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黒い煙に隠された鉄ナノ粒子 大気汚染の実態を磁性から解明

研究概要

　金沢大学環日本海域環境研究センターの松木篤准教授、京都大学大学院エネルギー科学研究科の土屋望助教、富山大学学術研究部都市デザイン学系の川﨑一雄准教授らの共同研究グループは、大気エアロゾル試料の磁性とブラックカーボン（BC）（※1）の観測という独自の組み合わせによって、新たな大気汚染の判別法を確立し、燃焼由来マグネタイトの動態を明らかにしました。
　PM2.5（※2）中に含まれる酸化鉄、特にマグネタイト（※3）は燃焼排出に由来し、酸化ストレス増大による健康リスクや太陽光吸収・海洋プランクトンへの施肥効果を通じた気候変動への関与が指摘されています。しかし観測手法の制約から、その燃焼排出源や季節変動については、知見が不足していました。
　本研究ではマグネタイトの磁性に着目し、能登半島に位置する観測サイト（※4）で採取した実大気フィルター試料の残留磁化（※5）を超伝導磁力計で非破壊的に検出することで、世界で初めて1日ごとという時間分解能でのマグネタイトの通年観測に成功しました。燃焼指標であるBCの観測データや詳細な化学分析結果との比較から、マグネタイトが石炭燃焼と強く関連し、大陸からの越境汚染に伴って冬に濃縮する傾向があることが明らかになりました。さらに、これまで光の吸収を利用して見積もられていたBCの総量に対して、燃焼由来マグネタイトが最大5%の寄与を持つと推定され、無視できない温室効果を持つことも示されました。
　BCに対するマグネタイト含有量は、「石炭燃焼＞石油燃焼＞バイオマス燃焼」の関係を示し、この知見は気候影響のモデルシミュレーションや大気汚染の排出源判別に活用が期待されます。
　本研究成果は、2025年5月22日に米国化学会が発行する学術誌『Environmental Science & Technology』のオンライン版に掲載されました。

用語解説

※1）ブラックカーボン
BCまたは黒色炭素粒子とも呼ばれる、不完全燃焼によって生じる成分。黒い排煙に多くみられ、PM2.5の粒子の中でも黒い色を持つことから、太陽の光を吸収し大気を加熱する。CO2などと並んで重要な温室効果物質の一つとされている。

※2）PM2.5
PMはparticulate matter（粒子状物質）の略。なかでもPM2.5は、空気動力学径が2.5μm以下の粒子状物質の総称で、一般的に人為排出の指標とみなされる。

※3）マグネタイト
Fe3O4で表される酸化鉄の一種。黄砂などに含まれるものもあれば、化石燃料中に含まれる黄鉄鉱（FeS2）が高温条件下で酸化されて生成するものもある。

※4）能登大気観測サイト
Noto Ground-based Research Observatory（NOTOGRO）。石川県珠洲市（37.45°N、137.36°E）に位置する金沢大学能登学舎の一角に観測拠点を構えている。

※5）残留磁化
室温条件下にて、パルス磁化器を用いて試料に一定強度の直流磁場を印加することで獲得させる。本研究では1200mTの磁場印加後、逆方向に300mTの磁場を印加することでマグネタイト由来の残留磁化を得た。

研究内容の詳細

黒い煙に隠された鉄ナノ粒子 大気汚染の実態を磁性から解明[PDF, 1MB]

論文情報

論文名

Linking Combustion-Derived Magnetite and Black Carbon: Insights from Magnetic Characterization of PM2.5 in Downwind East Asia
（燃焼由来マグネタイトとブラックカーボンの関連：東アジア風下地域におけるPM2.5の磁気調査に基づく発見）

著者

Nozomu Tsuchiya, Fumikazu Ikemori, Kazuo Kawasaki, Reina Yamada, Mitsuhiko Hata, Masami Furuuchi, Yoko Iwamoto, Naoki Kaneyasu, Yasuhiro Sadanaga, Takahiro Watanabe, Takayuki Kameda, Masayo Minami, Toshio Nakamura, and Atsushi Matsuki
（土屋望、池盛文数、川﨑一雄、山田怜奈、畑光彦、古内正美、岩本洋子、兼保直樹、定永靖宗、渡邊隆広、亀田貴之、南雅代、中村俊夫、松木篤）

掲載誌

Environmental Science & Technology

DOI

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.4c14187

お問い合わせ

富山大学学術研究部都市デザイン学系
准教授 川﨑 一雄（かわさき かずお）

  • TEL: 076-445-6647
  • E-mail: