2020 Fiscal Year Research-status Report

Seeing through the sea floor: Development of a basis for evaluation of spatio-temporal environmental dynamics in seafloor surface sediments using acoustic technology

Research Project

Project/Area Number	20KK0238
Research Institution	The University of Tokyo
Principal Investigator	水野勝紀東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 助教 (70633494)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	清家弘治国立研究開発法人産業技術総合研究所, 地質調査総合センター, 主任研究員 (20645163) 寺山慧横浜市立大学, 国際総合科学研究科(鶴見キャンパス), 准教授 (50789328) 朝倉巧東京理科大学, 理工学部機械工学科, 講師 (60778207) 松田匠未明治大学, 理工学部, 助教 (80759861) 野牧秀隆国立研究開発法人海洋研究開発機構, 超先鋭研究開発部門(超先鋭研究プログラム), 主任研究員 (90435834)
Project Period (FY)	2020-10-27 – 2025-03-31
Keywords	海底表層堆積物 / ソナーシステム / 環境動態評価 / 底生生物 / 堆積物音響
Outline of Annual Research Achievements	海洋開発や地球温暖化に伴う環境改変が、海洋環境、特に海底下の堆積物中の生物や環境に与える影響については未だ不明な点が多い。本研究では、先行研究で開発を進めてきた音響による堆積層内3次元可視化システムを応用し、サウサンプトン大学の底生生物研究グループと共に実施する環境制御水槽を用いたラボ実験やフィールド観測を通じて、堆積物中の底生生物相や環境動態を時空間的に計測・評価するための基盤を構築する。その基盤は、堆積物中の環境動態評価における世界的な指針となると共に、海底資源開発など今後環境変動の把握がますます重要になる深海フィールドの環境評価への足掛かりとなる。日本独自の技術を、世界をリードする研究グループとともに発展させていくことで、海底生態系に関する日本発の環境評価指標を確立し、当該分野におけるイニシアティブの獲得を目指す。今年度は、メールやオンラインの会議により、国内外の研究者らと当該研究について議論を進め、音波伝搬シミュレーションや音線理論に基づいて、底生生物を検出するために適した周波数、形状を導き出し、その仕様をベースに集束型の音響プローブを新規に開発した。また、研究開始当初よりも計測対象領域を拡充し、深海2000mまでを計測対象とする新しい計測システム（堆積層内3次元可視化システム）の設計に着手した。プローブと制御システム（パルサレシーバ）、2軸ステージをインテグレーションする計測システム全体の設計が完了し、次年度の開発に向けて準備が整った。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 今年度、COVID-19の影響により渡欧することは困難であったが、メールやオンラインの会議により、国内外の研究者らと当該研究について議論を進めた。相手国側の規定により、現時点では海外研究者の受け入れが困難であるため、渡欧スケジュールのメドはたっていないものの、以下に示す内容について進捗があり、新しいシステムの開発および実海域における試験に向けた取り組みは研究計画に対して概ね順調に進んでいる。 (1)仕様検討・システム開発：実海域での実験用に、設置型の深海用3次元可視化システムの開発を進めた。特に、音波伝搬シミュレーションや音線理論に基づいて、底生生物を検出するために適した周波数、形状を導き出し、その仕様をベースに集束型の音響プローブを新規に開発した。実験によって計測した音場と計算による設計値は概ね一致しており、プローブの開発は予定通り進んだ。また、プローブと制御システム（パルサレシーバ）、2軸ステージをインテグレーションする計測システム全体の設計が完了し、次年度の開発に向けて準備が整った。ヒアリングを進める中で、沿岸域のみでなく、深海における底生生物の調査需要も高いことから、当初想定していた200m水深ではなく、2000m水深まで使用可能なシステムの開発を目指している。（２）実験環境立ち上げ：実験系の構築やシミュレーション環境の構築についてミーティングを行い、その方針が定まった。堆積物内における音波伝搬シミュレーションは時間領域差分法を用いて行い、実験結果との比較実験を中心に行うこととした。
Strategy for Future Research Activity	(1)仕様検討・システム開発：深海2000mまでの耐水深能力を有し、小型、軽量タイプかつ繰り返し計測が可能なシステムを開発する。繰り返し計測回数や間隔は、底生生物の時間的な動きが現時点では明らかでないため、実験環境立ち上げ時のデータを基に検討する。理学系共同研究者らの意見を基に、観測対象種を絞り込み（浅海から深海に広く分布し、海底環境を改変しやすい二枚貝、ゴカイを想定）、音波伝搬シミュレーションなどを用いて、最適な周波数や分解能を検討しながら開発を進める。 (2)実験環境立ち上げ：開発したシステムを用いた実験環境を立ち上げる。また、観測対象種の採集やコアサンプルの作製、飼育などは、日英協同で実施する。本システムによる観測可能深度および分解能を実験的に把握し、先の音波伝搬シミュレーションの結果と比較し、適宜、シミュレータの改善を行う。COVID-19の影響を考慮し、国内において実海域試験（相模湾や弓ヶ浜などを予定）を実施し、情勢を見ながら相手国の海域における実験準備を進める。情報は適宜、メールやオンライン会議によって全体に共有する。
Causes of Carryover	社会からの需要の高まりを受けて当初計画よりも計測可能エリアを拡大すること（水深200m→水深2000m）によって設計項目が増え、開発スケジュールが一部遅延（1-2カ月程度）した。しかし、既に全体の設計は完了しており、次年度始めには使用予定であるため、全体のスケジュールとしては概ね予定通りである。