熱環境攪乱が地圏環境（土壌・地下水）に及ぼす影響の評価
地球温暖化がクローズアップされて長い時間が経ちましたが、その影響や都市化などによる地表面温度の上昇によって、地下の温度が上昇する“地下温暖化”が世界各地で観測されています。東京や大阪周辺を始めとした世界各地のメガシティでは、地下鉄や地下街、下水道などの地下インフラ構造物が高密度に発展しており、それらによる直接的な排熱が、更なる地下の熱環境攪乱を引き起こす可能性が懸念されます。特に、地下の温度上昇は、地下の物理・化学・生物的なプロセスに影響を与える可能性があります。しかし、世界的にも、その影響は十分に明らかにされていません。
埼玉県荒川低地中部に実証試験サイトを設け、長期間、原位置で地下に強制的な熱負荷、その後の自然放冷を繰り返し与え、その際の地下水質への影響を観測してきました。最大で7℃程度の温度上昇により、ホウ素、ケイ素、リチウム、溶存有機炭素、ナトリウム、カリウムに濃度上昇傾向、マグネシウムでは濃度減少傾向が認められました（図1）。
図1
温度変化幅（ΔT）と濃度変化量（ΔC）の関係性：（a）ホウ素、（b）マグネシウム、（c）ケイ素、（d）ナトリウム、（e）リチウム、（f）カリウム、（g）溶存有機炭素（Saito et al. (2016)を一部改変）
加えて、試験サイトの土壌・堆積物などを対象に、これらの化学成分における溶出特性、吸着脱離特性などの温度依存性評価も進めています。これらは地下水質への影響を検討した例ですが、その他、地表面からの温室効果ガス（CO2とCH4）の放出量を含む、主として不飽和帯の温室効果ガスの動態と、地下温度との関係性なども観測を進めてきました（図2）。
図2
異なる2地点（W1とW2）における地表面CO2フラックス（F）と深度10 cmにおける温度（Ts）の関係性（斎藤ほか、2021）
関連する成果は、国内外の学術誌などにおいて公表・発信に取り組んでいます。関連する受賞歴は、平成30年度土木学会論文奨励賞（受賞論文：https://doi.org/10.2208/jscejer.74.8）、令和2年度科学技術分野の文部科学大臣表彰若手科学者賞（業績名：地下温暖化が地下水環境に及ぼす影響評価に関する研究）になります。
参考文献
- Saito, T., Hamamoto, S., Ueki, T., Ohkubo, S., Moldrup, P., Kawamoto, K., and Komatsu, T (2016): temperature change affected groundwater quality in a confined marine aquifer during long-term heating and cooling. Water Research, 94, 120-127. https://doi.org/10.1016/j.watres.2016.01.043
- 斎藤健志・川本健・小松登志子（2021）：荒川低地における不飽和帯の温度変化と二酸化炭素の生成と消失．土木学会論文集G（環境）、77（3）、72～82. https://doi.org/10.2208/jscejer.77.3_72