krylov, A. B. Kusnetsov, H. Minami, A. Hachikubo
  • 雑誌名: Lithology and Mineral Resources 巻: 56 号: 4 ページ: 309-332
  • DOI: 10.1134/s0024490221040027
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Long-life center for gas-fluid emanations on the western slope of the Kurile Basin (Sea of Okhotsk (2021)
  • 著者名/発表者名: Derkachev, A. N., N. A. Nikolaeva, I. B. Tsoy, B. V. Baranov, N. N. Barinov, A. V. Mozherovsky, A. A. Krylov, A. B. Kusnetsov, H. Minami, A. Hachikubo
  • 雑誌名: Lithology and Mineral Resources 巻: 56 ページ: 309-332
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Methane with Abnormally High δ13C and δD Values from the Coastal Hot Springs in Lake Baikal (2020)
  • 著者名/発表者名: Kalmychkov G. V.、Hachikubo A.、Pokrovsky B. G.、Minami H.、Yamashita S.、Khlystov O. M.
  • 雑誌名: Lithology and Mineral Resources 巻: 55 号: 6 ページ: 439-444
  • DOI: 10.1134/s0024490220040033
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Characteristics of hydrate-bound gas retrieved at the Kedr mud volcano (southern Lake Baikal) (2020)
  • 著者名/発表者名: Hachikubo Akihiro、Minami Hirotsugu、Yamashita Satoshi、Khabuev Andrey、Krylov Alexey、Kalmychkov Gennadiy、Poort Jeffrey、De Batist Marc、Chenskiy Alexandr、Manakov Andrey、Khlystov Oleg
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 10 号: 1 ページ: 14747-14747
  • DOI: 10.1038/s41598-020-71410-2
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The reconstruction of the mechanisms of problematic authigenic carbonates formation in diagenetic and catagenetic environments associated with the generation/oxidation of hydrocarbons (2020)
  • 著者名/発表者名: Krylov, A. A., O. M. Khlystov, A. Hachikubo, H. Minami, T. I. Zemskaya, E. A. Logvina, A. V. Lomakina, P. B. Semenov
  • 雑誌名: Limnology and Freshwater Biology 巻: 3 号: 4 ページ: 928-930
  • DOI: 10.31951/2658-3518-2020-a-4-928
  • 国際共著
• [雑誌論文] Isotopic difference between hydrate-bound and sediment gases retrieved at Lake Baikal (2020)
  • 著者名/発表者名: Kimura H.、Hachikubo A.、Sakagami H.、Minami H.、Yamashita S.、Khlystov O.、Kalmychkov G.、De Batist M.
  • 雑誌名: Limnology and Freshwater Biology 巻: 3 号: 4 ページ: 924-925
  • DOI: 10.31951/2658-3518-2020-a-4-924
  • オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Stable isotopic evidence for microbial ethane in Lake Baikal gas hydrates (2020)
  • 著者名/発表者名: Hachikubo A、Kimura H.、Kamata R.、Sakagami H.、Minami H.、Yamashita S.、Khlystov O.、Kalmychkov G.、De Batist M.
  • 雑誌名: Limnology and Freshwater Biology 巻: 3 号: 4 ページ: 918-919
  • DOI: 10.31951/2658-3518-2020-a-4-918
  • オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] バイカル湖天然ガスハイドレートの包接ガスの多様性について (2023)
  • 著者名/発表者名: 八久保 晶弘, 滝澤 楓, 小笠原 恭也, 笠松 圭, 坂上 寛敏, 南 尚嗣, 山下 聡, Marc De Batist, Oleg Khlystov
  • 学会等名: 第32回日本エネルギー学会大会
• [学会発表] 天然メタンハイドレートの高分解能Ｘ線ＣＴ観察 (2022)
  • 著者名/発表者名: 竹谷 敏, 八久保 晶弘, 山下 聡, 南 尚嗣, 坂上 寛敏, 米山 明男
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2022年大会
• [学会発表] 北海道日高沖太平洋でのメタンハイドレート調査 (2022)
  • 著者名/発表者名: 山下 聡, 八久保 晶弘, 坂上 寛敏, 小西 正朗, 木田 真人, 南 尚嗣
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2022年大会
• [学会発表] 太平洋日高沖のガス湧出域で採取されたガスハイドレート結晶の特徴 (2022)
  • 著者名/発表者名: 森谷 優希, 矢作 大輔, 八久保 晶弘, 坂上 寛敏, 木田 真人, 小西 正朗, 南 尚嗣, 山下 聡
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2022年大会
• [学会発表] ガリンコ号IIおよびIIIを用いて得られた紋別沖・網走沖の海底堆積物の地球化学分析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 矢作 大輔, 森谷 優希, 八久保 晶弘, 坂上 寛敏, 木田 真人, 小西 正朗, 南 尚嗣, 山下 聡
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2022年大会
• [学会発表] メタンハイドレート包接メタンと気相メタンの交換挙動 (2022)
  • 著者名/発表者名: 大西航平・坂上寛敏・木田真人・八久保晶弘・南尚嗣
  • 学会等名: 化学系学協会北海道支部2022年冬季研究発表会
• [学会発表] ハイドレート含有堆積物中における包接ガスと堆積物ガス間の安定同位体分別 (2021)
  • 著者名/発表者名: 木村 宏海, 八久保 晶弘, O. Khlystov, G. Kalmychkov, M. De Batist, 坂上 寛敏, 南 尚嗣, 山下 聡
  • 学会等名: 日本雪氷学会北海道支部研究発表会
• [学会発表] 北海道十勝沖太平洋でのメタンハイドレート調査 (2021)
  • 著者名/発表者名: 山下 聡，八久保晶弘，坂上寛敏，小西正朗，舘山一孝，南 尚嗣
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2021年大会
• [学会発表] 太平洋十勝沖のガス湧出域で回収されたガスハイドレート結晶と包接ガスの特徴 (2021)
  • 著者名/発表者名: 木村 宏海, 鎌田 諒也, 矢作 大輔, 森谷 優希, 八久保 晶弘, 小西 正朗, 坂上 寛敏, 南 尚嗣, 山下 聡
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2021年大会
• [学会発表] 北海道沖の海底堆積物中の全有機炭素とその炭素同位体比 (2021)
  • 著者名/発表者名: 矢作 大輔, 八久保 晶弘, 小西 正朗, 坂上 寛敏, 南 尚嗣, 山下 聡, 内田 康人, 山口 浩志
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2021年大会
• [学会発表] ハイドレート包接ガスと環境ガスとの間の安定同位体分別―バイカル湖の場合― (2021)
  • 著者名/発表者名: 木村 宏海, 八久保 晶弘, O. Khlystov, G. Kalmychkov, M. De Batist, 坂上 寛敏, 南 尚嗣, 山下 聡
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2021年大会
• [学会発表] オホーツク海網走沖の海底ガス湧出域におけるガスハイドレート調査 (2021)
  • 著者名/発表者名: 森谷 優希, 木村 宏海, 八久保 晶弘, 山下 聡, 坂上 寛敏, 小西 正朗, 南 尚嗣, 内田 康人, 山口 浩志
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2021年大会
• [学会発表] 太平洋日高沖の海底ガス湧出域におけるガスハイドレート調査 (2021)
  • 著者名/発表者名: 鎌田 諒也, 木村 宏海, 八久保 晶弘, 坂上 寛敏, 山下 聡, 小西 正朗, 南 尚嗣
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2021年大会
• [学会発表] 北海道十勝沖太平洋でのメタンハイドレート調査 (2021)
  • 著者名/発表者名: 山下 聡, 八久保 晶弘, 坂上 寛敏, 小西 正朗, 舘山 一孝, 南 尚嗣
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2021年大会
• [学会発表] 太平洋十勝沖の天然ガスハイドレートのバルク密度および結晶特性 (2021)
  • 著者名/発表者名: 木村 宏海, 森谷 優希, 鎌田 諒也, 矢作 大輔, 八久保 晶弘, 竹谷 敏, 小西 正朗, 坂上 寛敏, 南 尚嗣, 山下 聡
  • 学会等名: 第30回日本エネルギー学会大会
• [学会発表] バイカル湖における天然ガスハイドレートのメタン安定同位体分別 (2021)
  • 著者名/発表者名: 木村 宏海, 八久保 晶弘, O. Khlystov, G. Kalmychkov, M. De Batist, 坂上 寛敏, 南 尚嗣, 山下 聡
  • 学会等名: 雪氷研究大会2021
• [学会発表] The reconstruction of the mechanisms of problematic authigenic carbonates formation in diagenetic and catagenetic environments associated with the generation/oxidation of hydrocarbons (2020)
  • 著者名/発表者名: Krylov, A. A., O. M. Khlystov, A. Hachikubo, H. Minami, T. I. Zemskaya, E. A. Logvina, A. V. Lomakina, P. B. Semenov
  • 学会等名: 7th Vereshchagin Baikal Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Isotopic difference between hydrate-bound and sediment gases retrieved at Lake Baikal (2020)
  • 著者名/発表者名: Kimura, H., A. Hachikubo, H. Sakagami, H. Minami, S. Yamashita, O. Khlystov, G. Kalmychkov, M. De Batist
  • 学会等名: 7th Vereshchagin Baikal Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Stable isotopic evidence for microbial ethane in Lake Baikal gas hydrates (2020)
  • 著者名/発表者名: Hachikubo, A., H. Kimura, R. Kamata, H. Sakagami, H. Minami, S. Yamashita, O. Khlystov, G. Kalmychkov, M. De Batist
  • 学会等名: 7th Vereshchagin Baikal Conference
  • 国際学会
• [学会発表] バイカル湖で回収されたハイドレート包接ガスおよび堆積物ガス間の安定同位体分別 (2020)
  • 著者名/発表者名: 木村 宏海、八久保 晶弘、Oleg Khlystov、Gennadiy Kalmychkov、Marc De Batist、坂上 寛敏、南 尚嗣、山下 聡
  • 学会等名: 雪氷研究大会2020
• [学会発表] バイカル湖天然ガスハイドレートのゲストガス安定同位体分別 (2020)
  • 著者名/発表者名: 木村 宏海、八久保 晶弘、O. Khlystov、G. Kalmychkov、M. De Batist、坂上 寛敏、南 尚嗣、山下 聡
  • 学会等名: 第29回日本エネルギー学会大会
• [学会発表] バイカル湖の天然ガスハイドレートに包接された微生物起源エタンについて (2020)
  • 著者名/発表者名: 八久保 晶弘、長谷 優之介、池浦 有希、O. Khlystov、G. Kalmychkov、M. De Batist、坂上 寛敏、南 尚嗣、山下 聡
  • 学会等名: JpGU-AGU Joint Meeting 2020