いま取り組んでいること These days

1.豪雨がもたらす河川表流水と地下水にもたらす変化とその生態系影響;伊豆半島狩野川水系を対象に

1.Impact of torrential rainfall on the ecosystem of river and its estuary; A study in Kanogawa riverine system in Izu peninsula

→ https://wwp.shizuoka.ac.jp/kanogawa/ へリンク

2.深部地下圏の微生物と水循環

2.Microbes in groundwater of deep biosphere

(1)富士山地下圏の水循環モデルの新しい考え方

従来は地質構造をもとに地下水の流れを推測されてきたが、湧水や地下水に含まれる微生物DNA解析によって地下水がどこを流れてきたのかを推測するための情報が得られる可能性を示す研究。スタートは静岡大学着任間もない頃から学生たちと5年あまり取り組み2015年に発表した研究室の成果論文1)。富士山麓の幾つもの湧水から好熱性細菌のDNAが検出された。湧水の水温が12〜15℃、地温勾配を4℃とすれば、主な流路とされる富士山麓溶岩流(高さ約150m)下部は好熱性最近が必要とする40℃以上という環境条件を満たさないという発見から研究は展開された。

(1)A study in deep biosphere at the foot of Mt. Fuji

In addition to the hydrogeological understanding on the path of groundwater in deep biosphere, we present a method to estimate the path of groundwater using microbial DNA. If you retrieve thermophilic DNA from the examined water, this suggest the water is at least partially transported from the environment exceeding 40 ℃. This method is well applied to elucidate the changes in the route of groundwater in in the case of torrential rainfall. This may lead us to forecast the land slide caused by torrential rainfall as if exceeding 200-300 mm per event which fills up the the surface aquifer.

【Original paper】

1)Microbes in groundwater of a volcanic mountain, Mt. Fuji; 16S rDNA phylogenetic analysis as a possible indicator for the transport routes of groundwater. T. Segawa, A. Sugiyama, T. Kinoshita, R. Sohrin, T. Nakano, K. Nagaosa, D. Greenidge, K. Kato, Geomicrobiol. J., 32: 677-688 (2015).

2)Tracking the direct impact of rainfall on groundwater at Mt. Fuji by multiple

analyses including microbial DNA. Ayumi Sugiyama,Suguru Masuda,Kazuyo

Nagaosa,Maki Tsujimura, and Kenji Kato, Biogeosciences, 15:721-732 (2018).

3)ドローンを用いた河川水温の測定による湧水箇所の探査, 松本ほか(加藤は責任著者)陸水学雑誌,83,141-148 (2022)

4) “Triple junction hydrogeology: Revisiting Mt. Fuji’s groundwater origins with

novel tracers”. O. Schilling, .., K.Kato, Nature Water (in review, 2022)

(2)放射性廃棄物の地下圏処分に関わる微生物研究

私たちが向き合わなければならない最大の環境問題の一つ、負の環境遺産である放射性廃棄物の地下圏への処分に微生物が影響するか研究を始めようと微生物生態学会の先輩Fさんに誘われたのが2005年頃。その後、北海道天塩郡幌延町に設置された深地層研究所の掘削孔を使った微生物研究に取り組み(論文 3),4))、さらに廃棄された放射性物質の地下水中での拡散問題に微生物がどのように関わるかをロシア側研究者との7年にわたる共同研究で明らかにした研究をようやく2020年に書籍として公開することができた(Book 1))。その縁で、福島大学環境放射能研究所の研究者とチェルノービル(チェルノブイリ)研究の出版にも協力させていただいた(Book 2))。未だ候補地が決まらない我が国の放射性廃棄物処分問題は、未来の原告(子供達とさらに次やその次の世代を担う人たち)に向けて私たちは未だ何もなし得ていない。ゴミ問題と同様に、海外に処分を“輸出”するようなことがあって良いものだろうか?

(2)Microbial study relating to the construction of radioactive waste in deep subsurface environment

One of the most critical issues in the environment for the earth is no doubt how do we treat radioactive waste produced throughout the 20th century. However, our understanding on the target place, deep biosphere, is still insufficient in particular from the biological stand point. The deep subsurface environment is the world for microbes. We have carried out over 7 years collaboration with Russian scientists on the radioactive groundwater contamination in Ural, which is presented by a Book mentioned below. Concerned the case for sedimentary rock in Japan, we study in the area of Horonobe in Hokkaido, and some pares have been published shown below. Papers in Japanese are reviews.

【Book】

1) ”Behavior of Radionuclides in the Environment I. Function of Particles in

Aquatic System.” Editors:  Kenji. Kato, Alexei Konoplev, Stepan N. Kalmykov,

Springer-Nature, 225pp. (https://www.springer.com/jp/book/9789811506789#aboutAuthors

2)”Behavior of Radionuclides in the Environment II Chernobyl” Editors:  Alexei Konoplev, Kenji.Kato, Stepan N. Kalmykov, Springer-Nature, 443pp.(2020) https://doi.org/10.1007/978-981-15-3568-0

【Original paper】

  • Unique distribution of deep groundwater bacteria constrained by geological

setting. K. Kato, K. Nagaosa, H. Kimura, C. Katsuyama, K. Hama, T. Kunimaru, U. Tsunogai, K. Aoki, Environmental Microbiology Report, 1:569-574 (2009).

  • Occurrence and potential activity of denitrifiers and methanogens in

groundwater at 140 m depth in Pliocene diatomaceous mudstone of northern Japan. C. Katsuyama, H. Nashimoto, K. Nagaosa,  T. Ishibashi , K. Furuta , T. Kinoshita , H. Yoshikawa , K. Aoki, T. Asano , Y. Sasaki , R. Sohrin , D. Komatsu , U. Tsunogai , H. Kimura, Y. Suwa, K. Kato, FEMS Microbiology Ecology, 86: 532-543 (2013).

【Related paper】

5)Comparison of Solid-Water Partitions of Radiocesium in River Waters in Fukushima and Chernobyl Areas.Yoshio Takahashi, Qiaohui Fan, Hiroki Suga, Kazuya Tanaka, Aya Sakaguchi, Yasuo Takeichi, Kanta Ono, Kazuhiko Mase, Kenji Kato & Vladimir V. Kanivets. Scientific Reports 7,Article number:12407.  doi:10.1038/s41598-017-12391-7 (2017)

6)Sorption behavior of Np(V) on microbe pure culture and consortia. Toshihiko Ohnuki, Naofumi Kozai, Fuminori Sakamoto, Satoshi Utsunomiya, Kenji Kato, Chemistry Letters,46:771-774 (2017) doi: 10.1246/cl.170068.(2017).

7)Ultramicrobacteria from Nitrate- and Radionuclide-Contaminated Groundwater. Tamara Nazina,…,Kenji Kato, Sustainability, 12 1239-doi:10.3390/su12031239.(2020).

8)北海道幌延地域沿岸部の深層地下水における微生物分布の特,杉山 歩井原 哲夫辻村 真貴永翁 一代加藤 憲二丸井 敦尚, 水文・水資源学会 2019 年 32 巻 5 号 p. 245-254, https://doi.org/10.3178/jjshwr.32.245

9)地下水流動系という視点から見る微生物動態研究の課題と展望、杉山歩、辻村

真貴,加藤憲二、地下水学会誌、62(3):431-448(2020).

https://doi.org/10.5917/jagh.62.431

10)深部地下水を対象とした微生物基礎データの収集、杉山、井原、永翁、

辻村、加藤、地盤工学ジャーナル, 16,13-21 (2021).

https://doi.org/10.3208/jgs.16.13

Prof. Emeritus Kenji Kato
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