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土壌ガス（土壌大気[1] ）は、土壌成分間の空気空間に存在するガスである。固体土壌粒子間の空間は、水が含まれていない場合、空気で満たされている。主要な土壌ガスは、窒素、二酸化炭素、酸素である。[2]酸素は、植物の根と土壌生物の両方の呼吸を可能にするため、非常に重要です。その他の天然土壌ガスには、一酸化窒素、亜酸化窒素、メタン、アンモニアなどがあります。[3]地下の環境汚染物質の中には、埋立地廃棄物、鉱業活動、揮発性有機化合物を生成する石油炭化水素による汚染などから、土壌を通じて拡散するガスを生成するものがあります。[4]
土壌構造内の土壌孔は、水が蒸発や根の吸収によって土壌孔から排出されるか除去されるときにガスで満たされます。土壌内の孔のネットワークは、土壌に空気を送り込み、または通気させます。この通気ネットワークは、水が土壌孔に入るとブロックされます。土壌空気と土壌水はどちらも土壌の非常に動的な部分であるだけでなく、しばしば反比例関係にあります。
構成
土壌の細孔に存在するガスの組成は、一般に土壌大気または土壌の大気と呼ばれ、地球の大気の組成に似ています。[5]さらに、大気とは異なり、土壌ガスの組成は、土壌で起こるさまざまな化学的および生物学的プロセスのために停滞しにくくなっています。[5]これらのプロセスによる組成の変化は、変動時間（つまり、日次対季節）によって定義できます。 この空間的および時間的な変動にもかかわらず、土壌ガスは通常、大気と比較して二酸化炭素と水蒸気の濃度が高くなっています。[5]さらに、メタンや亜酸化窒素などの他のガスの濃度は比較的小さいですが、温室効果ガスのフラックスと土壌への人為的影響を決定する上で重要です。[3]
プロセス
土壌中のガス分子は、気体の運動理論によれば、連続的な熱運動をしており、また分子間の衝突、つまりランダムウォークの過程もある。土壌では、濃度勾配によって高濃度から低濃度への分子の正味の移動が起こり、これが拡散によるガスの移動をもたらす。数値的には、フィックの拡散の法則によって説明される。土壌ガスの移動、特に炭素数が1～5の炭化水素種の移動は、マイクロシープによっても引き起こされる可能性がある。[6]
土壌大気の可変的な構成と絶え間ない動きは、拡散、分解、そして世界の一部の地域では雪解けなどの化学プロセスに起因すると考えられます。土壌空気が大気と拡散すると、土壌ガスが大気中の空気と優先的に置き換わります。[5]さらに重要なことに、季節的、あるいは日々の気温や湿度の変化による土壌ガスの組成の変化は、土壌呼吸の速度に影響を与える可能性があります。[7]
米国農務省（USDA）によると、土壌呼吸とは土壌から放出される二酸化炭素の量を指します。この過剰な二酸化炭素は、酸素の存在下で微生物が有機物を分解することによって生成されます。[7]土壌の生命にとって土壌ガスの両方が重要であることを考えると、二酸化炭素と酸素の大幅な変動は分解速度の変化につながる可能性があり、[7]微生物の存在量の変化は土壌ガスの組成に逆の影響を与える可能性があります。
土壌の凍結や干ばつが一般的な地域では、季節や気象の変化による土壌の解凍と再湿潤が土壌ガスフラックスに影響を与えます。[3]どちらのプロセスも土壌に水分を与え、栄養素の利用可能性を高め、微生物の活動を増加させます。[3]これにより土壌呼吸が増加し、土壌ガスの組成に影響を与えます。[7] [3]
研究と調査
土壌ガスは、マイクロシーページ[6]、 地震[8]、土壌と大気の間のガス交換[9]などのトピックを調査するための多くの科学的研究に使用されてきました。[ 3]マイクロシーページとは、土壌表面での炭化水素の限定的な放出を指し、炭化水素が少量で土壌表面に垂直に移動するという仮定に基づいて石油鉱床を探すために使用できます。 [6]土壌ガス、特にラドンの移動は、地震の前兆として調べることもできます。[8]さらに、たとえば土壌の解凍や再湿潤などのプロセスでは、土壌呼吸の突然の大きな変化が、温室効果ガスである二酸化炭素やメタンなどの土壌ガスのフラックスの増加を引き起こす可能性があります。[3]これらのフラックスと土壌ガスと大気間の相互作用は、土壌表面からの距離によってさらに分析できます。[9]
参考文献
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- ^ Pierzynski, Gary M.; Sims, J. Thomas; Vance, George F., eds. (2005). Soils and Environmental Quality (3rd ed.). Boca Raton, Florida: CRC Press . 2022年10月16日閲覧。
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