水圏環境研究部門
諏訪湖の地下に広がる水の流れを解き明かす
― 断層がつなぐ山岳・地下深部・湖の水循環とメタン生成環境 ―
諏訪湖周辺では、山々に降った雨や雪が地下に浸透し、断層や地層を通って移動しています。地下水が運ぶ熱や炭素は、湖の環境やメタンの生成・輸送に影響する可能性があります。私たちは山岳から地下深部、湖底に至る水・物質循環の解明を目指しています。
1．研究の背景 ― 湖の環境は地下の水循環ともつながっている
湖では河川からの流入や蒸発だけでなく、湖底堆積物や岩盤を介して地下水が流動し、水や物質が交換されています。山岳域では降水・融雪水が地下に浸透し、湧水や河川流出となります。その過程には気候、地質、植生などが関わります（Kanai et al., 2024; Fujino et al., 2026）。
地下水は熱や炭素を運び、湖底環境を変える可能性があります。諏訪湖では、古い炭素を起源とするメタンの湧出が報告されています（Urai et al., 2022）。しかし、その炭素や地下水の供給源・経路とメタンの生成・輸送との関係は未解明です。そこで湖水―堆積物―岩盤を連続した水循環系として研究しています。
地下水は熱や炭素を運び、湖底環境を変える可能性があります。諏訪湖では、古い炭素を起源とするメタンの湧出が報告されています（Urai et al., 2022）。しかし、その炭素や地下水の供給源・経路とメタンの生成・輸送との関係は未解明です。そこで湖水―堆積物―岩盤を連続した水循環系として研究しています。
2．なぜ諏訪湖なのか
諏訪湖は八ヶ岳や霧ヶ峰に囲まれ、糸魚川―静岡構造線断層帯に位置します。諏訪盆地は断層運動で生じた「プルアパート盆地」で、厚い堆積物と岩盤が分布します。
断層は地下水を遮る「壁」にも、通す「水みち」にもなります（Sakakibara et al., 2025）。さらに、温泉や湖底からのメタン湧出がみられ、地下深部とのつながりが示唆されています（Urai et al., 2022; Nishimura et al., 2025）。山岳域の水循環研究（Kanai et al., 2024; Fujino et al., 2026）と合わせ、地下水・熱・炭素の移動を総合的に調べられる地域です
断層は地下水を遮る「壁」にも、通す「水みち」にもなります（Sakakibara et al., 2025）。さらに、温泉や湖底からのメタン湧出がみられ、地下深部とのつながりが示唆されています（Urai et al., 2022; Nishimura et al., 2025）。山岳域の水循環研究（Kanai et al., 2024; Fujino et al., 2026）と合わせ、地下水・熱・炭素の移動を総合的に調べられる地域です
3．諏訪湖で使っている調査・分析方法
降水・河川水・湧水・地下水・温泉水・湖水の水質と酸素・水素安定同位体比を分析し、水の起源や流動経路を調べています。六フッ化硫黄（SF6）や放射性炭素（14C）からは地下水の年代を推定します（Sakakibara et al., 2025; Nishimura et al., 2025）。
湖底からの地下水流入には、地下水中に比較的多いラドン（222Rn）を利用します。地下水位の連続観測、ボーリング・地質構造の解析、水・熱収支の評価も組み合わせ、流動と物質輸送を多角的に捉えています。
湖底からの地下水流入には、地下水中に比較的多いラドン（222Rn）を利用します。地下水位の連続観測、ボーリング・地質構造の解析、水・熱収支の評価も組み合わせ、流動と物質輸送を多角的に捉えています。
4．これまでに分かってきたこと
① 断層は「壁」にも「水みち」にもなる
地下水位、水質・同位体分析から、山岳域から低地への地下水流動は断層や難透水層に大きく左右されることが分かりました。断層が流入を遮る一方、山地と平野の境界では比較的新しい地下水も確認され、一部が断層付近を経由して盆地に供給されると考えられます（Sakakibara et al., 2025）。
② 地下水は地表の流域に沿うとは限らない
断層や透水性の高い地層があるため、地下水は地表の分水嶺を越えて移動する可能性があります。八ヶ岳山麓の湧水と諏訪盆地の地下水は必ずしも一続きの流動系ではなく、河川とは異なる方向への移動も示唆されています（Sakakibara et al., 2025）。
③ 地下深部には古い炭素に由来するメタンが存在する
炭素同位体分析から、湖岸の堆積物で生じるメタンと特定地点で湧出するメタンは起源が異なることが分かりました。湧出メタンは放射性炭素が著しく少なく、古い炭素を利用した微生物生成が考えられます。その炭素は湖水や植物プランクトンにも取り込まれている可能性があります（Urai et al., 2022）。
④ 湖底への地下水流入には場所による違いがある
ラドン（222Rn）濃度から、湖底を通じた地下水供給が示唆されました。推定寄与率は地点によりほぼ0～最大28％と異なり、断層や堆積層の分布との関連が考えられます。ただし、特定の調査条件下での推定であり、湖全体の流入量ではありません。
地下水位、水質・同位体分析から、山岳域から低地への地下水流動は断層や難透水層に大きく左右されることが分かりました。断層が流入を遮る一方、山地と平野の境界では比較的新しい地下水も確認され、一部が断層付近を経由して盆地に供給されると考えられます（Sakakibara et al., 2025）。
② 地下水は地表の流域に沿うとは限らない
断層や透水性の高い地層があるため、地下水は地表の分水嶺を越えて移動する可能性があります。八ヶ岳山麓の湧水と諏訪盆地の地下水は必ずしも一続きの流動系ではなく、河川とは異なる方向への移動も示唆されています（Sakakibara et al., 2025）。
③ 地下深部には古い炭素に由来するメタンが存在する
炭素同位体分析から、湖岸の堆積物で生じるメタンと特定地点で湧出するメタンは起源が異なることが分かりました。湧出メタンは放射性炭素が著しく少なく、古い炭素を利用した微生物生成が考えられます。その炭素は湖水や植物プランクトンにも取り込まれている可能性があります（Urai et al., 2022）。
④ 湖底への地下水流入には場所による違いがある
ラドン（222Rn）濃度から、湖底を通じた地下水供給が示唆されました。推定寄与率は地点によりほぼ0～最大28％と異なり、断層や堆積層の分布との関連が考えられます。ただし、特定の調査条件下での推定であり、湖全体の流入量ではありません。
5．諏訪湖での研究から見えてきたこと
諏訪湖周辺の地下水は、山から湖へ単純に一方向へ流れるのではありません。山岳域で涵養された水は断層や地層で流れを変え、地下深部から上昇する熱や炭素を含む流体と関わる可能性があります。
「山岳での涵養 → 断層に制御された流動 → 地下深部での熱・物質移動 → 湖底からの流入 → 炭素循環とメタン放出」というつながりが、湖の環境を理解する鍵になります。
「山岳での涵養 → 断層に制御された流動 → 地下深部での熱・物質移動 → 湖底からの流入 → 炭素循環とメタン放出」というつながりが、湖の環境を理解する鍵になります。
6．諏訪湖から、地下と湖をつなぐ新しい水循環研究へ
今後は、地下水が湖底のどこからどれだけ流入し、運ばれる熱や炭素がメタンの生成・輸送・放出にどの程度影響するかを明らかにします。同位体・水質分析、物理探査、水・熱収支解析から流動経路と輸送量を定量化し、湖水―堆積物―岩盤連続体の水循環モデルを構築します。
成果を国内外の断層・火山地域の湖沼にも展開し、温室効果ガス放出の理解や水資源・湖沼環境の保全に役立てることを目指します。
成果を国内外の断層・火山地域の湖沼にも展開し、温室効果ガス放出の理解や水資源・湖沼環境の保全に役立てることを目指します。
引用文献
Fujino, M., Tsujimura, M., Sakakibara, K., Nakata, A., & Suzuki, K. (2026). Subsurface water runoff in an alpine catchment covered by Pinus pumila, Northern Japan Alps, Asian monsoon region. Hydrological Sciences Journal. https://doi.org/10.1080/02626667.2026.2730347
Kanai, A., Sakakibara, K., & Suzuki, K. (2024). Hydrologic cycle in mountainous regions with an Asian monsoon climate based on spring runoff characteristics. Journal of Hydrology: Regional Studies, 53, 101841. https://doi.org/10.1016/j.ejrh.2024.101841
Sakakibara, K., Hori, M., Nagahata, Y., Miyabara, Y., Urai, A., & Suzuki, K. (2025). Role of strike-slip faults on the regional groundwater flow in the complex aquifer system of Lake Suwa watershed, Japan. Journal of Hydrology, 653, 132790. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2025.132790
Urai, A., Takano, Y., Matsui, Y., Iwata, H., Miyairi, Y., Yokoyama, Y., Miyabara, Y., Ohkouchi, N., & Park, H.-D. (2022). Origin of Deep Methane from Active Faults along the Itoigawa–Shizuoka Tectonic Line between the Eurasian and North American Plates: 13C/12C and 14C/12C Methane Profiles from a Pull-Apart Basin at Lake Suwa. ACS Earth and Space Chemistry, 6, 1689–1697. https://doi.org/10.1021/acsearthspacechem.1c00392
Nishimura, H., Urai, A., Matsui, Y., Yoshimura, T., Ogawara, M., Imachi, H., Miyairi, Y., Yokoyama, Y., Miyabara, Y., Takahashi, Y., & Takano, Y. (2025). Methane- and hydrogen-dependent prokaryotic deep biosphere at the Suwa Basin, Japan: impacts of hydrogeological processes on subsurface prokaryotic ecology at the boundary between the North American and the Eurasian Plates. Progress in Earth and Planetary Science, 12, 83. https://doi.org/10.1186/s40645-025-00740-4
Kanai, A., Sakakibara, K., & Suzuki, K. (2024). Hydrologic cycle in mountainous regions with an Asian monsoon climate based on spring runoff characteristics. Journal of Hydrology: Regional Studies, 53, 101841. https://doi.org/10.1016/j.ejrh.2024.101841
Sakakibara, K., Hori, M., Nagahata, Y., Miyabara, Y., Urai, A., & Suzuki, K. (2025). Role of strike-slip faults on the regional groundwater flow in the complex aquifer system of Lake Suwa watershed, Japan. Journal of Hydrology, 653, 132790. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2025.132790
Urai, A., Takano, Y., Matsui, Y., Iwata, H., Miyairi, Y., Yokoyama, Y., Miyabara, Y., Ohkouchi, N., & Park, H.-D. (2022). Origin of Deep Methane from Active Faults along the Itoigawa–Shizuoka Tectonic Line between the Eurasian and North American Plates: 13C/12C and 14C/12C Methane Profiles from a Pull-Apart Basin at Lake Suwa. ACS Earth and Space Chemistry, 6, 1689–1697. https://doi.org/10.1021/acsearthspacechem.1c00392
Nishimura, H., Urai, A., Matsui, Y., Yoshimura, T., Ogawara, M., Imachi, H., Miyairi, Y., Yokoyama, Y., Miyabara, Y., Takahashi, Y., & Takano, Y. (2025). Methane- and hydrogen-dependent prokaryotic deep biosphere at the Suwa Basin, Japan: impacts of hydrogeological processes on subsurface prokaryotic ecology at the boundary between the North American and the Eurasian Plates. Progress in Earth and Planetary Science, 12, 83. https://doi.org/10.1186/s40645-025-00740-4
