本書は、岩石−鉱物−土壌という一連の土壌生成過程での重金属の挙動に関するトピックについて最近の知見を紹介している。重金属とは、比重4〜5以上の金属元素をいう。天然に存在する元素のうち、比重4以上の元素は約60種類存在する。
地球化学図は、古くは地表での重金属の局所的な異常濃集帯を発見することによってその周辺に存在する鉱床を探査する目的で作成されていたというが、最近では土壌汚染など環境問題の観点から作成されるようになった。日本全国から採取した約3,000個の河川堆積物中の53元素について、ICP法、質量分析法、原子吸着法という同一の手法で定量して作成された日本全国の地球化学図は、環境研究にとって貴重なデータベースである。本データベースはWebサイト(http://www.aist.go.jp/RIODB/geochemmap/)で公開されている。このデータベースの概要と、試料採取の方法、採取試料の処理方法、分析方法、作図法などが、それを活用する上で知っておくべき基本事項や注意点とともに、第1章で述べられている。
第2章では、土壌の主要な構成要素である鉱物について、土壌中の一次鉱物として普通に見られる造岩鉱物と火山ガラスを対象に、その含有重金属についての知見を紹介している。しかし、造岩鉱物中の重金属の風化過程における挙動については研究例がきわめて少ない現状にある。重金属が常温・常圧下で微生物の代謝機能により集積し鉱物を形成することは生物鉱物化作用と呼ばれ、多くの事例が報告されている。重金属イオンの運搬と堆積に微生物が重要な役割を担っていることについて、温泉や河川水など広範囲で活躍する微生物の中から、Fe、Mn、As、Srの生体鉱物をつくる微生物を取り上げて第3章で紹介している。土壌溶液中の重金属は、植物の根を通して植物体へ吸収され、そして動物へと移行する。土壌−植物−動物という一連の食物サイクルに関わる存在形態であることから、土壌溶液中重金属の化学形態分析法の開発はきわめて重要である。第4章では土壌溶液中の微量重金属元素の化学形態分析手法について概説している。土壌断面中にみられる斑紋の形成は土壌生成作用の一つである酸化還元作用の影響を示している。第5章では、土壌生成作用と、重金属の移動、斑紋の形成、酸化還元および重金属の関係について、既往の研究成果を紹介するとともに、斑紋の周辺に分布する重金属についての観察結果を記載している。日本各地の土壌を対象に得られた多元素の濃度分布について岩質との関係、風化過程における挙動、耕地化の影響等については第6章で述べている。
本書は、その表題となるシンポジウムの内容を収録したものであるということも手伝って、各テーマともに、最近の知見とあわせてその全体像が簡潔にまとめられているので、読者は関心のある部分を読むだけでもそれについての最近の知見が十分に理解できるだろう。さらに詳細を学びたい読者の知的欲求にも応えられるように参考文献、引用文献が豊富に掲載されている。この分野に学ぶ大学学部生、大学院学生などに一読を勧めたい図書である。
目次
まえがき
I 岩石圏の重金属賦存量―――日本の地球化学
1.まえがき
2.国内外の地球化学図
3.試料
3-1 試料および試料採取位置
3-2 試料採取法および試料処理法
4.分析法
4-1 主成分および微量成分元素の分析
4-2 形態別分析法
5.流域解析
6.作図法
7.全国の地球化学図
8.0.1Μ 塩酸抽出成分の全国地球化学図
9.地域別の地球化学図
10.全国の元素濃度データ
10-1 平均値
10-2 地域別の元素濃度
10-3 各種要因との関係
10-4 元素濃度データの相関
11.データの公表
II 造岩鉱物中の重金属
1.はじめに
2.造岩鉱物中の重金属
2-1 主要構成元素をなす重金属
2-2 結晶構造中の特定サイトでの置換
2-3 不純物
2-4 造岩鉱物の性質と重金属濃度
3.火山ガラス中の重金属
3-1 火山ガラスの性質
3-2 火山ガラス中の重金属濃度
4.おわりに
III 重金属を運搬し、堆積させる微生物の働き; Fe, Mn, As, Sr の生体鉱物化作用を例にとって
1.微生物の堆積作用とその歴史
2.微生物と重金属
3.微生物がFe, Mnを運搬し、堆積させる
4.微生物がAs を運搬し、堆積させる
5.微生物がSr を運搬し、堆積させる
6.バイオフィルムとバイオマット形成
7.まとめ
IV 土壌溶液中における重金属の化学形態の計測
1.はじめに
2.土壌溶液の採取
3.イネ栽培中の土壌溶液中Cd の計測
4.土壌の水溶態重金属の化学種
4-1 限外ろ過による重金属元素の分画
4-2 イオン交換による重金属元素の分画
4-3 有機態(フミン物質結合体)重金属元素の分画
5.土壌の水溶態重金属の移動とその形態
6.おわりに
V 土壌の斑紋形成と重金属の移動集積
1.はじめに
2.土壌生成作用と微量重金属の移動
3.斑紋の形成
4.酸化還元と重金属
5.斑紋と微量重金属
VI 日本の土壌中における元素分布
1.はじめに
2.日本の土壌中の元素濃度分布
3.岩質と元素濃度の関係
4.火山灰の風化過程における元素挙動
5.耕地利用による土壌中元素濃度の影響
6.おわりに