ボルネオ北西部の熱帯雨林地域における雨水の化学的特徴

Chemical characteristics of rainwater in the tropical rainforest region in northwestern Borneo.

• Ninu Krishnan Modon Valappil
• Prasanna Mohan Viswanathan
• Vijith Hamza

抄録

ボルネオ北西部の赤道熱帯雨林地域において、2016年10月から2017年9月まで雨水の化学組成の包括的な研究を実施した。毎月の累積雨水サンプルは、リンバン川流域（LRB）の様々な場所から採取され、その後、北東モンスーン（NEM）、南西モンスーン（SWM）、およびモンスーン間（IM）の期間を表す季節的なサンプルに分類された。採取した雨水サンプルから物理パラメータ（pH、EC、TDS、DO、濁度）、主要イオン（HCO、Cl、Ca、Mg、Na、K）、微量金属（Co、Ni、Cd、Fe、Mn、Pb、Zn、Cu）を分析した。雨水は平均pHが5.8以上の弱アルカリ性である。雨水中の主要イオンの濃度は、NEMではHCO＞Cl＞Na＞Ca＞Mg＞K、SWMではCl＞HCO＞Na＞Ca＞K＞Mg、IMではCl＞HCO＞Na＞Ca＞Mg＞Kの降順となり、わずかな変動が見られた。季節性雨水試料では、FeやNiなどの微量金属が優勢であり、すべての金属の濃度は季節によって異なることが明らかになった。パイパーダイアグラムから明らかになった季節性雨水試料の化学的特性の変化は、NEM,SWM,IMの各期間においてCa-Mg-HCOとCa-Mg-Clの混合相が支配的であることを示している。また、二元配置分散分析(ANOVA)とピアソンの相関関係を用いた統計的分析からも、物理化学的特性に有意な変動があることが示唆された。このことは、モンスーンの季節における寄与源の変動を示唆している。因子分析では、パラメータの負荷量が異なるNEM、SWM、IMの雨水サンプルにおいて、3つの因子成分で合計79.80％、90.72％、90.52％の分散を説明することで、雨水源の変動を確認した。濃縮因子分析では、Kを除き、海洋由来と地殻由来の寄与が複合的に存在することが明らかになった。後方気流の軌跡のサンプル分析は、調査地域に到達する汚染物質の発生源の季節変動を説明することで、これらの知見のすべてを支持するものであった。全体的に、LRBの季節的な雨水サンプルの化学組成は、自然過程と人為的過程の両方に有意に影響を受けていることが示された。これらには、（長距離および局所的な）産業活動、化石燃料の燃焼、森林の燃焼、道路輸送や輸送活動を含む輸送活動、土地由来の土壌ダスト、季節風によって運ばれる化学成分などが含まれている。

A comprehensive study of the chemical composition of rainwater was carried out from October 2016 to September 2017 in the equatorial tropical rainforest region of northwestern Borneo. Monthly cumulative rainwater samples were collected from different locations in the Limbang River Basin (LRB) and were later categorized into seasonal samples representing northeast monsoon (NEM), southwest monsoon (SWM), and inter-monsoon (IM) periods. Physical parameters (pH, EC, TDS, DO, and turbidity), major ions (HCO, Cl, Ca, Mg, Na, and K) and trace metals (Co, Ni, Cd, Fe, Mn, Pb, Zn, and Cu) were analyzed from collected rainwater samples. Rainwater is slightly alkaline with mean pH higher than 5.8. Chloride and bicarbonate are the most abundant ions, and the concentration of major ions in seasonal rainwater has shown slight variation which follows a descending order of HCO> Cl> Na > Ca > Mg > K in NEM and Cl > HCO > Na > Ca > K > Mg in SWM and Cl > HCO > Na > Ca > Mg > K in IM period. Trace metals such as Fe and Ni have shown dominance in seasonal rainwater samples, and all the metals have shown variation in concentration in different seasons. Variation in chemical characteristic of seasonal rainwater samples identified through piper diagram indicates dominance of Ca-Mg-HCO and mixed Ca-Mg-Cl facies during NEM, SWM, and IM periods. Statistical analysis of the results through two-way ANOVA and Pearson's correlation also indicates significant variation in physico-chemical characteristics. This suggests a variation in contributing sources during the monsoon seasons. Factor analysis confirmed the source variation by explaining the total variance of 79.80%, 90.72%, and 90.52% with three factor components in NEM, SWM, and IM rainwater samples with different loading of parameters. Enrichment factor analysis revealed a combined contribution of marine and crustal sources except K which was solely from crustal sources. Sample analysis of backward air mass trajectory supports all these findings by explaining seasonal variation in the source of pollutants reaching the study area. Overall, the results show that the chemical composition of seasonal rainwater samples in LRB was significantly influenced by natural as well as anthropogenic processes. These include (long-range and local) industrial activities, fossil fuel combustion, forest burning, transportation activities including road transport and shipping activities, and land-derived soil dust along with chemical constituents carried by seasonal wind.