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海底境界面における酸素消費速度-渦相関法による現地連続観測-

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Academic year: 2022

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(1)海 岸 工 学 論 文 集,第55巻(2008) 土 木 学 会,1001‑1005. 海 底 境界 面 に お け る酸 素消 費 速 度‑渦 相 関法 に よ る現 地連 続 観 測‑ Oxygen. Consumption. Flux Across. the Sediment. by the Eddy-Correlation. Water. Interface:. In Situ Measurements. Technique. 桑 江 朝 比 呂1・ 中 川 康 之2・ 三 好 英 一3 Tomohiro. KUWAE,. Yasuyuki. NAKAGAWA. and Eiichi. MIYOSHI. Conventional approaches determining solute exchange fluxes across the sediment water interface have been reported to have limitations in terms of the reproducibility of hydrodynamic forcing and the representativeness of spatiallyheterogeneous biological processes, when applied to shallow estuarine systems where wave- and tide-induced sediment resuspension regularly occurs. Here we overcome these disadvantages by applying the eddy-correlation technique to in situ oxygen consumption flux measurements. Our study is the first to demonstrate a marked flux fluctuation (0.012.5 mmol 02 M-2 h-1) within several hours and that the oxygen consumption fluxes increase with increasing horizontal velocity on flood tides.. 1.. 本 研 究 で は,上 記 の課 題 を解 決 す るた め,こ れ まで熱 ・ ま えが き. 二 酸 化 炭 素 ・懸 濁 物 質 な どの フ ラ ックス測 定 に用 い られ て. 海 底 境 界 面 に お け る酸 素 消 費 は,貧 酸 素 水 塊 の 形 成 と 深 く関 わ るな ど,浅 海 域 にお ける水 質 や 生 物 相 を 決 定 づ け るプ ロセ ス と して重 要 で あ る(相 馬 ら,2008).底. 面 にお. いた渦 相 関法(例 え ばDyerら,2004;田 Crusiusら,2008)を,酸. 中 ・滝 川,2006;. 素 フ ラ ックス の測 定 に適 用 す る. (Bergら,2003;Kuwaeら,2006;桑. 江 ら,2006;. け る酸 素 フラ ック ス は,閉 鎖 系 シス テ ム(堆 積 物 コア の室. McGinnisら,2008).渦. 内培 養 やチ ャ ンバ ーの 現 場 設 置 な ど)を 作 り,直 上 水 中 の. す る こ とが な く,真 の 現 場 測 定 が 可 能 で あ る.し たが って,. 酸 素 濃 度 変 化 を追 跡 す る方 法 で これ まで 測 定 さ れ て い た. 潮 流 や 波 な どの外 力 に よ る堆 積 物 の再 懸 濁 が常 時 み られ る. (例 えば 長 尾 ら,2000;阿. 海 域 にお いて 酸 素 フ ラ ックスを 測 定 す る場 合 に は,渦 相 関. フ ラ ッ クス は,(1)堆. 部 ら,2003).し. か し,酸 素 消 費. 積 物 直 上 の 流 れ が 引 き起 こす 乱 れ に. よ る濃 度 境 界 層 厚 の変 化(Jorgensen・DesMarais,1990),. 相 関 法 は,現 場 環 境 を 一 切 改 変. 法 の 適 用 が理 想 で あ る と考 え られ る.そ こで本 研 究 で は, 佐 賀 県 鹿 島 沖 の海 底 境 界 面 にお いて 渦相 関法 を用 いた現 地. (2)波 が 引 き起 こす 圧 力 勾 配 に よ る間 隙 水 の直 上 水 へ の放. 観 測 を実 施 し,時 々刻 々 の酸 素 消 費 フラ ック ス変動 の実 態. 出(例. とそ の メカ ニズ ムを解 明す るこ とを 目的 とす る.. え ばWebb・Theodor,1968),そ. して(3)直. の酸 素 濃 度(Rasmussen・Jorgensen,1992)な. 上水. どに大 き く. 影 響 され るに もか か わ らず,閉 鎖 系 の 中 で はそ の水 理 ・水 質 環 境 を 再現 す る こ とが で きない.従 来 法 で測 定 され た酸 素 フ ラ ックス の精 度 に関 す る課 題 は,数 値 シ ミュ レー シ ョ. 観 測 手 法 とデ ー タ解 析 方 法. (1) 観 測 地 点 と測 定 方 法 2008年2月20日. か ら21日 の大 潮 期 に佐 賀 県 鹿 島 市 地 先. の鹿 島 タワ ー近 傍(33°04.8'N,130°12.1/E)で. ン との 比 較結 果 か ら も指 摘 されて い る(柳,2004). さ らに,堆 積 物 が 再 懸 濁 ・沈 降 を繰 り返 す 場 にお いて は, 底 面 の 侵 食 に よ る間 隙水 中 の還 元 物 質 の 直上 水 へ の供 給 や (Gerhardt・Schihk,2005),再. 2.. を実 施 した(図‑1).現. 場 堆 積 物(泥. 2.5cm,4‑6cm,9‑11cm,19‑21cmの5層)は. 懸 濁 した有 機 物 の 直上 水 へ. の露 出 によ り(Stahlbergら,2006),酸. 素 消 費 フ ラ ックス. が 短 い時 間 スケ ー ルで 大 き く変 動 して い る ことが 予 想 され る.し か しなが ら,再 懸 濁 を念 頭 にお い た酸 素 消 費 フ ラ ッ ク ス の 検 討 例 は,き. わ め て 稀 で あ る(阿. Stahlbergら,2006;徳. 1正 会 員. 部 ら,2003;. 永 ら,2007).. 博(農)(独. 法)港湾空港技術 研究所. 主任研究. 法)港湾空港技術 研究所. 主任研究. 法)港湾空港 技術研究所. 主任研 究. 官 2正 会 員. 工修(独 官. 3(独 官. 図‑1. 現地観 測. 深0‑0.5cm,0.5‑. 観 測 地 点(鹿 島 タ ワ ー 横). シル ト.

(2) 1002. 海. 図‑2 (66‑67%)と. 工. 学. 論. よ って構 成 され て お り. 深 方 向 に一 様 な 粒 度 組成 を呈 し. て い る.含 水 率 は70‑79%,強. 文. 集. 第55巻(2008). 海底 境界 面 にお け る酸 素消 費 フ ラ ック スの現場 実測 システ ム(渦相 関法). 粘 土(33‑34%)に. (中 央 粒 径10‑11μm),泥. 岸. 熱 減 量 は8‑10%で. ドップ ラー 流 速 計(ADV)(Vector,Nortek)を. あ る.. 測 定 時 間:20min,サ. ンプ リ ング間 隔:0.5s).底. cmに 設 置 した塩 分 水 温 計(Compact‑CT,ア. 面+20. レ ック電 子). を用 いて,塩 分 と水 温 を1分 間 隔 で計 測 した.ま た,同 水. 用 いて. 深 に設 置 した 後 方 散 乱 光 学 式 濁 度 計(ATU,ア. レ ック電. 流速 を測 定 した.流 速 値 は,温 度 や 塩 分 によ って変 化 す る. 子)の. 音 波 の速 さに応 じて 自動 的 に補 正 され る.測 定 精 度 の保 証. サ ンプ リン グ間 隔:1s)と. 値 は測 定 値 の ±0.5%±0.1cms‑1で. 調 整 した試 水 とを用 いて検 定 す る こと によ り,懸 濁 物 質 濃. (OX.10,Unisense)を. あ る.酸. 素微小 電極. 電 流 計(PA‑2000,Unisense)に. 接. 続 し,電 極 か ら発 す る微 弱 電 流 を増 幅 す る こ とに よ り酸 素. 出力 値(バ. 度 を 求 め た(中. ー ス ト間 隔:1h,測. 川 ら,2002).2月21日. (上 げ 最 強 時),10時00分. 濃 度 を測 定 した.電 極 先 端 径 は10μmで あ る.こ の酸 素 濃. (下 げ最 強 時),そ. 度 測 定 シス テ ムの応 答 速度 を事 前 に室 内 実 験 で 調 べ た と こ. 底 面+20cm付. ろ,0.2‑0.3sで. 有 量(mgTOC/mgSSC)を. ADVと. あ った.. 酸 素 微 小 電 極 を頑 強 な架 台 に取 り付 け た(図‑2).. セ ンサ ー上 流 部 に位 置 す る測 定 底 面(フ (Bergら,2007)と. ッ トプ リン ト). 架 台 の足 が 重 複 しな い よ う,潮 汐 に よ. 定 時 間:10min,. 現 場 で 採 取 した堆 積 物 を 濃 度. の7時30分. ごろ. ご ろ(満 潮 時),13時00分. ごろ. して16時00分 ごろ(干 潮 時)の 計4回,. 近 の海 水 を採 取 し,懸 濁 物 質 中 の有 機 物 含 測 定 した.. (2) フラ ックスの算 出 フラ ック スの算 出手 順 につ いて,図‑3に. ま とめ た.堆 積. 物 表 面 の ご く近傍 に存 在 す る濃 度 境 界 層 の 上 部 に おい て は,. る主 流 軸 を考 慮 して 設 置 した.流 速 の 測 定 部 が 底 面+20. 分 子 拡 散 に よ る物 質 輸 送 が 無 視 で きるた め,溶 存 物 質 の鉛. cmに な る よ う に調 整 し,微 小 電 極 の 先 端 を その 測 定 部 の. 直 フ ラ ックス は次 式 で表 す こ とが で き る.. ご く近 傍(<5mm)に. 合 わ せ た.流 速 と酸 素 濃 度 を16Hz. で 同 期 サ ンプ リング し,デ ー タロ ガ ー(NR‑2000,キ. (1). ーエ. ンス)に 記録 した.電 源 由来 の同 調 ノイ ズの発 生 を防 止 す. こ こに,Jは. る た め,ADV・. 溶 存 物 質 濃 度 を示 す.wとCは2成. 電 流 計 ・デ ー タ ロガ ー の各 々 の 内 部 電 源. か ら電 力 を供 給 した. ADVで. して そ の水 平 面 に直交 す る軸 を鉛 直. 軸)に 変 換 した(塚 本 ら,2001).底. 面+20cmに. 置 され た溶 存 酸 素 計(Compact‑DOW,ア. 別途設. レ ック電 子)に. よ って 同 時 測 定 され た酸 素 濃 度 値(バ ー ス ト間 隔:2min, 測 定 時 間:12s,サ. 鉛 直 流 速,そ. ンプ リング間 隔:1s)を. してCは. こに,ω は平 均 鉛. 変 動 鉛 直 流 速,Cは. 平 均 溶 存 物 質 濃 度,そ. 変 動 溶 存 物 質 濃 度 で あ る.こ れ らを(1)式. 入 して 時 間 平 均 し,wを 2004),(1)式. ける微 小 電 極 の感 度 変 化 の影 響 を 除去 した. イオ ー テ クニ ッ. ク)を 用 いて 水 深 と波 高 を 測 定 した(バ ース ト間 隔:1h,. に代. ゼ ロ と仮 定 す る と(Anthoniら,. は次 の よ うに表 す ことがで きる.. 用 いて 酸 素 微. 小 電 極 か ら得 られた 値 を検 定 す る こ とによ り,測 定 中 に お 超 音 波 式 波 高 計(WaveHunter04Σ,ア. 直 流 速,w'は. してCは. 分 に分 解 す る こ とが. で きる(w=w+w',C=C+C').こ. 得 られ た3次 元 の 流 速 値 を新 た な座 標 系(主 流. 方 向 を水 平 第1軸,そ. 瞬 間 フ ラ ックス,wは. (2) ここ に,Jは. 時 間 平 均 フ ラ ック スで あ る.連 続 した時 系 列. デ ー タか ら異 常 値 を除 外 し,9‑33分. 間(平 均18分)の. 系 列 デ ー タに分 割 した.続 いて,wとCに. 時. み られ る トレン. ド(時 系 列 中 デー タ中 にみ られ る一 定 の増 減傾 向)を 線 形.

(3) 海 底境界 面 にお け る酸 素消 費速 度― 渦相 関法 に よる現地 連続 観測―. 図‑3. 1003. 渦 相 関 法 に よ る フ ラ ック ス算 出 手 順. 近 似 に よ って 除 去 後(桑. 江 ら,2006),w'とC'を. 抽出し. フ ラ ック スを算 出 した.な お,本 研 究 で 扱 うw'とC'に. は,. 乱 れ成 分 と波 動 成 分 の両 方 が 含 まれ て い る.さらに,こ こで 算 出 さ れ る酸 素 消 費 フ ラ ック ス には,堆 積 物 に よ る酸 素 消 費 と底 面0‑20cm(測. 定 部 水 深)の 水 柱 に よ る酸 素 消 費. 図‑4水. の両 方 が 含 まれ るこ とに なる.. 面+20cmの. 水 平 流 速 ・酸 素 濃 度 ・懸 濁 物 質. して 酸 素 消 費 フ ラ ッ ク ス の 時 系 列.酸. 素 消 費 フ ラ ッ ク ス が 断 続 デ ー タ な の は,浮. (3) 統 計 解 析 一 般 化 線 形 モ デ ル(GLM)を. 用 い て酸 素 消 費 フ ラ ック. げ潮 ・下 げ潮)の3つ. の要因 な ら. 遊 物(ノ. リ. な ど)の 電 極 へ の 接 触 に よ る と 思 わ れ る 異 常 値 検 出 の た め.. ス に影 響 をお よぼ す要 因 につ いて 検 討 した.水 平 流 速 ・懸 濁 物 質 濃 度 ・潮 汐(上. 深,底. 濃 度(SSC),そ. 底 面+20cmの. 水 平 流 速 ・酸 素 濃 度 ・懸 濁 物 質 濃 度 の 時. び に そ れ らの交 互 作 用 項 を説 明 変 数 と して 選 択 した.直. 系 列 を み る と(図‑4),懸. 上 水 中 の 酸 素 濃 度 も説 明 変 数 の候 補 と して あ げ られ る. は明 瞭 な関 係 性 が み られて い な い.一 方,懸 濁 物 質 濃 度 は. (Rasmussen・Jorgensen,1992).し. 干 潮 時 に酸 素 濃 度 と と もに上 昇 し満 潮 時 に低 下 して い る.. 素 飽 和 度 は109‑132%と. か し,観 測 期 間 中 の酸. 高 く,濃 度 の 絶 対 値 の変 動 幅 も. 濁 物 質 濃 度 と水 平 流 速 との 間 に. これ は,有 明 海 湾 奥 の干 潟 ・浅場 域 に存 在 す る高 濁 度 か っ. 小 さか った ことか ら,本 研究 で は説 明 変 数 か ら除外 した.. 高 酸 素 濃 度 の水 塊 が 潮 流 によ り岸 沖 方 向 に移 動 して い る こ. 説 明 変 数 をす べて 含 ん だ モ デルか ら1つ も説 明変 数 を含 ま. とによ る と考 え られ る(中 川 ら,2002;阿. ない モ デ ル まで総 当 た りでCorrected Akaike's Imformation. 本 ら,2007).し. Criterion(AICc)を. の変 動 は,観 測 地 点 近 傍 に お ける堆 積 物 の再 懸濁 過 程 よ り. 求 めた.そ. して,算 出 さ れた 各 々 の モ. デル のAICcに. 応 じて 重 み付 け され た値(Akaike. を用 い て,各. 説 明 変 数 の選 択 率 を算 出 した(Bumham・. weight). 渦 相 関 法 に よ って得 られた酸 素 消 費 フ ラ ックス は,0.0‑ 12.5mmolO2m‑2h‑1と mmolO2m‑2h‑1と. (1) 測 定 パ ラメ ー タの 時系 列 変 動 観 測 時 に お ける最 大 波 高 は25‑36cmと. 静 穏 で あ った.. 鉛 直 流 速(座 標 変 換 前,2分. は,‑12.4‑+6.6cms‑1(平 底 面+20cmの. も高 濁 度 水 塊 の移 流 過 程 に強 く支 配 さ れて い た と予 想 され. (2) 渦 相 関 法 によ る酸 素 消 費 フ ラ ック ス. 観 測 結 果 と考 察. 底 面+20cmの. たが って,観 測 時 にお け る懸 濁 物 質 濃 度. る.. Anderson,2002). 3.. 部 ら,2003;山. 均‑2.6cms‑1)で. 水 温 は7.7‑8.6℃,塩. 平 均 デ ー タ) あ った.. 分 は29.8‑31.0の. 範. (2003)が. 大 き く変 動 し,単 な って い る(図‑4).こ. 純 平 均 は3.4. の値 は,阿 部 ら. 本 研 究 の観 測 地 点 周 辺 か ら採 取 した堆 積 物 コア. を用 い て 現 場 温 度(28℃)で. 室 内 培 養 して 得 られ た 値. (最 大 で2.0mmolO2m‑2h‑1,底. 面0‑20cmの. 消 費 を含 む)よ. り もか な り大 き い.さ. 水 柱 によ る. らに,そ の コア法 に. 囲 で変 動 した.潮 汐 に よ る主 流 向 は湾 軸 に沿 って お り,下. よ る フラ ッ クス は消 費 活 性 の 高 い高 水 温 時 に測 定 され た こ. げ潮 時 に南 東 向 き,上 げ潮 時 に北 西 向 きであ った.水 温 ・. と も考 慮 す る と,外 力 や間 隙 水 の移 流 過 程 な どが 再 現 で き. 塩 分 ・酸 素 濃 度 は水 深 方 向 に ほぼ一 様 で あ り,水 塊 はよ く. な い従 来 法 で は,実 際 の現 場 で の フ ラ ック スを過 小 評 価 し. 混 合 して いた.現 場 堆 積 物 に は光 が 到 達 しない ため,光 合. て しま う可 能 性 が 高 い ことを示 唆 して い る.実 際,透 水 性. 成 によ る酸 素 生 成 は起 きな い.つ ま り,理 論 的 に起 こ りえ. の あ る砂 質 堆 積 物 に お い て コ ア法 に よ っ て測 定 さ れ た値. る酸 素 フラ ックス は消 費(鉛 直 下 向 き)の みで あ る.. (1.0‑1.5mmolO2m‑2h‑1)は,渦. 相 関 法 を 用 いて 測 定 さ.

(4) 1004. 海. れ た値(6.6‑14.5mmolO2m‑2h‑1)よ. 岸. 工. 学. 論. 文. 集. 第55巻(2008). り著 し く小 さか っ. た ことが 報 告 され て い る(桑 江 ら,2006) . 今 回 の研 究 で 明 らか にな った渦 相 関 法 にお け る今 後 の課 題 と して,酸 素 微 小 電 極 に関 す る事 項 が あ げ られ る.1つ は,電 極 が破 損 しや す い こ とで ある.先 端 径 が10μmの. ガ. ラス製 の電 極 を現 場 で設 置 ・回 収 す るに は,細 心 の注 意 を 払 う必 要 が あ る.も う1つ は,電 極 出力 値 の外 部 か らの衝 撃 に対 す る不 安 定 性 で あ る.図‑4に. 示 した棒 グ ラ フの 空. 白部 分 は,異 常 値 発 生 に よ るデ ー タ欠 損 で あ る.目 視 に よ る状 況 観 察 か ら,こ の異 常 値 は現場 周 辺 で養 殖 され て い る ノ リな どの 浮 遊 物 の 電 極 へ の接 触(破 損 は しな い)に よ る もの と推 定 され る. (3) 酸 素 消 費 フ ラ ック スの変 動 メ カニ ズム 一 般 化 線 形 モデ ル によ る統 計 解 析 か ら得 られ た酸 素 消 費 フ ラ ック ス の説 明 変 数 の選 択 率 は,水 平 流 速(46 潮 汐(38.9%),懸. 濁 物 質 濃 度(26.2%),水. との交 互 作 用 項(25.2%),懸 作用 項(0%)の. .8%),. 平 流 速 と潮 汐. 濁 物 質 濃 度 と潮 汐 との交 互. 順 で あ り,ど の 変数 もそれ ほ ど高 くな か っ. た.酸 素 消 費 フラ ック ス は上 げ潮 時 にお いて 水 平 流 速 と統 計 的 に有 意 な相 関 を示 し,水 平 流 速 が 上 昇 す る と酸 素 消費 フ ラ ッ クス も上 昇 して い る(図‑5).し. か し,下 げ潮 時 に. は,水 平 流 速 と酸 素 フ ラ ックス との 間 に有 意 な相 関 はみ ら れ て い な い.ま. た,酸 素 フ ラ ックス と懸 濁 物 質 濃 度 との. 間 に は,潮 汐 にかか わ らず有 意 な相 関 が み られて い ない. 水 平 流 速 と酸 素 消 費 フラ ック ス との間 の 正 の相 関 は,流 速 の 上 昇 に よ って底 面 付 近 の乱 れ が増 大 し,濃 度 境 界 層 (分子 拡 散 に よ る輸 送 が 卓 越 す る層)の 厚 さ が減 少 す る こ とによ り,堆 積 物 表 面 も し くは間 隙 水 中 の硫 黄 ・鉄 ・マ ン ガ ンな どの 溶存 還 元 物 質 の直 上 水 へ の放 出量 が 増 加 し,急 激 な酸 素 消 費 が起 きた こ とが 大 き く寄 与 して い ると考 え ら. 図‑5. れ る.微 生 物 に よ る有 機 物 の 分 解 に と もな う酸 素 消 費 で は,. る酸 素 消 費 フ ラ ック ス と水 平 流 速 の 間 に 有意 な相 関. 数 時 間 の時 間 ス ケー ルで フ ラ ックス の大 きな変 動 は発 生 し 得 な い.一 方,還. 酸素 消費 フ ラ ックス と水 平流 速 との関係(上 図)な らび に酸素 消 費 フ ラ ックス と懸濁 物質 濃度 との関係(下 図) ○ は下 げ潮 時,● は上 げ潮時 を示 す.上 げ潮 時 にお け (P<0.05)が. 元 物 質 に よ る化 学 的酸 素 消 費 は,本 研. み られ る.. 究 にお け る フ ラ ックス変 動 を説 明す るの に十 分 な速 度 を有. と小 さ い値 に と どま って い る(阿 部 ら,2003). して い る こ とが 知 られ て い る(Gerhardt・Schink,2005;. 物 質 中 の有 機物 含 有 量 が変 化 して い るな らば,懸 濁 物 質 濃. 徳永 ら,2007).. 度 と酸 素 消 費 フ ラ ックス と は直 接 リンク しない こと も考 え. 懸 濁 物 質 に よ る酸 素 消 費 が 卓 越す る場 合 に は,懸 濁物 質 濃度 と酸 素 消 費 フ ラ ックス とに相 関 が み られ るはず で あ る. しか し,本 研 究 で はそ の よ うな 関 係 はみ られて い な い うえ に(図‑5),統. 計 モデ ル よ る懸 濁 物 質 濃度 の変 数 選 択 率 も. .も し懸 濁. られ る.し か し,観 測 期 間 中 の有 機 物 含 量 の 変 動 幅 は0 .4 %と 小 さ い ことか ら,そ の よ うな仮 説 も棄 却 され る. 以 上 に よ り,海 底 境 界 面(堆. 積 物 と直 上 水 の 両 方 を含. む)に おけ る酸 素 消 費 は,堆 積 物 表 面 も し くは 間隙 水 中 の. 低 い ことか ら,懸 濁 物 質 に含 まれ る有 機 物 の分 解 によ る酸. 溶 存 還 元 物 質 の 直上 水 中へ の放 出 によ る酸 素 消 費 が卓 越 し,. 素 消 費 の 寄 与 は小 さか った と考 え られ る.実 際,懸 濁 物 質. 上 げ潮 時 に お け るその フ ラ ックスの 変 動 は水 平 流 速 の 変 動. 中 の 有 機 物 含 量 が2.8‑3.2%と. りず っと低 く,. に よ って あ る程 度 説 明 可 能 で あ る と結 論 づ け られ る.し か し,下 げ潮 時 の フ ラ ック スの 変 動 メカ ニ ズ ムに つ いて は,. 速 水 ら(2006)が. 観 測 地 点 周 辺 で 夏 季 に観 測 した値(9%)よ. 本研究 の. かつ 低 水 温 で あ った条 件 にお い て,直 上 水 中 の 懸 濁物 質 濃. 本 研 究 結 果 か らは不 明で あ る.波 によ る変 動 流 速 が 底 面 へ. 度 と酸 素 濃 度 にみ られ た変 動 パ ター ンの一 致(図‑4)は,. 与 え る乱 れ の影響(中 川 ら,2007)や,数. 懸 濁 物 質 に よ る酸 素 消 費 が 活 発 で なか った こ とを示 唆 して. ルで起 きる底 生 生 物 活性 の変 動 の影 響(Vogel. い ると考 え られ る.ま た,既 存 の研 究 事 例 で は,本 研 究 と. 今 後 検 討 す べ き課 題 で あろ う.. 同 程 度 の 濃 度 の懸 濁 物 質 によ る酸 素 消 費 フ ラ ックス(直 上 水 深20cmの. 水 柱1m2当. た り)は0.5‑0.7mmolO2m‑2h‑1. 4.. あ とが き. 時 間 の時 間 スケー ,1981)も,.

(5) 海 底境 界面 にお け る酸 素消 費速 度‑渦 相 関法 に よる現地 連続 観測‑ 本 研 究 で は,泥 質 堆 積 物 直 上 に おい て流 速 と酸 素 濃 度 を 高 時 間 解 像 度 で 同 時測 定 し,渦 相 関 法 を適 用 す る ことに よ り,海 底 境 界 面 に お け る酸 素 消 費 フ ラ ックス を連 続 観 測 し た.本 研 究 に よ り,酸 素 消 費 フ ラ ックスが 流 速 の変 動 に追 随 し,わ ずか 数 時 間 の うち に大 き く変 動 し うる ことが 世 界 で 初 め て現 場 で 実 測 され た.ま た,渦 相 関法 に よ って 測 定 され た フ ラック ス は,既 報 値 を大 き く上 回 る もの で あ った. 本 成 果 は,海 底 境 界 面 にお け る酸 素 フラ ック スが浅 海 域 の 水 質 変 動 や生 態 系 に与 え る影 響 の解 明 や予 測 に大 き く寄 与 しうる.. 謝 辞:現. 地 観 測 に ご協 力 い ただ い た(独)港. 研 究 所 の細 川 真 也 氏 と(株)い. で あ の諸 氏,そ. 湾空 港技術 して 有 益 な. 議 論 を い ただ い た 同 研 究 所 の井 上 徹 教 氏 に感 謝 い た しま す.本. 研 究 の 一 部 は,環. (RF‑074,研. 究 代 表 者:中. 境省 地球 環 境研 究総 合推 進費 川 康 之)の. 支 援 によ り実 施 さ. れた.. 参. 考. 文. 献. 阿部淳 ・松永 信博 ・児 玉真史 ・徳 永貴久 ・安 田秀一 (2003): 有 明海西部 海域 における高 濁度 層の形成 と酸素 消費過 程. 海岸工学論 文集, 50巻, pp.966‑970. 桑江 朝 比 呂 ・神尾 光 一 郎 ・井 上徹 教 ・三 好 英 一 ・内 山雄 介 (2006): 堆 積物 によ る酸素 消費‑渦 相 関法 を適 用 した新 た な測定 手法 の開発‑. 海岸工 学論文集, 53巻,pp.1411‑ 1415. 相馬 明郎 ・関 口泰之 ・桑江 朝比 呂 ・中村 由行 (2008): 東 京湾 の底生系 にお ける酸素消費 メカニズム‑内 湾複合生態 系モデ ルの解析‑.海 岸工学論文集, 55巻, pp.xxxx‑xxxx. 田中健路 ・滝川清 (2006): 有 明海干潟上 における二酸化炭 素 フ ラックス観 測. 海岸工学論 文集, 53巻,pp.1136‑1140. 塚本修 ・文字 信貴 ・伊 藤芳樹 (2001): 乱流変 動法 による運動 量 ・顕 熱 ・潜熱 (水蒸気) のフラックス測定. 気 象研究 ノー ト, 199巻, pp.19‑55. 徳永貴 久 ・松永信 博 (2007): 有明海湾 奥部 における底 泥の巻 き 上 げ と酸素消 費 に関す る研究. 2007年 度 日本 海洋学 会秋 季 大 会講演要 旨集, pp.104. 中川 康之 ・今 林章二 ・末 次広 次 (2002): 底泥 輸送現 象 に関す る現 地 デー タの解 析. 海岸 工学 論文 集, 49巻, pp.566‑ 570. 中川 康之 ・吉 田秀樹 ・田中克 己 ・大 波多 昌志 (2007): 底 泥の 巻 き上 げと底 面境界 層 内の乱 れの現地 観測. 海岸 工学論 文 集, 54巻, pp.446‑450. 長尾正 之 ・橋本英 資 ・朱小華 ・吉 田みゆき ・高杉 由夫 (2000): 広島湾 における海底酸 素消費 量の連続 測定. 土木 学会論 文 集, No.663/II‑53, pp.109‑117. 速 水祐一 ・山本浩一 ・大 串浩一郎 ・濱 田孝 治 ・平川 隆一 ・宮坂 仁 ・大森浩 二 (2006): 夏季の有明海 奥部 における懸 濁物輸 送 とその水質への影響. 海岸工学論 文集, 53巻, pp.956‑ 960.. 1005. 柳 哲 雄 (2004): 生 態 系 モデ ル は有 明 海 を再 現 で き るか. 海 洋 研 究, 42巻, pp.61‑65.. 沿岸. 山 本 浩 一 ・槻 木 (加) 玲 美 ・速 水 祐 一 ・吉 野 健 児 ・濱 田孝 治 ・ 山 田文 彦 (2007): 有 明 海 大 授 搦 干 潟 にお け る底 泥 の 再 懸 濁 お よ び 沈 降 に関 す る現 地 観 測. 海 岸 開 発 論 文 集, 23巻,pp. 1159‑1164.. Anthoni, P. M., A. Freibauer, O. Kolle and E. D. Schulze (2004): Winter wheat carbon exchange in Thuringia, Germany. Agric. For. Meteorol., Vol.121, pp.55-67. Berg, P., H. Roy, F. Janssen, V. Meyer, B. B. Jorgensen, M. Huettel and D. de Beer (2003): Oxygen uptake by aquatic sediments measured with a novel non-invasive eddycorrelation technique. Mar. Ecol. Prog. Ser., Vol.261, pp. 75-83. Berg, P., H. Roy and P. L. Wiberg (2007): Eddy correlation flux measurements: the sediment surface area that contributes to the flux. Limnol. Oceanogr., Vol. 52, pp.16721684. Burnham, K. P. and D. R. Anderson (2002): Model Selection and Multimodel Inference: a Practical Information-Theoretic Approach. Springer, 488 p. Crusius, J., P. Berg, D. J. Koopmans and L. Erban (2008): Eddy correlation measurements of submarine groundwater discharge. Mar. Chem., Vol.109, pp.77-85. Dyer, K. R., M. C. Christie and A. J. Mainning (2004): The effects of suspended sediment on turbulence within an estuarine turbidity maximum. Estuar. Coast. Shelf Sci., Vol.59, pp.237-248. Gerhardt, S. and B. Schink (2005): Redox changes of iron caused by erosion, resuspension and sedimentationin littoral sediment of a freshwater lake. Biogeochem., Vol.74, pp. 341-356. Jorgensen, B. B. and D. J. Des Marais (1990): The diffusive boundary layer of sediments: oxygen microgradientsover a microbial mat. Limnol. Oceanogr., Vol.35, pp.1343 1355. Kuwae, T., K. Kamio, T. Inoue, E. Miyoshi and Y. Uchiyama (2006): Oxygen exchange flux between sediment and water in an intertidal sandflat, measured in situ by the eddycorrelation method. Mar. Ecol. Prog. Ser., Vol.307, pp.5968. McGinnis, D. F., P. Berg, A. Brand, C. Lorrai, T. J. Edmonds and A. Wilest (2008): Measurements of eddy correlation oxygen fluxes in shallow freshwaters: towards routine applications and analysis. Geophys. Res. Lett., Vol.35, L04403, doi:10.1029/2007GL032747. Rasmussen, H. and B. B. Jorgensen (1992): Microelectrode studies of seasonal oxygen uptake in a coastal sediment: role of molecular diffusion. Mar. Ecol. Prog. Ser., Vol.81, pp.289-303. Stahlberg, C., D. Bastviken, B. H. Svensson and L. Rahm (2006): Mineralisation of organic matter in coastal sediments at different frequency and duration of resuspension. Estuar. Coast. Shelf Sci., Vol.70, pp.317 325. Vogel, S. (1981): Life in Moving Fluids: the Physical Biology of Flow. P. W. S. Kent Publishing, 352 p. Webb, J. E. and J. L. Theodor (1968): Irrigation of submerged sands through wave action. Nature, Vol.220, pp.682-683..

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参照

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