あじさいを、アルミニウムの ない つちで そだてると、むらさきいろの はなが さきます。あおい はなには、アルミニウムの つぶが ふくまれて います［1］。

ひとつの はなの なかにも、あおい さいぼう、むらさきの さいぼう、あかい さいぼうが まじって います。あおい さいぼうほど、アルミニウムが おおいことも わかって います［1］。

では、つちが さんせいだと、あおく なるのは どうしてでしょう。

アジサイをアルミニウムを含まない土で育てると、青ではなく紫色の花が咲きます。花をよく見ると、青・紫・赤の細胞がモザイクのように混ざっていて、青い細胞ほどアルミニウムイオンが多いことが、名古屋大学の研究で確かめられました［1］。

「酸性の土では青、アルカリ性の土では赤」とよくいわれます。酸性の土ではアルミニウムが溶けやすく、それが花のガクに運ばれて、色素のアントシアニンと結びつくからです［2］。ただし、土の性質だけで色が決まるわけではありません。アルミニウムの量に加えて、色素を助ける物質や細胞の中の酸性度の組み合わせで、色が変わると説明されています［2］。

酸性の土では、アルミニウムが溶け出しやすい。そのアルミニウムは、ふだんは岩や粘土の中にいます。

アジサイの青色発色にはアルミニウムイオンが必要であることは古くから知られており、与えずに育てると花は紫色になる。名古屋大学の研究（2020年12月発表）では、花の中に青・紫・赤の細胞がモザイク状に混在し、青い細胞ほどアルミニウムイオンの量が多いことが示された［1］。色素はアントシアニン、それを助ける助色素、色素をためる液胞の状態が組み合わさって色が決まる。

酸性の土ほど青くなりやすいのは、酸性条件でアルミニウムが溶けやすく、ガクに運ばれてアントシアニンと錯体をつくるためと説明される［2］。ただし土のpHだけで色が決まるのではなく、品種や助色素の違いも関わる。したがって「酸性なら必ず青」とは言えない。

アルミニウムが花の色をつくれるのは、土の中で溶けて植物に吸われるからだ。では、そのアルミニウムは、ふだんはどこにあるのか。

アルミニウムは、じめんの うえの ほうに、とても たくさん ある きんぞくです。きんぞくの なかでは、いちばん おおいと いわれます［3］。

でも ふだんは、さんそと しっかり くっついて、いわや ねんどの なかに とじこめられて います。さんせいに なると、そこから うごき だします［3］。

いわの なかで ねて いた ひとが、おこされて あるき だすような ものです。ただし、ほんとうは ねて いるのでは なく、くっついて いるだけです。

アルミニウムは、地殻にある元素の中で、酸素とケイ素に次いで3番目に多く、金属の中では最も多い元素です。地殻の重さの約8%（1キログラムあたり約82グラム）にあたります［3］。

これほど多いのに、ふだんの土でほとんど目立たないのは、酸素としっかり結びついて、岩や粘土の鉱物の中に閉じこめられているからです。生き物の体の中や、酸性になった環境でだけ、動き出します［3］。

酸性の雨は、この閉じこめられた金属を動かす引き金になりうる。次の章で、雨が降ると土の中で何が起きるかを順に見ます。

アルミニウムは地殻で酸素、ケイ素に次ぐ3番目に多い元素であり、金属としては最多で、約82.3 g/kg（約8%）に当たる［3］。これだけ豊富なのに土の水に溶けた形でほとんど見かけないのは、酸素と強く結合して岩石や粘土鉱物の中に固定されているためである。生物体内や酸性の環境という限られた条件でのみ、可動化する［3］。

可動化するのは酸性の環境だ、という点が鍵になる。酸性の雨が降った土の中で実際にどの順に何が起きるかを、次の章で見る。

ふつうの あめでも、すこし さんせいです。pH5.6 ぐらいです。さんせいうは、これより ずっと ひくく、pH4.2 から 4.4 ぐらいが ふつうと されます［4］。

つちは、さんせいの あめが ふっても、すぐには さんせいに なりません。まず、つちの なかの カルシウムなどが、さんせいを うけとめて くれます。それが へって くると、アルミニウムが とけだす ことが あります［5］。

つちは、さんせいの あめを うけとめる ざるの ようです。カルシウムなどが へって くると、つちの しゅるいや さんせいの すすみ かたに よっては、アルミニウムが とけだす ことが あります。

ふつうの雨は、空気中の二酸化炭素が溶けるため、少し酸性でpH5.6ほどです。酸性雨は、二酸化硫黄や窒素酸化物が原因で、通常pH4.2〜4.4ほどです［4］。

土は、酸性の雨が降っても、すぐには酸性になりません。栃木県の農業試験場の報告では、土の酸性化は4段階で進むと考えられています。最初は炭酸塩による中和、次にカルシウムなどによる中和、3段階目に酸の吸着やアルミニウムの溶け出し、最後に岩石の風化による中和です［5］。つまり、カルシウムが先に使われ、それが減るとアルミニウムの番になります。

同じ報告の人工酸性雨の実験（1991〜93年）では、土の種類で結果が分かれました。森の床にある黒ボク土ではアルミニウムが年々増え、昔水田だった灰色低地土では溶け出しませんでした［5］。なお実験で使った最も酸の強い水（pH3.0）は、実際の雨より強いものです。

動き出したアルミニウムは、木にとってどんな存在なのか。次の章で見ます。

通常の降水は大気中のCO₂の溶解によりpH約5.6の弱酸性で、酸性雨のpHは通常4.2〜4.4とされる。原因は二酸化硫黄と窒素酸化物である［4］。ただし4.2〜4.4は目安であり、固定値ではない。

では、土は酸性の雨をどう受けとめるのか。栃木県の報告は、酸性化が4段階で進むと考える。第1段階は炭酸塩・重炭酸塩による中和、第2段階は交換性塩基（カルシウムなど）による中和、第3段階は二次鉱物による中和（酸の吸着とアルミニウムの溶解）、第4段階は岩石風化に伴う塩基の放出による中和である［5］。これは「と考えられている」段階モデルであり、すべての土で同じ順になるとは限らない。

この報告の人工酸性雨実験（1991〜93年）では、希硫酸のpHが低いほど土のpHが下がった。交換性アルミニウムは年々増え、森の床の黒ボク土で特に著しく、pH3.0の処理で顕著だった。一方、かつて水田だった灰色低地土では、交換性塩基による中和がみられ、アルミニウムの溶解は見られなかった［5］。pH3.0は実験用の強い酸であり、実際の雨の値ではない。つまり、緩衝力の大きさは土ごとに違う。

では、溶け出したアルミニウムは、木に何をするのか。

アメリカの もりの けんきゅうで、さんせいの あめで うごき だした アルミニウムが、もりの ゆかの つちに はこばれる ことが わかりました［7］。すると、そこに ためて あった カルシウムが へって しまいます［7］。

カルシウムは、きが そだつ ために ひつような ものです。アルミニウムが ふえて カルシウムが へると、きは つらく なる ことが あります［6］。

アルミニウムが ふえると、きの そだちに えいきょうする ことが あります。ねっこに どんな ことが おきるのかは、まだ くわしく わかって いません。

アメリカ東部の赤トウヒの森を調べた研究（1995年、科学雑誌『ネイチャー』）では、酸性の降下物で鉱物の土から動き出したアルミニウムが、森の床の土に運ばれ、そこに蓄えられたカルシウムを減らす、という道すじが示されました［7］。土の中和する力も落ち、湖や川の酸性化につながるといいます。

アメリカ環境保護庁は、酸性雨が土からアルミニウムを溶かし出して植物にも動物にも害になりうること、木の成長に必要なミネラルや栄養分も土から奪うことを説明しています［6］。栃木県の報告も、酸性の土で植物の生育を妨げる最大の要因は、アルミニウムの過剰害だと考えられるとしています［5］。

ただし、アルミニウムが根の伸びを止める細かい仕組みは、はっきりしていません。では、減ったカルシウムを土に戻したら、木はどうなるのでしょうか。

米国東部の赤トウヒ林を対象にした研究（Nature、1995年）は、酸性降下物により鉱物質土壌で可動化したアルミニウムが反応性の高い形で森林の床（有機物の層）に運ばれ、カルシウムの貯留量を減らす経路を示した。木への負担になりうるほか、土壌の中和能力が落ち、湖沼や河川の酸性化にもつながる［7］。

EPAも、酸性雨は土壌からアルミニウムを溶かし出し、それが植物・動物に有害となりうること、木の生育に必要なミネラルや養分も土から取り去ることを述べている［6］。栃木県の報告も、酸性土壌での生育阻害要因としては、アルミニウムの過剰害が最大と考えられるとする［5］。

ただしアルミニウムが根の伸長を止める詳細な機構は十分に解明されておらず、断定は避けたい。では、減ったカルシウムを補えば、木は回復するのか。それを大規模に試した実験がある。

アメリカの ニューハンプシャーしゅうに、ハバードブルックと いう じっけんの もりが あります。ここでは、つちの カルシウムが、むかしから おおきく へったと されます［8］。

1999ねんの 10がつ、もりの ちいさな ところに、カルシウムを ふくむ こなを、ヘリコプターで まきました。ひろさは、やく 12ヘクタールです［8］。

15ねんぶんの きろくでは、カルシウムを いれた もり ぜんたいで、きの ふえかたが もどって きました［8］。はも ふえて、くらべた ところより よく そだちました。

ただし、アメリカの ほくとうぶの もりでの けっかです。どこの もりでも おなじとは かぎりません。

米国ニューハンプシャー州のハバードブルック実験林では、土のカルシウムが大きく減ったとされています。そこで1999年10月、小さな流域（約12ヘクタール）に、カルシウムを含む鉱物ウォラストナイト40.8トンを、ヘリコプターで空からまきました。20世紀に失われたと推定されるカルシウムを、ゆっくり戻す量として設計されたものです［8］。

15年分のデータを調べると、カルシウムを加えた流域では、森全体で木の増え方（バイオマス増加）が回復し、葉の面積も増えて、比較した流域より成長が良くなりました。反応は樹種で異なり、特にサトウカエデで強く出ました。研究者は、酸性の降下物による土の酸性化が森の成長低下に関わっていて、カルシウムを加えれば戻りうると結論しています［8］。

さらに、土の水に含まれるカルシウムとアルミニウムの比（Ca/Al）が、酸性化のストレスの目安に使われます。1を超えるかどうかが目安とされ、処理後は超えました。木が弱るのは、酸そのものよりも、カルシウム不足とアルミニウムのバランスの問題と考えられています［8］。

ただし、この結果は、もともと酸性の土をもつ米国北東部の森のものです。すべての森が戻るとはいえません。川や湖が戻っても、土が遅れるのはなぜでしょうか。

ハバードブルック実験林（米国ニューハンプシャー州）では、土のカルシウムが大きく減ったとされる。そこで1999年10月、落葉の直後に、小さな流域（約12ヘクタール）へケイ酸カルシウムの鉱物ウォラストナイト40.8トン（粉末とペレット）をヘリコプターで散布した。20世紀に失われたと推定されるカルシウムを、ゆっくり戻す量として設計されている［8］。

では、結果はどうか。15年分のデータでは、処理した流域で森林全体のバイオマス増加が回復し、葉面積も増え、比較の流域より成長が良かった。樹種で反応は異なり、特にサトウカエデで強かった。研究者は、酸性降下物による土壌の酸性化が森林の成長低下に関与し、カルシウム添加で回復しうると結論した［8］。ただし対象は、もともと酸性土壌の米国北東部の森である。「すべての森が戻る」とは読めない。

この論文では、土壌溶液のCa/Al比（アルミニウムは毒性をもつとされる無機単量体）が、酸性化ストレスの指標として使われ、1を超えるかどうかが目安とされる。処理後、この目安を超えた。木が弱るのは、酸そのものよりカルシウム不足とアルミニウムのバランスの問題と考えられている。ただしCa/Al>1は目安であり、木ごとの限界値ではない［8］。

この実験は、原因を絞る手がかりを与える。だが、酸性降下物が減った今、森の土はどうなっているのか。

アメリカや ヨーロッパでは、くうきを よごす ガスを へらす きまりが できました。そのため、さんせいの あめは へり、かわや みずうみは すこしずつ もどって きました［8］。

でも、つちの カルシウムは おおきく へった ままです。そのため、もりへの えいきょうは、その あとも つづく ことが あると いわれます［8］。

つちは、ゆっくり かわる ものです。もりを まもる ためには、つちの ようすを みる ことも だいじだと いえそうです。

北米やヨーロッパでは、排出規制で酸性の降下物が減り、川や湖の水はゆっくり回復してきました。けれども、土から失われたカルシウムやマグネシウムは、大きく減ったままです。そのため、酸性化の影響が、森にその後も続く可能性があると指摘されています［8］。

水が先に戻り、土の回復はそのあとになる。そう考えると、森を守るには、土の中を見ることが欠かせません。

花の色から始まった話は、土の中の見えない出来事につながりました。アジサイの色は、その入り口のひとつです。

北米・欧州では、排出規制により酸性降下物が減り、地表水は徐々に回復した。ところが、土壌の養分カチオン（カルシウム、マグネシウム）の深刻な減少は、その後も森林への酸性化の影響を持続させうる［8］。

この報告に従えば、水域の回復と森林土壌の回復には時間差が生じうる。森の健康を考えるとき、水だけでなく土の中の養分を見る必要がある。

アジサイの色は、同じアルミニウムが土の中で動く条件を、目に見える形で示す手がかりのひとつである。土の中の変化は目に見えにくいが、花の色や土の性質から、その入り口をのぞくことができる。

今日できること

むらさき キャベツの しるで、つちの ようすを みて みましょう。つちを コップの みずに まぜて、しばらく おきます。うわずみを、むらさき キャベツの しるに すこし たらすと、いろが かわります。あか っぽいと さんせい、あお っぽい ほうが アルカリせいに ちかい めやすです。くわしい ことまでは わかりません。やったあとは、てを あらいます。おうちの ひとと いっしょに やります。

出かけてできること

こうえんや にわの、ちがう ばしょの つちを くらべて みましょう。あじさいを みかけたら、はなの いろも みて みます。はなの いろだけで、つちの せいしつが わかるわけでは ありません。

こうしきの 情報じょうほう

アメリカかんきょうほごちょうの ページに、さんせいうの えいきょうが のって います。

今日できること

紫キャベツの煮汁で、土の性質を調べられます。コップの水に土を混ぜて少し置き、上澄みを煮汁に数滴たらします。赤っぽければ酸性、青緑っぽければアルカリ性に近い目安です。ただし、ここで分かるのは大まかな酸性・アルカリ性で、アルミニウムの量ではありません。やったあとは手を洗います。家の人と一緒に行います。

出かけてできること

公園や庭の違う場所で土を集めて、同じ方法で比べてみます。アジサイを見かけたら、花の色と、近くの土を見比べるのも一つの手です。ただし品種などでも色は変わるので、原因を確かめる実験ではなく、見比べて楽しむ程度にします。

公式情報

栃木県農業試験場の報告や、アメリカ環境保護庁（EPA）の酸性雨の解説が公開されています。

資料を読むなら

栃木県農業試験研究報告第42号（酸性雨の土壌へ及ぼす影響）に、土の酸性化の4段階や人工酸性雨の実験の詳細が載っている［5］。カルシウム補給実験の結果は、Battles らの論文（Environmental Science & Technology Letters、2014年）で読める［8］。

自分で確かめるなら

紫キャベツの煮汁を指示薬に、土の上澄みの色を比べる方法がある。得られるのは大まかな酸性・アルカリ性の目安で、アルミニウムの量ではない。数値で見るにはpH計などが要る。安全のため、実験後は手を洗い、家の人と行う。

公式情報

EPAの酸性雨のページ、名古屋大学のアジサイの花色の研究成果が公開されている。