Hydrogen and carbon isotope geochemistry of freshwater aquifers at the Mizunami Underground Research Laboratory; Implications for ongoing biogeochemical processes in granitic rocks

瑞浪超深地層研究所における水素及び炭素同位体を指標とした地球化学研究; 花崗岩中の淡水系地下水における現在の生物化学プロセスの推定

今野 祐多*; 福田 朱里; 幸塚 麻理子*; 小松 大祐*; 角皆 潤*; 青才 大介; 水野 崇   ; 鈴木 庸平*

Konno, Yuta*; Fukuda, Akari; Kozuka, Mariko*; Komatsu, Daisuke*; Tsunogai, Urumu*; Aosai, Daisuke; Mizuno, Takashi; Suzuki, Yohei*

本報告では、結晶質岩中の淡水系地下水における水-岩石-微生物相互作用において、微生物により行われている生物化学的な反応を明確にするため、瑞浪超深地層研究所より採取された深度200mから1150mまでの地下水を対象として、酸素及び炭素安定同位体組成を指標とした検討を行った。その結果、地下水中のメタンにおける酸素,水素安定同位体比からは、メタンが二酸化炭素や酢酸を起源とした微生物起源のメタンでないことを示す一方、C1/C2+C3の値は微生物起源であることを示した。また、深度300mより深部で採取された地下水では、メタン及び酢酸が浅部より高濃度で含まれており、硫酸イオンは減少する傾向を示すなど、酢酸形成の特徴を示した。これらの結果から、還元的な地下深部における結晶質岩中の淡水系地下水では、メタン生成よりも酢酸生成が主要な生物化学反応であることがわかった。

Our knowledge of biogeochemical processes mediated in those associated with freshwater should be integrated. We collected the groundwater samples from 200 m to 1150 m depths below ground level at Mizunami Underground Research Laboratory located in central Japan. We measured the concentration and both hydrogen and carbon isotopic compositions of dissolved methane, total inorganic carbon (TIC) and molecular hydrogen. The origin of methane could be speculated to be not biogenic CO reduction or acetate fermentation but thermogenic or abiogenic. In contrast, C1/C2+C3 ratios supported biogenic methane production. The 300 m deep samples were enriched in hydrogen and acetate and depleted in sulfate, which is characteristic of acetogenesis. From these results, it is suggested that the production of acetate rather than methane could be dominant biogeochemical processes in the reducing portions of freshwater aquifers in granitic rocks.