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。

海面层上有机颗粒形成的大骨料有助于将沉积物分离成深层。由于颗粒的沉积速度因大小而变化很大，因此由于聚集体崩溃而导致的微型化对碳隔离效率具有显着影响。由于当骨料的强度超过骨料的强度时，会产生磨牙的崩溃，因此有必要阐明聚集体的强度，以预测流动的聚集和崩溃。在2013财年，我们尝试建立一个实验系统，以使用新的KWET设备测量聚合强度。据揭示，使用Quet设备的长期实验在内部形成的聚集体的分散体中有偏见，并评估了使用粘土颗粒的骨料分散状态对粒径的影响。结果，已经证实，KWET设备中骨料的偏置不会影响大小。最重要的是，我们设计了新设备和聚合的可视化过程。该新设备的设计目的是使更容易使用可以测量沉积速度的更改。此外，已经使用了商业上可用的数字静止摄像机的聚集体的可视化已更改为全球快门型工业CMOS摄像机以高的乳木速速度拍摄。由于预计在高乳木速条件下形成的骨料预计会较小，因此通过引入具有高遥视性能的镜头并将照明更改为背光照明，可以提高准确性。另外，使用天然海水衍生的颗粒和粘土颗粒的旧Quet装置测量粒子间接粘附力（生物颗粒：85 NN，粘土颗粒：15 NN）。可以预测，在输出中的聚集粒子和粘土颗粒的差异几乎是输出的两倍，并且生物颗粒的强度对湍流骨料的大小有显着影响。