Diverse microbiome functions, limited temporal variation and substantial genomic conservation within sedimentary and granite rock deep underground research laboratories

天野 由記; Sachdeva, R.*; Gittins, D.*; Anantharaman, K.*; Lei, S.*; Valentin-Alvarado, L. E.*; Diamond, S.*; 別部 光里*; 岩月 輝希; 望月 陽人; et al.

Environmental Microbiome (Internet), 19, p.105_1 - 105_17, 2024/12

https://doi.org/10.1186/s40793-024-00649-3

Underground research laboratories (URLs) provide a window on the deep biosphere and enable investigation of potential microbial impacts on nuclear waste, CO and H stored in the subsurface. We carried out the first multi-year study of groundwater microbiomes sampled from defined intervals between 140 and 400 m below the surface of the Horonobe and Mizunami URLs, Japan. The Horonobe and Mizunami microbiomes are dissimilar, likely because the Mizunami URL is hosted in granitic rock and the Horonobe URL in sedimentary rock. Despite this, hydrogen metabolism, rubisco-based CO fixation, reduction of nitrogen compounds and sulfate reduction are well represented functions in microbiomes from both URLs, although methane metabolism is more prevalent at the organic- and CO-rich Horonobe URL. We detected near-identical genotypes for approximately one third of all genomically defined organisms at multiple depths within the Horonobe URL. This cannot be explained by inactivity, as in situ growth was detected for some bacteria, albeit at slow rates. Given the current low hydraulic conductivity and groundwater compositional heterogeneity, ongoing inter-site strain dispersal seems unlikely. Alternatively, the Horonobe URL microbiome homogeneity may be explained by higher groundwater mobility during the last glacial period. Genotypically-defined species closely related to those detected in the URLs were identified in three other subsurface environments in the USA. Thus, dispersal rates between widely separated underground sites may be fast enough relative to mutation rates to have precluded substantial divergence in species composition. Species overlaps between subsurface locations on different continents constrain expectations regarding the scale of global subsurface biodiversity. Overall, microbiome and geochemical stability over the study period has important implications for underground storage applications.

高温条件下での稚内層珪質泥岩の一軸圧縮試験

望月 陽人; 佐藤 稔紀; 和田 純一*

JAEA-Research 2024-003, 86 Pages, 2024/06

JAEA-Research-2024-003.pdf:8.13MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分において、現状の処分システムで想定されている緩衝材中の上限温度(100C)の緩和に資するための調査研究が国内外で進められている。本研究では、北海道・幌延町の珪質泥岩(稚内層)を事例として、高温条件下における岩盤物性の変化を理解するために、一部100Cを超える複数の温度条件下での一軸圧縮試験を実施した。同岩石の一軸圧縮強さは加熱温度とともに上昇した。100C以上で加熱した供試体の一軸圧縮強さは、試験前にデシケータ乾燥した供試体と同程度であった。また、走査型電子顕微鏡による鉱物観察では、先行研究において他の岩石で認められたような空隙構造や鉱物の変質は認められなかった。以上のことから、本研究において確認された加熱温度にともなう珪質泥岩の強度の増加は、加熱にともなう試料の乾燥に由来するものと考えられた。

Rapid and long-lasting bedrock flow-path sealing by a "concretion-forming resin"; Results from evaluation tests in an Underground Research Laboratory, Horonobe, Japan

吉田 英一*; 山本 鋼志*; 淺原 良浩*; 丸山 一平*; 刈茅 孝一*; 齊藤 朱音*; 松井 裕哉; 望月 陽人; 勝田 長貴*; Metcalfe, R.*

Powering the Energy Transition through Subsurface Collaboration; Proceedings of the 1st Energy Geoscience Conference (Energy Geoscience Conference Series, 1), 20 Pages, 2024/00

https://doi.org/10.1144/egc1-2023-35

多くの地下構造物の長期間の安全確保にあたっては、岩盤中に存在する断層や坑道近傍の掘削損傷領域を対象とした地下水流れの恒久的なシーリングが重要となる。しかし一般に用いられるセメント材では化学的な変質等によりそのような効果が期待できない。このため、天然で見られる炭酸塩鉱物によるコンクリーションに着目したコンクリーション化剤が開発された。本論文は、コンクリーション化剤に期待される性能を確認するため、日本原子力研究開発機構幌延深地層研究センター地下施設を活用して実施した原位置試験結果をまとめたものである。原位置試験の結果、コンクリーション化剤は急速に硬化し1年間程度で掘削損傷領域の透水性を1/1000減少させるとともに、同施設近傍で起こった地震による影響と考えられる一時的な透水性の増加も再シーリングされ低下することが確認できた。これらのことから、この新しい技術は、多様な目的をもつ地下施設に適用可能であると考えられる。

地下深部の岩盤における地下水の流れの有無を水の安定同位体比から判別する

望月 陽人; 石井 英一

Isotope News, (784), p.23 - 27, 2022/12

Isotope News誌の「Tracer」欄において、亀裂を通じた地下水の流れの有無を水の安定同位体比を利用して判別する方法に関する論文(Mochizuki and Ishii, 2022, https://doi.org/10.1007/s10040-022-02466-9)を紹介するものである。

幌延の地下施設における地下水の地球化学モニタリング装置を用いた物理化学パラメータ測定結果(2020年度)

出井 俊太郎; 望月 陽人

JAEA-Data/Code 2022-001, 29 Pages, 2022/06

JAEA-Data-Code-2022-001.pdf:3.03MB
JAEA-Data-Code-2022-001-appendix(CD-ROM).zip:2.06MB

国立研究開発法人日本原子力研究開発機構は、北海道幌延町の幌延深地層研究センターにおいて、深地層の研究施設を活用した地層科学研究および地層処分研究開発を実施してきた。令和2年度以降の幌延深地層研究計画では、必須の課題への対応に必要なデータを取得するために、地下施設内の調査坑道に設置された地球化学モニタリング装置を用い、岩盤中の地下水の水圧・水質変化の観測を継続している。本報では、140m調査坑道、250m調査坑道および350m調査坑道に設置された地下水の地球化学モニタリング装置を用い、2020年4月1日から2021年3月31日までに取得した水圧および物理化学パラメータ(水温、pH、電気伝導度、酸化還元電位、溶存酸素濃度)の測定結果をとりまとめた。

幌延の地下施設における地下水の地球化学モニタリング装置を用いた物理化学パラメータ測定結果(2017年度2019年度)

出井 俊太郎; 望月 陽人; 宮川 和也; 笹本 広

JAEA-Data/Code 2021-005, 54 Pages, 2021/06

JAEA-Data-Code-2021-005.pdf:4.95MB
JAEA-Data-Code-2021-005-appendix(CD-ROM).zip:5.42MB

日本原子力研究開発機構は、北海道幌延町において、深地層の研究施設を活用した地層科学研究および地層処分研究開発を実施してきた。幌延深地層研究センターでは、地層科学研究の一環として、地下施設内の調査坑道において、地球化学モニタリング装置を用い、岩盤中の地下水の水圧・水質変化の観測を継続している。本報では、140m調査坑道,250m調査坑道および350m調査坑道に設置された地下水の地球化学モニタリング装置を用い、2017年4月1日から2020年3月31日までに取得した水圧及び物理化学パラメータ(温度,pH,電気伝導度,酸化還元電位,溶存酸素濃度)の測定結果をとりまとめた。

少量試料に適用可能な簡易分析法に基づく深部地下水中の溶存有機物の特性評価

望月 陽人; 笹本 広; 馬場 大哉*; 生垣 加代子*

陸水学雑誌, 81(2), p.153 - 166, 2020/05

地下水中の腐植物質の特性評価は一般的に、大量の地下水から分離精製された腐植物質を利用して実施される。しかし、腐植物質の分離精製には多大な時間と労力を要するうえ、地下水量が少ない地域には適用困難である。そこで、少量の試料にも適用可能である簡易特性分析法として、三次元蛍光分析,ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)、およびイオンクロマトグラフィー(IC)を北海道・幌延地域の地下水と地表水に適用し、腐植物質をはじめとする溶存有機物(DOM)の特性評価を試みた。少量の地下水試料から取得された三次元蛍光スペクトルは、大量の地下水から分離精製した腐植物質のものと類似しており、深度差も小さい一方で、地表水とはピーク位置が異なっていた。GPCにより、地下水中のDOMの大部分を分子量1,2002,000Da程度の腐植物質が占め、その分子量は深度とともに減少することが示された。これらは、分離精製した腐植物質の特性とも調和的であった。また、地下水中のDOMに占める低分子量有機物の割合は小さいことがICにより示され、GPCの結果とも整合していた。以上より、本研究で適用した分析方法は、地下水中のDOMの特性を簡易に評価するのに有効な方法であることが示唆された。

幌延深地層研究計画で得られた地下水の水質データ(2017年度2019年度)

宮川 和也; 女澤 徹也*; 望月 陽人; 笹本 広

JAEA-Data/Code 2020-001, 41 Pages, 2020/03

JAEA-Data-Code-2020-001.pdf:3.75MB
JAEA-Data-Code-2020-001-appendix(CD-ROM).zip:0.34MB

幌延深地層研究計画における深地層の科学的研究では、実際の地下の地質環境特性を調査するための技術開発や、得られた地質環境特性に基づく地質環境モデルの構築が進められている。地質環境モデルの1つである地下水の地球化学モデルの構築・見直しにあたっては、地下施設周辺における地下水の水質データが必要である。本報告は、2017年度2019年度までの3年間に、幌延深地層研究計画で得られた地下水の水質データとして、物理化学パラメータおよび水質の測定・分析結果を取りまとめたものである。

幌延深地層研究センター350m調査坑道における地下水の地球化学モニタリング装置による地下水圧の連続観測結果(20162018年度)

望月 陽人; 宮川 和也; 笹本 広

JAEA-Data/Code 2019-014, 56 Pages, 2020/02

JAEA-Data-Code-2019-014.pdf:6.56MB
JAEA-Data-Code-2019-014-appendix(CD-ROM).zip:5.81MB

幌延深地層研究センターでは、地層科学研究の一環として、地下施設内の調査坑道に設置された地下水の地球化学モニタリング装置を用い、岩盤中地下水の水圧・水質変化を継続的に観測している。本報告は、350m調査坑道に設置された地下水の地球化学モニタリング装置を利用して、2016年度2018年度の3年間に取得した地下水圧の観測結果を取りまとめたものである。

深部地下水における酸化還元電位の不確かさ評価; 北海道・幌延地域を事例として

望月 陽人; 笹本 広; 女澤 徹也*; 宮川 和也

地下水学会誌, 61(1), p.3 - 20, 2019/02

https://doi.org/10.5917/jagh.61.3

北海道・幌延地域の深部地下水における酸化還元電位の測定値を整理し、その測定および熱力学的解釈における不確かさの評価方法を検討した。地下研究施設の坑道より掘削されたボーリング孔を利用して測定された地下水の酸化還元電位はおおむね-250mVから-100mVの範囲にあり、経時変化を示すものの、坑道掘削による影響は直接的には及んでいないことが示唆された。地下水の酸化還元状態はSO/FeS, SO/HSおよびCO(aq)/CH(aq)の酸化還元反応に支配されており、その平衡電位との比較から、Eh測定値の不確かさを50mVと設定することが適切であると考えられた。