海洋の生物過程による有機物凝集体強度の変動-凝集体の崩壊と沈降速度への影響評価-

2022 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 21J20420
• 配分区分: 補助金
• 研究機関: 筑波大学
• 特別研究員: 林 靖人 筑波大学, 理工情報生命学術院, 特別研究員(DC1)
• 研究期間 (年度): 2021-04-28 – 2024-03-31
• キーワード: マリンスノー / 凝集体 / プランクトン / 生物ポンプ

研究実績の概要

プランクトン群集の状態によって変化する、粒子の物理特性が炭素輸送へ及ぼす影響を推定するため、昨年度に引き続き単一サイズクラスの凝集体成長モデルを用いて凝集体サイズの凝集体強度への依存性を評価した。昨年度実施した自然群集の実験結果を基に粒子間の接着力を推定し、粒子濃度と流体シアという2つのパラメータに対し、Sobol'法を用いた感度解析を実施した。その結果、粒子間接着力が凝集体サイズに対して比較的大きな影響を及ぼしていることが明らかとなった。さらに、解析したパラメータの範囲内で凝集体サイズは320-750%の変動が見られ、凝集体サイズが強く粒子間接着力に依存していることが示された。
加えて、推定された表層における凝集体サイズが、沈降に伴う無機化により有機物量の減衰とともに小型化するよう鉛直輸送プロセスをモデル化し、凝集体強度と生物ポンプの関わりを評価した。その結果、表層の生物活動によって変化する凝集体強度が鉛直方向の粒子輸送プロセスに大きく影響し、中深層への有機物動態に大きく影響を与えることが明らかとなった。
また本年度は、乱流中での凝集体の動態を評価するため、等方性乱流を実験室環境で生成する装置を製作し、乱流強度の推定を行った。装置内で生成される乱流はおおよそ海洋表層で観測される値に近く、今後この装置を用いることで乱流中での凝集体の挙動を詳細に解析することが可能になると期待される。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

当初計画では令和4年度中に、植物プランクトンとバクテリアを対象として海洋凝集体の強度変動への生物影響を評価することを目標としていた。しかし、クウェットデバイスでの実験に足る量の植物プランクトンの無菌培養系の確立が難しく、令和5年度に粘土粒子を標準粒子として実験を実施することとした。
また本年度は、昨年度開始したモデル研究を継続し、中・深層への粒子の輸送時に生じる炭素量の減衰をモデル化することを試みた。表層の生物活動によって変化する凝集体強度が、中深層への有機物動態に大きく影響を与えうることが示された。
また、等方性乱流を実験室環境で生成する装置を製作し、装置内で生成される乱流がおおよそ海洋表層で観測される値に近いことを確認した。

今後の研究の推進方策

令和4年度中に、粘土粒子を標準粒子とし、培養した海洋粒子による強度変動を定量化する手法を確立することに成功した。自然群集を用いた培養実験によって、生物由来粒子の粒子間接着力が明らかとなったが、凝集体を構成する粒子が植物プランクトン由来のものであるか、バクテリア由来のものであるかを確かめることは難しい。そのため植物プランクトン、バクテリアそれぞれについて海洋凝集体強度への貢献を定量化する。