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北海道大学大学院環境科学院

地球圏科学専攻

大気海洋化学・環境変遷学コース

平成２７年１０月入学

平成２８年４月入学

大学院修士課程入学試験問題

小論文・専門科目

1. 小論文は受験者全員が試験開始から 1時間以内に解答せよ。答案用紙の受験科目欄には「小論文」と書くこと。試験開始 1時間後に小論文の答案用紙を回収する。小論文の解答が終わったら、専門科目の解答を始めて良い。

2. 専門科目については、地球化学、基礎化学、基礎生物学、基礎地学の問１－問１０の中から２問を自由に選択して解答せよ。各答案用紙の受験科目欄には、選択した科目名および

問番号を書くこと。 3. 問１題につき答案用紙 1 枚を使用すること。答案用紙は裏を使っても良い。足りなければ申し出よ。

平成２７年８月２４日

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小論文

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課題：大気海洋化学・環境変遷学コースを受験した動機と、入学後の研究に対する抱負につ

いて、500字程度で記述せよ。 小論文は受験者全員が試験開始から 1 時間以内に解答せよ。小論文の解答が終わったら、専

門科目の解答を始めて良い。

地球化学

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問 1

以下の設問に答えよ。

全球で観測されている降水の安定同位体比は地域により異なり、熱帯域から極域に向けてδDとδ18O

値は ( A ) することが知られている。それらの値は地球上の多くの地点でδD = 8×δ18O + 10

の直線に乗ることが知られ、この直線は (B ) と呼ばれる。さらに、δD = 8×δ18Oの直線か

らのδD値のずれは (C ) と呼ばれ、( B )の( C )は 10である。また、安定同位体比を用いた水

体の起源研究では、その同位体比のマスバランスを用いることが出来る。

（１） (A ) － (C ) にあてはまる語句を答えよ。

（２）δDとは安定水素同位体組成の標準的な表記法である。その定義式を書け。

（３）降水の ( C ) の値は多くの場合 10であるが、10以外の値をとることも珍しくない。

10以外の値をとる場合の例を 1つあげて、その原因を 5行以内で説明せよ。

（４）下線部の同位体比のマスバランスとは、ある物質が複数の端成分の混合物からなる場合、その

物質のδ値が端成分のδ値と混合割合で計算されることを示す式のことである。ある物質が端成

分 aと端成分 bの 2つの端成分の混合物であるとすると、それらのソースの同位体比をδaとδb、

端成分 aの割合を fで表すと、同位体マスバランスは、δ = f×δa + (1−f)×δbである。

例えば、δDとδ18Oがそれぞれ−90‰, −15‰の湧水 aと、−40‰, −7‰の湧水 bの２つの湧水を

起源とする渓流水がある。降水イベントの後にこの渓流水の同位体比を測定したところ、降水

起源の水が渓流水に混合し、δDとδ18Oがそれぞれ−53‰, −9‰となった。渓流水に入った降水

のδDとδ18Oがそれぞれ−30‰, −5‰であったとすると、湧水 a、湧水 b、降水がそれぞれ何パー

セントずつ混合して渓流水を構成したと考えられるか、同位体マスバランスを記載し、計算せ

よ。

（５）土壌中の硝化によって生成する硝酸の酸素同位体比は、土壌水の酸素と大気酸素の同位体比を

反映することが知られている。δ18O が−7‰の湧水中に存在する硝酸のδ18O を測定したところ

+3.0‰の値が得られた。湧水中の硝酸は全て湧水と同じ酸素同位体比の土壌水中で硝化によっ

て生成したものとすると、硝酸の生成過程で取り込まれた土壌水と大気酸素の酸素分子の割合

を計算せよ。大気酸素のδ18Oは+23‰と仮定する。

（６）硝化は、有機物の分解によって生成したアンモニウムから硝酸が生成する過程であるが、この

過程で窒素同位体比は分別によって大きな変化があることが知られている。このとき土壌中の

硝化過程が速やかに進行する場合と、硝化過程がゆっくり進む場合では、硝酸の同位体比に違

いが生じると予想される。生態系内に、主として硝酸を利用する植物 Xと、アンモニウムと硝

酸の両方を区別なく利用する植物 Y が存在するとき、それらの植物の窒素同位体比の違いを

15行以内で説明せよ。

地球化学

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問２

設問１ 次の（１）から（５）の用語群の中から３つ選び、それぞれ５行以内で説明せよ。

（１）海洋生物ポンプ

（２）海洋酸性化 （３）酸素極小層 （４）化学トレーサー （５）栄養塩

設問２ 次の文章を読んで（１）、（２）に答えよ。

海水に含まれる主要陽イオンの中で、(a) は植物プランクトンの円石藻、動物プランクトンの有

孔虫類や翼足類などの殻を形成する(b) の材料であり、主要陽イオンの中では海水中の存在量に

比べて生物に利用される量の割合がもっとも大きい。海水中で生物が作る(b) には(c) と

(d) の 2 種の結晶がある。後者のほうがやや溶解度が大きいが、いずれも海洋表層では高緯度海

域を除いて過飽和であり、溶解することはない。しかし、(b) の溶解度は、温度が(e) ほど、

また圧力が(f) ほど大きくなるため、海底に沈降する(b) は深度 3500－4500 mくらいから

溶けはじめる。この深度を(g) と呼ぶ。さらにこれより少し深いところでは(b) の沈降量と

溶解量が等しくなり、この深度を(h) と呼ぶ。

（１）下線部(a)－(h)に当てはまる語句を答えよ。化合物が当てはまる場合はその化学式も記せ。

（２）海域によって(h) の深度は変化する。温度、圧力以外で、この深度を変化させる要因を複

数挙げよ。

設問３ 次の文を読んで（１）、（２）に答えよ。

海水中で化学的に安定かつ完全に溶ける物質Aが、0.16ton day−1である内湾に投入されている。内湾の

体積は4×107m3で、内湾における水の出入りは8×104m3 day−1である。内湾の海面からの水の蒸発は無

視でき、また物質Aは内湾で一様に混合される。

（１）この内湾の水の滞留時間を求めよ。

（２）内湾が定常状態に達しているとき、物質Aの濃度はどれだけになるか。物質Aの分子量は40、

海水の密度は1 kg L−1としmol L−1の単位を用いて求めよ。

地球化学

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問３

設問１ 以下の(a)－(g)の用語群から 5つを選び、大気化学的な観点からそれぞれ 5行以内で解説せよ。

ただし解説には、それぞれカッコ内の 3つのキーワードを必ず使用せよ。

(a) 黒色炭素エアロゾル（光吸収、グラファイト、地球温暖化）

(b) 対流圏オゾン（OHラジカル、窒素酸化物、炭化水素類）

(c) 一酸化二窒素（大気中の寿命、発生源、紫外線）

(d)酸性雨（二酸化硫黄、窒素酸化物、生態系）

(e) 黄砂現象（砂漠域、放射影響、土壌水分量）

(f) アンモニア（自然発生源、硫黄化合物、硝酸塩）

(g) イソプレン（二重結合、反応性、エアロゾル）

設問２ 酢酸について、以下の設問に答えよ。

（１）酢酸の化学式を書け。

（２）酢酸は大気中では大部分が気相として存在する。その理由について 3行以内で説明せよ。

（３）大気中の酢酸の気相濃度が 1.0 ppbvと測定された。25°C、1気圧におけるその重量濃度を ng m−3 で計算せよ。ただし、気温 0°C、気圧 1 atmのとき、1 molの気体の体積は 22.4 Lとし、有効数字は 2桁で記せ。

（４）ある野外での大気観測の結果、酢酸の 40%が粒子（エアロゾル）相として存在した。気相に対する粒子相の割合が大きくなった理由を 3行以内で記述せよ。

（５）酢酸は大気中で濃度の高い有機化合物種の一つである。酢酸の発生源として考えられるも

のを複数挙げよ。

地球化学

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問４

以下の設問に答えよ。

（１）以下の古気候プロキシからどのような古環境情報が抽出できるか、すべてについてそれぞれ簡

潔に答えよ。

A） 浮遊性有孔虫のMg/Ca組成 B） 浮遊性有孔虫とアルケノンの安定炭素同位体比 C） アイスコアのカルシウムイオン濃度 D） 堆積物中の生物起源オパール含有量 E） 底生有孔虫の酸素同位体比 F） 鍾乳石の酸素同位体比 G） 樹木年輪の放射性炭素同位体比 H） 堆積物中のネオジムの同位体比

（２）以下の古気候イベントを年代が古い順に並べよ。また、その一つを選んで古気候学的な意義を

5行以内で記せ。

・中世温暖期 ・小氷期 ・最終氷期極大期 ・メッシニアン塩分危機 ・ヤンガードリアス期

（３）300－450万年前の温暖期は、100年後の温暖化した地球との類似性が指摘されている。その理

由を 5行以内で答えよ。

（４）最終氷期において熱帯の気温がどの程度低下したのかは、100年後の地球温暖化の予測にとっ

て重要である。その理由を 5行以内で述べよ。

基礎化学

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問５ 以下の全ての設問に答えよ。なお、答えを導くための途中の過程または根拠の記述も省略せずに、答

案用紙に示せ。ただし、全ての反応系において不純物は存在しないとし、計算に原子量を必要とする

場合は、次の値を使用せよ。H = 1、C = 12、O = 16、Na = 23、I = 127

設問１ ある気体状の炭化水素について 10 mLを完全燃焼させるのに必要な酸素の量は 30 mLである。

このとき生成する二酸化炭素は 20 mLである。この炭化水素の分子式と名称を記せ。ただし、

気体の体積は全て同一の条件で測定した。

設問２ ある有機化合物に含まれる元素の重量割合は炭素が 40%、水素が 6.67%、酸素が 53.33%であ

る。この有機化合物 15 gを水 500 gに溶かしたところ、凝固点が−0.31ºCであった。水のモル

凝固点降下は 1.86である。

（１）この有機化合物の分子量を求めよ。

（２）この有機化合物の分子式を記せ。

設問３ 飽和脂肪酸であるステアリン酸（C17H35COOH）と不飽和脂肪酸であるオレイン酸

（C17H33COOH）のみを含む混合物 Aがある。これを全てブチルアルコールと反応させてエス

テル化した反応生成物について、ヨウ素価を測定した結果、37.5になった。

（１）混合物 Aのステアリン酸とオレイン酸の混合モル比を整数値で求めよ。

（２）混合物 Aのヨウ素価を求めよ。

（３）混合物 A 100 gを全てけん化させるには、水酸化ナトリウムが何 g必要か、求めよ。

（４）混合物 A 100 gに水素付加すると、水素は 0°C、1 atmの条件下で何 L反応したか、求めよ。

基礎化学

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問６ 以下の設問に答えよ。なお、答えを導くための途中の経過または根拠の記述も省略せず、答案用紙

に示せ。また、log102 = 0.30、log103 = 0.48とする。

（１）濃度 caの弱酸 HA と濃度 csのその塩 BA のみの混合溶液がある。弱酸の解離度をαとする。

ただし、水に由来する H+は無視でき、α << 1、caは csと同程度と仮定する。

（a）HA ⇄ H+ + A−の酸の解離定数 Kaを ca、 cs、αを用いて表せ。

（b）α が十分に小さい場合、[H+]を Ka、 ca、csを用いて表せ。

（c）(b)の結果から、弱酸とその塩からなる緩衝溶液の pHを pKa、ca、csを用いて表せ。

（d）この緩衝溶液の pHを pKb、ca、csを用いて表せ。ただし、ここでは Kbは塩基の解離

定数、水の解離定数は 10−14とする。

（e）各 0.200 mol L−1の酢酸と酢酸ナトリウムを 40:60（体積比）で混合したときの pHを

有効数字 2桁で求めよ。このとき、pKa = 4.76とする。

（２） 酸化還元滴定に関する以下の問に答えよ。

標準自由エネルギー変化(ΔGo)と平衡定数(K)との間には

−ΔG o = 2.30RT log10K = nFEo

の関係が成り立つ。ここで、Rは気体定数 8.31J K−1 mol−1、Tは絶対温度(K)、nはモル数、F

は 96500 C、Eoは標準起電力(V)である。

（a）一電子の酸化還元反応が 25°Cの温度で 99.9%以上進行するためには、電池の起電力は理

論上いくら以上必要か。有効数字 3桁で答えよ。

（b）1 mol L−1硫酸において、0.100 mol L−1の鉄 Fe2+溶液 50 mLを 0.100 mol L−1のセリウム Ce4+

溶液で滴定を行う。Ce4+溶液を①10 mL、②25 mL、③50 mL、④100 mL滴下したと

きの電位を有効数字 2桁で求めよ。ただし、Eo Fe3+, Fe2+ = 0.68 V (1 mol L−1 H2SO4)、

Eo Ce4+, Ce3+ = 1.44 V (1 mol L−1 H2SO4)とする。

基礎生物学

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問７

以下の文章を読んで、設問に答えよ。

すべての生物は様々な要因から影響を受けている。それらは日射量や気温、湿度、土壌中の栄養塩

濃度などの物理・化学的要因（ A 要因）だけでなく、他の生物の存在によって受けるさまざまな影

響（ B 要因）も含まれる。 B 要因は種内関係および種間関係にある要因に区別できる。種間関

係（種間相互作用）は個体群の密度に影響を与え、生物種の分布を変え、相互作用する種の一方ある

いは両者の進化的変化に繋がる。負（−）、正（＋）、中立（０）の効果の全ての対となる組み合わせを

考えると種間相互作用は、下の表のように、5つのカテゴリーに大まかに分類する事ができる。種間相

互作用の 1例として、1つの容器で細菌の入った培地を餌にして 2種のゾウリムシ Paramecium caudatum

と Paramecium aureliaを飼育した実験の結果を下の図に示す。しかし、実際の生態系では、下図のよう

な現象が観測される事はほとんどなく、その一例として、海洋生態系における(a) プランクトンのパラ

ドックスが知られている。

表 生物種間相互作用の主要な分類

相互作用分類 生物種 1に対する影響 生物種 2に対する影響

種間競争 - -

C + -

D + +

E + ０

F - ０

図 P. caudatumと P. aureliaの飼育実験結果 （○P. caudatum、●P. aurelia）

基礎生物学

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（１）上の文章および表の Aから Fに入る適切な語句を以下の語群から選べ。

無機的環境、有機的環境、外的環境、内的環境、陸上生態系、沿岸生態系、消費者－資源関係、

種内共生、種内競争、相利共生、片利共生、片外共生

（２）図の実験結果について、次の語句を全て用いながら 3行以内で説明せよ。

競争排除則、ニッチ、種間競争

（３）ゾウリムシの種類を変える事により、2種のゾウリムシが共存可能となる飼育実験系もある。2

種のゾウリムシが共存可能な飼育条件の例を 3行以内で答えよ。

（４）下線 (a) について、3行以内で説明せよ。

（５）下線 (a) のように多様な種が群集内に共存している事の説明には、大きく分けると二つの考え

方（群集理論と非平衡共存説）がある。群集理論と非平衡共存説について、それぞれ 3行以内で説明せよ。

基礎生物学

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問８

以下の文章を読んで、設問に答えよ。

DNA（デオキシリボ核酸）は生物の遺伝情報を持っている。DNAを構成する繰り返し基本単

位は(a) とよばれている。(a) は、核酸塩基、(b) 、(c) の 3構成要素

からできている。核酸塩基は、(d) 、(e) 、(f) 、(g) の 4種類がある。

一般に、DNAは、二つの塩基が水素結合することにより、(h) 構造をとることが知られ

ている。

（１）上の文章の(a)から(h)に適当な語句を埋めよ。

（２）フランシス クリック（Francis Crick）らによって提唱された「分子生物学のセントラ

ルドグマ」とは何か、5行以内で説明せよ。

（３）DNAは細胞分裂の際に複製される。DNAの「半保存的複製」について、5行以内で説

明せよ。

（４）生物は DNAのほかに RNA（リボ核酸）とよばれる核酸を持っている。DNAと RNA

の構造上の違いを 2つ挙げよ。

（５）転写でできた RNA鎖が修飾や加工されることをプロセシングという。プロセシングの

1つである「スプライシング」について、5行以内で説明せよ。

（６）紫外線により DNAが損傷を受けることがある。その一方で、DNAを修復する機構が

存在する。その機構について、5行以内で説明せよ。

基礎地学

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問９

（１）表１の地質年代表は地球誕生以来の地質時代名を下から上へ向かい順に並べたものである。

空欄 a－j にはいる地質時代名を記せ。

表１ 地質年代表

新生代

第四紀a

b

新第三紀鮮新世

c

古第三紀

d

始新世

暁新世

中生代

e

f

g

古生代

ペルム紀

h

i

シルル紀

j

カンブリア紀

先カンブリア時代

（２）海底堆積物の種類は場所により異なる。北太平洋深海平原、インド洋海嶺、北極海中央部海嶺

に多く見られる堆積物を下記のリストからそれぞれひとつ選び、なぜそのような堆積物が多く

なるのかおのおの 2行以内で理由を述べよ。

堆積物リスト：石灰質軟泥、玄武岩、凝灰岩、赤色粘土、シルト、砂、礫

（３）活断層は極めて近い時代まで地殻運動を繰り返した断層であり、今後もなお活動する可能性の

ある断層である。実地の調査ではどのような方法で断層が活断層であると認定できるのか 5行

以内で説明せよ。

基礎地学

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問１０

次の文章を読み、以下の設問に答えよ。

地球は太陽から 1天文単位離れた位置にある（ A ）であり、その半径は約（ Ｂ ）kmである i)。

地球を黒体と仮定し、（ Ｃ ）の法則を適用すると、表面平均温度は（ Ｄ ）℃となる。この値は、

現実の平均気温よりも（ Ｅ ）℃も（ Ｆ ）い値となる。この平均温度の違いは、地球が（ Ｇ ）

の惑星と呼ばれるように、他の惑星に比べて（ Ｇ ）が多く存在し、これが蒸発した（ Ｈ ）が大

気中に留まることで、（ Ｉ ）効果物質として働いているためである。

この（ Ｇ ）の地球全体の総量は 1.4 × 1018 m3 ii)であり、（ J ）がその 98%を占め、地球の気候

を維持するうえで重要な役割を担っている iii)。

（１）（A）-（ J ）に、下の用語群から適切なものを選び、一つずつ入れよ。ただし、同じもの

を２度入れないこと。

（用語群）

恒星、惑星、衛星、1600、3200、6400、ステファンボルツマン、アレニウス、アイソスタ

シー、−33、−18、−9、0、9、18、33、低、高、等し、二酸化炭素、水、水素、雲、水蒸気、

温室、冷却、陸水、氷河、海水

（２）下線部 i) の「天文単位」とはなにか。2行以内で答えよ。

（３）下線部 i) に基づき、太陽から放たれた光が地球に到達するまでの時間 (秒)を求めよ。

（４）下線部 ii) に記されている地球上の（ Ｇ ）のすべてを球体としたとき、その球体の半径 (km)

を有効数字 1桁で求めよ。

（５）下線部 ii) に記されている（ Ｇ ）の地球全体の総量は、地球の全体積の何分の 1になるか。

有効数字 1桁で求めよ。

（６）下線部 iii) に記されていることについて具体的な例を 2つ、それぞれ 2行以内で記せ。

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