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-

海洋生物过程引起的有机质团聚体强度的变化-对团聚体崩塌和沉降速度影响的评估-

基本信息

批准号：
22KJ0360
负责人：
林靖人
金额：
$ 1.41万
依托单位：
University of Tsukuba
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ0360/
关键词：
マリンスノー強度粒子間接着力

项目摘要

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。

由有机颗粒在海面上聚集而形成的大骨料通过将沉淀在深处的层中造成碳固存在。颗粒的沉积速率取决于大小的变化很大，因此由于聚集体崩溃而导致的微型化对碳固存效率产生了重大影响。由于当力超过骨料的强度时，会发生聚集体的瓦解，因此有必要阐明聚集体的强度以预测流动中的聚集和塌陷。在2021年，我们尝试建立一个实验系统，使用新的Kuwet设备测量骨料强度。由于使用Kuwet设备的长期实验表明，内部形成的聚集体的分散体有偏见，因此使用粘土颗粒来评估聚集体对粒径的分散作用。这证实了Cuwet设备中聚集体位置的偏差不会影响大小。然后，我们检查了新设备的设计和聚合的可视化过程。新设备旨在使执行沉降速度测量以及更改以进行沉降速度测量更容易。此外，以前使用市售数字静止相机进行的聚集体的可视化已更改为全球快门类型工业CMOS摄像机，以便允许高剪切速度条件。正如预期的那样，在高剪切速度条件下形成的聚集体将较小，引入了高遥音性能的镜头，并将照明更改为背光照明以提高准确性。此外，使用旧的kuwet设备（生物学上衍生的颗粒：85 NN，粘土颗粒：15 nn）测量了通过培养天然海水获得的生物学衍生颗粒和粘土颗粒的颗粒间粘附强度，并将其引入了一个数字模型中，以估计在湍流流中的聚集大小。可以预测，在生物衍生的颗粒和粘土颗粒之间，输出骨料的大小几乎是两倍的不同，并且生物衍生的颗粒的强度对湍流中的骨料大小具有重大影响。