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-

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海洋表層で有機物粒子の凝集により形成される大型の凝集体は、深層へと沈降することで炭素隔離に寄与している。粒子の沈降速度はサイズによって大きく変動するため、凝集体の崩壊による小型化は炭素隔離効率に大きく影響を及ぼす。凝集体の崩壊は、凝集体の強度を超える力が加わったときに生じるため、流れ中での凝集・崩壊を予測するには凝集体の強度を明らかにする必要がある。令和3年度は、新型クウェットデバイスを用いた凝集体強度を測定する実験系の確立を試みた。クウェットデバイスを用いた長時間の実験により内部に形成される凝集体の分散が偏ることが明らかとなったため、粘土粒子を用いて凝集体の分散状況が粒子サイズに及ぼす影響を評価した。これにより、クウェットデバイス内での凝集体の位置の偏りがサイズに影響しないことが確認された。その上で、新型装置の設計と凝集体の可視化プロセスの検討を行った。新型装置は沈降速度測定が行えるような変更とともに、作業が簡便なものとなるよう設計した。またこれまで市販のデジタルスチルカメラを用いて行っていた凝集体の可視化は、高いシア速度の条件での撮影を行うため、グローバルシャッター式の産業用CMOSカメラに変更した。高いシア速度の条件で形成される凝集体はより小さくなることが予想されたため、テレセントリック性能が高いレンズを導入し、照明をバックライト照明へと変更することで精度を高めた。また、自然海水を培養し得られた生物由来粒子と粘土粒子について、旧クウェットデバイスを用いて粒子間接着力を測定し(生物由来粒子: 85 nN, 粘土粒子: 15 nN)、乱流中の凝集体サイズを推定する数値モデルに導入した。出力である凝集体サイズには生物由来粒子と粘土粒子とで二倍近くの差が生じることが予測され、乱流中の凝集体サイズに対して生物由来粒子の強度が大きく影響を及ぼすことを確認した。