The Development of Fe-nodules surrounding biological material mediated by microorganisms

微生物活動の影響を受けた物質と共存する鉄の団塊の発達

吉田 英一; 山本 鋼志*; 天野 由記   ; 勝田 長貴*; 林 徹*; 長沼 毅

Yoshida, Hidekazu; Yamamoto, Koshi*; Amano, Yuki; Katsuta, Nagayoshi*; Hayashi, Toru*; Naganuma, Takeshi

高師小僧は日本において第四紀の堆積岩に生じる現象である。それらは、植物の根の周囲に形成された円筒状の鉄酸化物の塊である。構造的な特徴から、植物の根が分解された後、中央の空洞に酸化性の水が流れることによって、鉄酸化物が濃集されると考えられている。鉄酸化物から採取した微生物の遺伝子解析を行った結果、鉄酸化反応を行う微生物に近縁な種が検出されており、団塊の形成に関与した可能性が示唆された。顕微鏡観察の結果からも、空隙を満たしている鉄酸化物には微生物のコロニーが付着していることが明らかになっている。地質史及びナノ化石から、これらの鉄団塊は少なくとも10万年間もの間深度数十メートルの還元的な第四紀の堆積物中に埋蔵されていたと考えられており、水-岩石-微生物の相互作用によって形成された鉄酸化物の団塊は、還元環境下で持続しうることが示された。このような現象は、核種の移行に影響を及ぼす可能性が考えられるため、放射性廃棄物を地層処分した後のアナログとして重要である。

Takashikozo is a phenomenon of Quaternary sediments in Japan. They are cylindrical Fe-oxyhydroxide nodules that form as plaques round plant roots. Structural features suggest that after the roots have decayed, the central space where the roots were situated acts as a flow path for oxidized water. Analysis of microbial 16S rDNA extracted from the nodules identified iron-oxidizing bacteria encrusted round the roots where they are the likely initiators of nodule formation. Geological history and nanofossil evidence suggest that these Fe-nodules may have been buried at a depth of up to several tens of meters for a least 100000 years in reducing Quaternary sediments. Thus Fe-oxyhydroxide nodules with water and rock by microbial mediation can persist under reducing conditions. The phenomenon is significant as an analogue of post-closure conditions in radioactive waste repositories, since it could influence nuclide migration.