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論文

Ecological and genomic profiling of anaerobic methane-oxidizing archaea in a deep granitic environment

伊能 康平*; Hernsdorf, A. W.*; 今野 勇太*; 幸塚 麻里子*; 柳川 克則*; 加藤 信吾*; 砂村 道成*; 広田 秋成*; 東郷 陽子*; 伊藤 一誠*; et al.

ISME Journal, 12(1), p.31 - 47, 2018/01

岐阜県瑞浪市の超深地層研究所において、深度300メートルの地下水を地下坑道から採取し、地下微生物の生態系を調査した。その結果、花崗岩深部でマグマ由来のメタンに依存した微生物生態系が存在することを明らかにした。

論文

Deep microbial life in high-quality granitic groundwater from geochemically and geographically distinct underground boreholes

伊能 康平*; 今野 祐大*; 幸塚 麻里子*; 廣田 明成*; 東郷 洋子*; 福田 朱里*; 小松 大介*; 角皆 潤*; 田辺 章文*; 山本 智*; et al.

Environmental Microbiology Reports (Internet), 8(2), p.285 - 294, 2016/04

 被引用回数:8 パーセンタイル:36.5(Environmental Sciences)

瑞浪超深地層研究所の深度300mの花崗岩中の地下水を対象として、ボーリング孔を利用した微生物特性の調査を行った。ボーリング孔から得られた地下水は、当初、好気性の水素酸化に関わるHydrogenophaga spp.が優勢種であったが、3年後にはNitrospirae門の微生物が優勢種となった。後者の微生物種は系統学的に深部地下水や陸域の温泉水において観察される種であり、この地域の土着の微生物種と考えられた。

論文

Biogeochemical signals from deep microbial life in terrestrial crust

鈴木 庸平*; 今野 祐大*; 福田 朱里*; 小松 大介*; 廣田 明成*; 渡邊 勝明*; 東郷 洋子*; 森川 徳敏*; 萩原 大樹; 青才 大介*; et al.

PLOS ONE (Internet), 9(12), p.e113063_1 - e113063_20, 2014/12

 被引用回数:6 パーセンタイル:63.38(Multidisciplinary Sciences)

土岐花崗岩が対象として掘削された深層ボーリング孔において、深部地下水中の微生物特性の調査を行った。その結果、低硫酸濃度環境下において、微生物的硫酸還元に伴う硫黄同位体分別が認められた。また、硫黄同位体分別の大きな同位体比および炭素同位体比は、メタン生成菌の活性が低いことを示唆した。これらの特徴は、低栄養環境である深部火成岩中の微生物生態系の特徴と考えられた。

口頭

高速合成CVD単結晶ダイヤモンドによる14MeV中性子応答関数測定

佐藤 圭*; 垣本 明徳*; 金子 純一*; 藤田 文行*; 坪内 信輝*; 杢野 由明*; 茶谷原 昭義*; 佐藤 聡; 今野 雄太*; 本間 彰*; et al.

no journal, , 

人工ダイヤモンドによる14MeV中性子エネルギースペクトロメーターの実用化に向けて、結晶合成及び各種評価を行っている。本研究では、高品質大型基板開発の一環として、産業技術総合研究所で基板用用途向けに高速合成された一辺9mm程度の三角形の大型CVD単結晶ダイヤモンド自立膜から、マイクロ波プラズマCVD装置を使用し、基板温度:900度,ガス圧力:160Torr,メタン濃度:10%で結晶を合成し、検出器を試作した。本検出器を用いて、原子力機構の核融合中性子源(FNS)で、14MeV中性子応答関数測定実験を行い、$$^{12}$$C(n,$$alpha$$)$$^{9}$$Be反応によるピーク(4%程度のエネルギー分解能)の観測に成功した。これによりメタン濃度10%の高メタン濃度の合成条件でもエネルギースペクトロメーターグレードのCVD単結晶が得られることがわかった。

口頭

Evaluation of CVD diamonds for a DT neutron energy spectrometer

佐藤 圭*; 金子 純一*; 藤田 文行*; 垣本 明徳*; 坪内 信輝*; 杢野 由明*; 茶谷原 昭義*; 佐藤 聡; 今野 雄太*; 本間 彰*; et al.

no journal, , 

DTプラズマイオン温度測定のための$$^{12}$$C(n,$$alpha$$)$$^{9}$$Be反応を用いたダイヤモンドエネルギースペクトロメーターの開発の一環として、産業技術総合研究所において基板用途向けに10%の高メタン濃度で合成された大型CVD単結晶ダイヤモンド自立膜から検出器を合成し、原子力機構の核融合中性子源(FNS)で、14MeV中性子に対する応答関数を測定した。併せて、エレメントシックスで合成されたエレクトロニクスグレードダイヤモンドから製作した検出器に関しても、応答関数を測定した。その結果、いずれの検出器でも、14MeV中性子に対して4%程度のエネルギー分解能が得られ、メタン濃度10%の条件であっても、エネルギースペクトロメーターグレードの結晶が合成可能であることがわかった。

口頭

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

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*

no journal, , 

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。

口頭

産業技術総合研究所との共同研究; 地球化学環境変動要因としての地下微生物の影響評価手法の技術開発と高度化

福田 朱里; 水野 崇; 青才 大介; 萩原 大樹; 山本 祐平; 新宮 信也; 伊藤 一誠*; 鈴木 庸平*; 幸塚 麻理子*; 今野 祐多*

no journal, , 

地層処分の安全評価に必要な深部化学環境とその形成プロセス及び長期的変遷の調査技術開発のため、原位置における微生物学的特性を明らかにし、化学環境形成や擾乱からの回復過程における微生物の役割を評価することを目的とし、地球化学分析,微生物群集構造解析,微生物代謝活性の評価を行った。これまでの研究により、土岐花崗岩から採取した地下水中の微生物の活性は低いことがわかっており、より短期で高感度な代謝活性測定方法の開発及び深度に伴う微生物学的特性の変化の解析を重点的に行った。地球化学分析の結果、酸素,硝酸・亜硝酸イオンは全深度で検出限界未満だったため、硫酸イオン以外の主な電子受容体は乏しいと推測された。微生物群集構造解析から深度に伴う優占微生物種の遷移がみられた。微生物代謝活性の評価により、花崗岩とそれを被覆している堆積岩の境界近傍の深度99mの微生物代謝活性が高く、それ以深は深度とともに低くなる傾向がみられた。本研究により、花崗岩深部において原位置の代謝活動は低いが、地下施設建設等による擾乱で酸素や硝酸が供給された場合、微生物による消費が期待されることが示された。

口頭

Metabolic rates of subsurface microorganisms in a hydrogeochemically characterized granitic aquifer system at the Mizunami Underground Research Laboratory (MIU) in Japan

福田 朱里; 幸塚 麻理子*; 今野 祐多*; 青才 大介; 萩原 大樹; 水野 崇; 鈴木 庸平*

no journal, , 

深部地下環境には微生物が生息しており、その地下微生物の生理学的・系統学的多様性は地下水の地球化学環境に依存して変化する。瑞浪超深地層研究所における深度99mから1169mの深部花崗岩中の地下水の地球化学的特性に微生物が与える影響を定量的に評価するため、さまざまな好気及び嫌気的代謝活動を高感度に測定する手法を開発した。地下水のろ過により微生物細胞を約30倍に濃縮し、電子受容体とともに培養を行ったところ、好気呼吸活性は深度99mと175mにおいて400umol/L/year以上で、深くなるにつれ減少し、深度1169mで36umol/L/yearだった。硝酸還元活性は深度99mから308mにおいて増加した(4.3から37umol/L/year)が、それより深くなるにつれ減少し、深度1169mで0.20umol/L/yearだった。硫酸還元活性は1.4から3.2umol/L/yearの値で、深度200m以浅でしか検出されなかった。地下水系において酸素と硝酸が欠乏し、深度に伴い硫酸が緩やかに減少する理由として、本研究で求めた活性速度で行われている微生物代謝活動の影響が考えられる。本研究の予算の一部は、原子力安全・保安院の受託研究費を用いた。

口頭

花崗岩深部の地下水流動特性に依存した硫酸から二酸化炭素還元への微生物呼吸様式のシフト

今野 祐多*; 小松 大祐*; 西村 周作*; 福田 朱里; 青才 大介; 水野 崇; 長尾 誠也*; 角皆 潤*; 鈴木 庸平*

no journal, , 

水理・地球化学環境と地下微生物の代謝活動を担うエネルギー源の関係性を把握するため、花崗岩中の地下水試料を用いて、微生物のエネルギー源となり得る物質の分析により、微生物の代謝様式の推定を行った。瑞浪超深地層研究所の地上及び研究坑道内から掘削したボーリング孔より採取した地下水中の腐植物質様有機物の定量・定性,水素ガスの定量,硫酸・硫化物イオン,溶存無機炭素の定量及び安定同位体組成の分析を行った。その結果、腐植様物質は深度100から300mに向けて濃度が減少した。透水性の低い断層の両側に位置し、透水係数が異なる深度300mの2つのボーリング孔の酸化還元状態は、硫酸還元環境と二酸化炭素還元環境で異なることが示唆された。地下水流動が遅い場合、水-岩石-微生物反応にとって十分な反応時間が得られ、酸化剤の消費が進み、より還元的な化学環境が形成されると考えられる。したがってこれらの結果は、花崗岩中の地下水流動特性に従い、有機物に依存する硫酸還元(従属栄養)から地下由来のエネルギー源に依存する二酸化炭素還元(独立栄養)へのシフトを示唆し、地下深部において光合成由来物質が影響する限界に近付いていることを意味する。

口頭

産業技術総合研究所との共同研究; 地球化学環境変動要因としての地下微生物の影響評価手法の技術開発と高度化

福田 朱里; 水野 崇; 青才 大介; 萩原 大樹; 山本 祐平; 新宮 信也; 竹野 直人*; 鈴木 庸平*; 今野 祐多*; 幸塚 麻理子*

no journal, , 

地層処分の安全評価に必要な深部化学環境及びその変動要因である微生物活動の調査技術開発のため、原位置における微生物代謝活性を空間的に把握し、酸化還元状態及び微生物活動の指標となる溶存ガスを定量的に評価することを目的とし、地球化学的特性と微生物学的特性の調査を行った。これまでの研究により、瑞浪超深地層研究所用地内及び周辺の土岐花崗岩から採取した地下水中の微生物の活性は低いこと、DNAの配列情報では代謝様式が未確定な微生物が優占していること、地下水中の溶存ガスは脱ガスにより定量的な評価が困難であることがわかってきている。そこで、さまざまな代謝様式を同時に評価可能な手法と溶存ガスの定量的な評価のためのサンプリング手法の確立を行った。全菌数測定の結果、全菌数は深度による有意な違いはみられなかった。微生物代謝活性の評価により、地質構造・水理・地球化学要因だけでなくボーリング孔の掘削条件なども大きな影響を与える因子であることが示唆された。また、サンプリング手法の改良により溶存ガスの定量分析が可能となり、溶存ガスの濃度や同位体比を酸化還元状態や微生物活動の指標に用いることが可能となった。

口頭

瑞浪超深地層研究所における深部花崗岩中地下水の生物地球化学的調査

福田 朱里; 幸塚 麻理子*; 今野 祐多*; 青才 大介; 新宮 信也; 萩原 大樹; 水野 崇; 鈴木 庸平*

no journal, , 

微生物は、地下の化学環境形成や維持において重要な役割を担っていることが知られている。そこで、微生物生態系の観点から地下水の化学環境を理解することを目的とし、瑞浪超深地層研究所において採取された花崗岩中の地下水試料を用いて、地球化学分析,微生物群集構造解析及び代謝活性の評価を行い、生物地球化学的特性の把握とそのための調査手法の開発を行った。採取した地下水試料の優占微生物は、既知の微生物との相同性から生理学的特性を推察することは難しかったが、本研究で行った代謝活性測定手法により、機能未知の微生物やボーリング孔掘削後に繁殖した好気性微生物を含む微生物群集の地下環境の形成・維持への影響の定量的評価が可能となった。本研究により、微生物が還元的な環境の形成・擾乱後の回復過程において重要な役割をもち、地球化学的特性と微生物学的特性の統合的調査の有用性が示された。

口頭

Unveiling key players in the geological disposal environment

鈴木 庸平*; 福田 朱里; 今野 祐多*; 幸塚 麻理子*; 萩原 大樹; 青才 大介; 竹野 直人*; 水野 崇

no journal, , 

This study is aimed to understand the microbiological properties in deep granitic fresh water aquifer. As the result of investigation at two URLs, Mizunami Underground Research Laboratory and Grimsel Test Site, it is suggested that some microbes are cosmopolitan in the granitic freshwater aquifer and radionuclide interactions should be clarified to provide general and reliable information for the safety of geological disposal in granitic subsurface.

口頭

室内培養実験における地下水溶存有機物の特徴

西村 周作*; 鈴木 庸平*; 福田 朱里; 今野 祐多*; 執印 訓子*; 長尾 誠也*

no journal, , 

地下水中におけるアクチノイドなどの移行に及ぼす有機物の影響を評価するため、地下水溶存有機物を対象にした研究が進められており、フルボ酸などの溶存有機物の蛍光特性が地層などの違いを反映していることが明らかになってきた。一方、微生物活動が溶存有機物に与える影響については明らかになっていない。本研究では、瑞浪超深地層研究所用地内のボーリング孔から採取した花崗岩中の地下水試料と、地下水のろ過により捕集した懸濁物質を用いた培養試料を試料とした。三元次蛍光分光光度計,紫外可視分光光度計,高速液体サイズ排除クロマトグラフにより測定を行い、培養に伴う有機物の生成と分解について検討を行った。培養後の試料は地下水試料に比べ、フルボ酸物質濃度の指標となる励起320nm/蛍光430nmの相対蛍光強度が高く、嫌気培養に伴い微生物活動によりフルボ酸物質が生成されることを明らかにした。生成したフルボ酸物質は、採取した地下水よりも高分子の有機物量が多いが、微生物の種類や代謝活性の違いにより特徴は異なると考えられる。また、この生成において硝酸は微生物活動を促進し、酸素は阻害する可能性が考えられた。

口頭

瑞浪超深地層研究所深部地下水中での微生物活動による硫酸還元反応と硫黄同位体分別

廣田 明成*; 東郷 洋子*; 伊藤 一誠*; 鈴木 庸平*; 福田 朱里*; 今野 祐多*; 角皆 潤*; 小松 大祐*; 長尾 誠也*; 岩月 輝希

no journal, , 

瑞浪超深地層研究所において、地下の微生物活動の影響を評価するため地下水中の各種溶存化学成分の濃度と硫酸イオン、硫化物イオンの硫黄安定同位体比の測定を行った。その結果、硫酸イオンと硫化物イオンの同位体分別係数は20-60‰であることが明らかとなり、地下深部の環境条件下において、硫酸イオン濃度が低い場合でも大きな硫黄同位体分別がおきる場合があることが示された。

口頭

OKTAVIAN TOF実験を用いたENDF/B-VIII$$beta$$4.1のベンチマークテスト

磯部 祐太*; 吉田 茂生*; 今野 力

no journal, , 

米国で開発中の核データライブラリーENDF/B-VIII$$beta$$4.1のベンチマークテストをOKTAVIAN TOF実験のCo実験とCu実験で行った。比較のために、ENDF/B-VII.1、JENDL-4.0を用いた解析も行った。その結果、ENDF/B-VIII$$beta$$4.1を用いた解析結果は、Co実験では他の核データライブラリーを用いた解析結果より実験値に近くなり、Cu実験では他の核データライブラリー用いた解析結果より実験値との一致が悪くなることがわかった。また、ENDF/B-VIII$$beta$$4.1とENDF/B-VII.1を用いた解析結果の差の原因が、$$^{59}$$Coでは非弾性散乱により残留核が連続領域に励起する反応のデータ、$$^{63}$$Cu、$$^{65}$$Cuでは非弾性散乱反応全体のデータにあることも明らかにした。

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