琵琶湖集水域の環境メタロミクス

「メタロミクス」とは生体を構成する元素、とくに微量金属元素の機能と役割を体系的に解明する学問領域である。本書は、琵琶湖と金属をテーマに、元素の動態と集積を切り口として、水域環境と生物多様性に関する最新の研究成果を湖沼研究の現場に近い研究者がオムニバス形式で執筆している。
フィールドワークをベースとし、分析化学、環境科学の最前線の手法や知見を包括した内容となっている。

第Ⅰ編　機械材料通論
　第1章　総　論
　1.1　材料の種類と概要
　1.2　鉄鋼材料の製造プロセス
　1.3　材料の加工法
　（1）成形加工／（2）除去加工／（3）付加加工
　1.4　機械材料学を学ぶに際して
　【演習問題】

　第2章　原子と結晶構造
　2.1　原子構造
　2.2　原子の結合方式
　2.3　結晶構造の分類
　2.4　金属の単位格子
　（1）体心立方格子／（2）面心立方格子／（3）稠密立方格子
　2.5　格子面と方向の表示法
　（1）ミラー指数／（2）六方指数
　2.6　結晶学的特徴
　（1）格子面間隔／（2）配位数と原子間距離
　2.7　結晶構造の解析法
　【演習問題】

　第3章　転位と結晶塑性
　3.1　格子欠陥
　（1）点欠陥／（2）線欠陥／（3）面欠陥
　3.2　塑性変形と転位
　（1）すべり変形／（2）転位とすべり変形／（3）双晶変形
　3.3　転位の基本的性質
　（1）転位の運動／（2）転位の応力場とエネルギー／（3）転位の増殖／（4）転位のジョグ
　【演習問題】

　第4章　拡　散
　4.1　拡散現象
　4.2　拡散機構
　（1）空孔拡散／（2）格子間拡散
　4.3　フィックの法則
　（1）定常状態拡散／（2）非定常状態拡散／（3）拡散係数の決定
　4.4　拡散の影響因子
　（1）拡散種／（2）温　度
　【演習問題】

　第5章　熱力学と相変化
　5.1　熱力学の基本法則
　（1）熱力学第 1法則／（2）熱力学第 2法則／（3）熱力学第 3法則
　5.2　平衡状態と自由エネルギー
　5.3　相律と変態
　5.4　金属の凝固と組織
　（1）凝固過程／（2）凝固組織
　【演習問題】

　第6章　合金の平衡状態図
　6.1　基本的事項
　（1）合金の形態／（2）合金の組成表示法／（3）液相線と固相線／（4）二相分離／（5）溶解度曲線
　6.2　二元系合金の平衡状態図
　（1）全率固溶体型状態図／（2）共晶型状態図／（3）包晶型状態図／（4）その他の状態図
　6.3　三元系合金の平衡状態図
　【演習問題】

　第7章　機械的性質と材料試験
　7.1　引張試験
　（1）公称応力－ひずみ曲線／（2）真応力－ひずみ曲線
　7.2　硬さ試験
　（1）ブリネル硬さ（JIS Z 2243）／（2）ピッカース硬さとヌープ硬さ／（3）ロックウエル硬さ（JIS Z 2245）／（4）硬さと機械的性質
　7.3　衝撃試験
　（1）シャルピー・アイゾット衝撃試験／（2）遷移温度
　7.4　破壊靱性試験
　（1）平面ひずみ破壊靱性（JIS G 0564）／（2）弾塑性破壊靱性（JIS Z 2284）
　7.5　非破壊試験
　【演習問題】

　第8章　材料の強化機構
　8.1　加工硬化と回復・再結晶
　（1）転位密度と加工硬化／（2）回復と再結晶
　8.2　結晶粒の微細化
　8.3　固溶強化と転位の固着
　（1）固溶強化／（2）転位と溶質原子の相互作用
　8.4　析出強化と分散強化
　（1）析出強化／（2）分散強化
　【演習問題】

　第9章　材料の強度と破壊
　9.1　破壊の基礎
　（1）理論的破壊強度／（2）き裂材の破壊力学
　9.2　破壊様式
　（1）延性破壊／（2）脆性破壊
　9.3　疲労強度 　（1）繰り返し応力とS－N線図／（2）疲労限度線図／（3）疲労き裂発生と伝播
　9.4　クリープ強度
　（1）リープ曲線とデザインデータ図／（2）クリープ破壊
　9.5　環境強度
　（1）腐食現象／（2）応力腐食割れ／（3）腐食疲労
　【演習問題】

　第Ⅱ編　機械材料各論
　第10章　炭素鋼
　10.1　炭素鋼の状態図と組織
　（1）純鉄の変態／（2）炭素鋼の状態図／（3）炭素鋼の組織と性質
　10.2　炭素鋼の熱処理
　（1）冷却速度と変態／（2）熱処理の種類とその熱操作／（3）恒温変態曲線／（4）連続冷却変態曲線
　10.3　マルテンサイトによる強化
　（1）マルテンサイト変態／（2）焼入性と焼戻脆性／（3）等温焼入れと加工熱処理
　10.4　表面硬化処理
　（1）表面焼入れ／（2）ショットピーニング／（3）浸炭・窒化処理
　【演習問題】

　第11章　合金鋼
　11.1　合金元素の影響
　（1）状態図／（2）焼入性／（3）炭化物形成／（4）機械的性質
　11.2　低合金鋼の種類と特性
　（1）構造用鋼／（2）高張力鋼／（3）耐候性鋼／（4）ばね鋼／（5）軸受鋼／（6）快削鋼
　11.3　高合金鋼の種類と特性
　（1）工具鋼／（2）耐熱鋼／（3）耐食鋼
　【演習問題】

　第12章　鋳　鉄
　12.1　鋳鉄の状態図と組織
　12.2　実用鋳鉄の種類と性質
　（1）ねずみ鋳鉄／（2）可鍛鋳鉄／（3）球状黒鉛鋳鉄／（4）CV黒鉛鋳鉄／（5）合金鋳鉄
　12.3　鋳鋼と鍛鋼
　（1）鋳　鋼／（2）鍛　鋼
　【演習問題】

　第13章　非鉄金属材料
　13.1　アルミニウムおよびその合金
　（1）アルミニウムの特性／（2）アルミニウム合金の種類と特性
　13.2　マグネシウムおよびその合金
　（1）マグネシウムの特性／（2）マグネシウム合金の種類と特性
　13.3　銅およびその合金
　（1）銅の特性／（2）銅合金の種類と特性
　13.4　チタンおよびその合金
　（1）チタンの特性／（2）チタン合金の種類と特性
　【演習問題】

　第14章　非金属材料
　14.1　セラミックス
　（1）セラミックスの分類と結晶構造／（2）セラミックスの種類と特性
　14.2　ガラス
　（1）ガラスの構造／（2）ガラスの種類と特性
　14.3　プラスチック
　（1）プラスチックの種類と特性／（2）汎用プラスチック／（3）エンジニアリングプラスチック
　14.4　ゴムと接着剤
　（1）ゴムの種類と特性／（2）接着剤の種類と特性
　【演習問題】

　第15章　複合材料と機能材料
　15.1　複合材料
　（1）複合材料の種類と特性／（2）複合材料の強化理論
　15.2　機能材料
　（1）金属間化合物／（2）形状記憶合金と超弾性合金／（3）アモルファス合金／（4）水素吸蔵合金／（5）その他の機能材料
　【演習問題】

　【演習問題解答】

　付　録
　参考書
　索　引
　はじめに
　本書の構成

　第1章　メタロミクスとは
　第1節　メタロミクスと琵琶湖の水理現象（原田 英美子）
　　メタロミクス―元素の挙動から生命と地球環境を理解する―
　　琵琶湖の概要と特徴
　　琵琶湖の水温躍層と全層循環
　　湖底環境や生物相と金属の動態―貧酸素化の影響―
　　琵琶湖集水域の環境メタロミクス

　第2章　美味しいメタロミクス
　第1節　耳石の微量元素組成・安定同位体比を用いたビワマス回遊履歴推定（天野 洋典）
　　はじめに
　　耳石の特性と魚類生態研究への活用方法
　　ビワマスの生活史と回遊特性
　　ビワマスにおける耳石元素組成の回遊履歴指標としての有用性
　　耳石の母川指標によるビワマスの母川判別
　　おわりに

　第2節　X線吸収微細構造（XAFS）分光法による琵琶湖産シジミの殻皮に含まれる微量元素の化学形態と局所構造の解明（竹本 邦子）
　　琵琶湖のシジミの現状
　　シジミの貝殻の色
　　XAFS
　　試料の準備
　　蛍光X線収量法によるXAFSと蛍光X線分析による元素マッピング
　　実験結果
　　Feと黒色化
　　まとめ

　第3節　滋賀県の伝統食材「姉川クラゲ（イシクラゲ）」（玉井 鉄宗・古本　強・朝見 祐也・坂梨 健太）
　　イシクラゲとは？
　　研究対象としてのイシクラゲ
　　食材としてのイシクラゲ
　　農作物としての姫川クラゲ
　　自生環境の調査
　　最重要元素「カルシウム」
　　細胞レベルでの培養条件の最適化
　　個体レベルでの栽培条件の最適化
　　姉川クラゲの可能性

　第3章 植物の潜在力を知るメタロミクス
　第1節　琵琶湖に過剰繁茂する水草の管理と有効利用：水草が濃縮した溶存無機塩類が微細藻と野菜を育てる（伴　修平・リュウ キン・畑　直樹）
　　はじめに
　　メタン発酵消化液を使った微細藻類培養
　　紫外線（UV）を用いたMg利用可能性の促進
　　メタン発酵消化液を用いた野菜の養液栽培
　　メタン発酵消化液の改質工程
　　メタン発酵消化液の無機成分組成
　　メタン発酵消化液の肥料特性

　第2節　琵琶湖岸の希少植物タチスズシロソウ―環境要因が個体数に与える影響―（吉山 浩平・小野 夏実・宮村　弘・河邊　昭・原田 英美子）
　　琵琶湖の海浜植物
　　タチスズシロソウの分布および個体数
　　タチスズシロソウの個体を決める要因―重金属耐性・集積性との関連―
　　野外環境中の人工物に由来する金属が植生に与える影響
　　まとめ

　第3節　アオバナの青色色素の構造と産業利用（武田 幸作・原田 英美子）
　　アオバナとは
　　加賀友禅工房での青花紙の利用
　　アオバナの青色色素の研究歴史
　　アオバナの青色色素コンメリニンの構造

　第4節　伊吹山のヨモギと黒色火薬の生産（飯村 康夫・水野 隆文・原田 英美子）
　　伊吹山のヨモギ
　　土壌微生物を利用した火薬の製造
　　カリウム資源としてのヨモギのポテンシャル
　　補足

　第4章　生物が作り出す鉱物とメタロミクス
　第1節　琵琶湖パール―海水産と淡水産の真珠の比較―（鈴木 道生・佐野 聡哉・淡路 雅彦）
　　淡水真珠と海水真珠の収穫量の比較
　　淡水真珠と海水真珠で使われる貝類種の比較
　　淡水真珠，海水真珠の養殖方法
　　淡水真珠，海水真珠の微細構造
　　淡水真珠，海水真珠内の有機分子
　　まとめ

　第2節　水生植物の金属集積―植物に微生物が作用して鉱物ができる現象―（奥井 啓介・原田 英美子）
　　重金属を集積する植物―陸生植物での研究―
　　水生の重金属集積植物―琵琶湖水圏でのスクリーニング―
　　湿式分解による有機物の分解と金属濃度の測定
　　金属元素の吸収と蓄積機構の検討
　　マンガン酸化細菌の酸化機構
　　植物に微生物が作用して生じる鉱物―オンネトーと高師小僧―
　　　オンネトー湯の滝マンガン酸化物生成地
　　　高師小僧
　　まとめ

　第3節　琵琶湖深層部のマンガン酸化物構造体メタロゲニウム（古田 世子）
　　メタロゲニウムとは
　　琵琶湖深層部の試料採取と環境分析
　　メタロゲニウム産生に関与するマンガン酸化細菌
　　メタロゲニウム産生と植物プランクトン
　　まとめ

　第5章　見えないものを見るメタロミクス
　第1節　環境科学研究への放射光蛍光X線分析の応用（保倉 明子・原田 英美子）
　　X線と分析化学
　　国内の放射光施設
　　放射光蛍光X線分析を利用した元素のイメージング―オオカナダモのセシウム吸収―
　　オオカナダモに集積するマンガン酸化物の分析
　　まとめ

　第2節　琵琶湖と流入河川における溶存態鉄の存在形態（丸尾 雅啓）
　　鉄の地球化学的背景
　　鉄の酸化数と錯生成
　　琵琶湖の鉄測定のための準備と現場操作
　　鉄の実測結果
　　水中の鉄はFe（Ⅲ）？Fe（Ⅱ）？

　第3節　琵琶湖湖底の低酸素化にともなう有害元素の動態変化と生物への影響（板井 啓明）
　　琵琶湖湖底の低酸素化と金属溶出
　　湖沼におけるマンガン・ヒ素の地球化学的動態
　　2007年に発生したイサザの大量へい死とマンガン・ヒ素曝露
　　　（i）大量へい死個体におけるマンガン・ヒ素の組織別分布解析
　　　（ii）各組織中のマンガン・ヒ素の化学形態分析
　　　（iii）死亡個体の浸漬試験
　　2020年の無酸素化とMn，As溶出
　　おわりに

　第4節　琵琶湖湖底における底生動物の炭素・窒素・硫黄安定同位体比（大西 雄二）
　　はじめに
　　底生動物が依存している一次生産者
　　安定同位体比とは
　　安定同位体比を用いた食物網構造解析
　　動物の安定同位体比測定方法
　　琵琶湖深底部に生息する底生動物の栄養源
　　琵琶湖沿岸部に生息する底生動物の栄養源
　　底生動物の同位体比を用いた人間活動の影響評価
　　まとめ

　第5節　生態系においてセレン循環を駆動する微生物（越智 杏奈・井上 真男・青野　陸・三原 久明）
　　はじめに
　　環境微生物によるセレン代謝
　　我々が排出したセレンはどこに行くのか？
　　TMSe分解の犯人を探せ！
　　TMSe資化性細菌の単離
　　　（i）寒天平板培地による単離
　　　（ii）TMSe消費量による選抜
　　　（iii）TMSe単一炭素源での生育試験と単離培養
　　分離株の性状と新種の可能性
　　まとめ

　第6章　古の琵琶湖をたどるメタロミクス
　第1節　化石と元素，琵琶湖地域の化石を振り返る（高橋 啓一）
　　琵琶湖周辺の化石包含層
　　化石のでき方
　　化石の研究
　　おわりに

　第2節　琵琶湖湖底に横たわる過去43万年間の粘土堆積物層の無機化学組成（豊田 和弘）
　　琵琶湖の特殊性
　　優れた過去の環境変動の記録媒体
　　琵琶湖1400 mコアに関する昔話
　　中性子放射化分析とは
　　風化に強い元素群の間の含有量化
　　古水深の指標
　　さいごに

　第3節　元素から見た琵琶湖周辺の中生代花崗岩とカルデラ火山（多賀　優・貴治 康夫）
　　はじめに
　　琵琶湖周辺の花崗岩と火山（カルデラ）
　　琵琶湖周辺の花崗岩中の元素
　　花崗岩の分類と金属鉱床
　　年代の測定法と元素
　　琵琶湖周辺の花崗岩類の年代
　　おわりに

　第4節　X線CT撮影の文化財利用（佐藤 亜聖・山口 繁生・村田 裕介）
　　はじめに
　　X線CT撮影
　　大津市中畑田遺跡出土銭貨の分析
　　火葬蔵骨器の調査
　　おわりに

　　初出文献
　　研究助成金
　　著者略歴（五十音順）
　　索引