様々なサイズと密度のプラスチックの世界の海洋における分布：3次元オイラーモデルを用いた研究

核心概念

プラスチック粒子のサイズと密度を考慮した新しい3次元オイラーモデルを用いて、海洋マイクロプラスチックの分布は粒子の特性によって大きく異なることが明らかになった。

要約

海洋マイクロプラスチック分布に関する研究論文の概要

参考文献: Tseng, Z.-E., Wu, Y., Menemenlis, D., Wang, G., Ruf, C., & Pan, Y. (2024). Distribution of plastics of various sizes and densities in the global ocean from a 3D Eulerian model. Journal of Geophysical Research: Oceans.

研究目的: 様々なサイズと密度のプラスチック粒子が海洋中をどのように移動し、分布するのかを、新しく開発した3次元オイラーモデルを用いて調査する。

手法:

• 海洋マイクロプラスチックの輸送を、粒子の浮力効果を考慮した移流拡散方程式を用いてモデル化。
• 粒子の終速度は、サイズと密度の両方に依存するよう設定。
• 海洋流速データは、ECCOv4r4データセットを使用。
• ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリ塩化ビニル(PVC)の3種類のプラスチックについて、それぞれ異なるサイズと密度を設定しシミュレーションを実施。

主要な結果:

• 5つの亜熱帯環流域には、サイズが大きく（例：直径10µm）、海水よりも密度の低い（例：PE）プラスチック粒子が蓄積する傾向が見られた。
• サイズが小さい粒子（PEとPVCで≲1µm、PPで≲10µm）は、密度に関わらず中性浮力粒子と同様の分布を示し、海洋表面の蓄積は弱く、水深1km程度まで拡散していた。
• 表面濃度の季節変動は、混合層の深さの季節変動と相関しており、混合層内では粒子が均一に分布しているため、混合層の深さが変化すると表面濃度も変化することが示唆された。

結論:

• 海洋マイクロプラスチックの分布は、粒子のサイズと密度に大きく依存する。
• サイズの大きい、密度の低い粒子は亜熱帯環流域に蓄積しやすい一方、小さい粒子はより広範囲に拡散する。
• 表面濃度の季節変動は、混合層の深さの変化によって説明できる可能性がある。

本研究の意義:
本研究は、海洋マイクロプラスチックの輸送と分布に関する理解を深め、プラスチック汚染の将来予測や対策に貢献するものである。

今後の研究課題:

• プラスチックの破砕や生物付着の影響を考慮したモデルの開発
• リモートセンシングやトロール調査などの観測データを用いたデータ同化によるモデルの高度化

統計

PE-10粒子の終速度は6.3µm/s。
PP-100粒子の終速度は-27.3µm/s。
PVC-10粒子の終速度は-9.5µm/s。
PP-100粒子が約650mの深さまで沈降するのにかかる時間は約9ヶ月。
PVC-10粒子が海底まで沈降するのにかかる時間は約20年。

引用

抽出されたキーインサイト

Distribution of plastics of various sizes and densities in the global ocean from a 3D Eulerian model

by Zih-En Tseng... 場所 arxiv.org 11-22-2024

https://arxiv.org/pdf/2411.14335.pdf

深掘り質問

マイクロプラスチックの破砕や生物付着を考慮すると、海洋中のプラスチックの分布はどのように変化するだろうか？

マイクロプラスチックの破砕と生物付着は、海洋中のプラスチックの分布に大きな影響を与える重要なプロセスです。

破砕: 海洋中のマイクロプラスチックは、紫外線、波、海流による物理的な力によって、より小さなマイクロプラスチックやナノプラスチックへと破砕されます。この破砕プロセスは、以下の2つの点で、マイクロプラスチックの分布に影響を与えます。

空間的な分布: 破砕によって生成された小さなマイクロプラスチックやナノプラスチックは、海流の影響を受けやすくなるため、より広範囲に拡散する可能性があります。特に、深海などのこれまでマイクロプラスチックの蓄積が少ないと考えられていた場所にまで到達する可能性も懸念されています。
鉛直的な分布: 小さなマイクロプラスチックやナノプラスチックは、浮力が小さくなるため、深海へと沈降しやすくなります。結果として、表層水中のマイクロプラスチック濃度が減少する一方で、深海での濃度が増加する可能性があります。

生物付着: マイクロプラスチックの表面には、バクテリア、藻類、フジツボなどの様々な海洋生物が付着することが知られています。この生物付着は、マイクロプラスチックの密度や形状を変化させることで、その沈降速度に影響を与えます。

沈降速度の増加: 生物が付着することでマイクロプラスチックの密度が大きくなり、沈降速度が増加します。その結果、生物付着したマイクロプラスチックは、海底に蓄積しやすくなると考えられています。
鉛直的な分布: 生物付着による沈降速度の変化は、マイクロプラスチックの鉛直的な分布に影響を与えます。表層水中で生物が付着しやすい種類のマイクロプラスチックは、深海に到達する前に海底に沈降してしまう可能性があります。
これらのプロセスを考慮すると、海洋中のマイクロプラスチックの分布は、これまで考えられていた以上に複雑で、予測が難しいものとなります。より正確な分布を把握するためには、破砕や生物付着のプロセスを考慮した数値モデルの開発や、深海を含む広範囲にわたるマイクロプラスチックの観測が必要です。

海洋中のマイクロプラスチックの分布は、海洋生態系にどのような影響を与えるのだろうか？

海洋中のマイクロプラスチックの分布は、海洋生態系全体に深刻な影響を与える可能性があります。

食物連鎖への影響: マイクロプラスチックは、そのサイズが小さいため、プランクトンや小型の海洋生物に誤って摂取される可能性があります。マイクロプラスチックは、それ自体が有害な化学物質を含んでいるだけでなく、周囲の海水中の有害物質を吸着する性質も持っています。そのため、マイクロプラスチックを摂取した生物は、有害物質に曝露され、健康被害を受ける可能性があります。さらに、食物連鎖の上位に位置する魚類や海鳥、海洋哺乳類にも、マイクロプラスチックや有害物質が生物濃縮によって蓄積される可能性があり、生態系全体への影響が懸念されています。
海洋生物への物理的な影響: マイクロプラスチックは、海洋生物の摂食行動や繁殖行動を阻害する可能性があります。例えば、マイクロプラスチックを誤って摂取した生物は、満腹感を感じてしまい、十分な栄養を摂取できなくなる可能性があります。また、マイクロプラスチックが産卵場所や繁殖行動を阻害することで、海洋生物の個体数減少に繋がる可能性も懸念されています。
海洋環境への影響: マイクロプラスチックは、海底に堆積することで、海底の生態系に影響を与える可能性があります。例えば、マイクロプラスチックが海底に堆積することで、酸素供給が阻害され、生物の生息環境が悪化する可能性があります。また、マイクロプラスチックが分解される過程で、温室効果ガスが発生する可能性も指摘されており、地球温暖化への影響も懸念されています。
これらの影響は、相互に関連し合い、複雑に作用することで、海洋生態系全体に予測不可能な影響を与える可能性があります。マイクロプラスチックによる海洋生態系への影響を軽減するためには、早急な対策が必要です。

マイクロプラスチック問題解決のために、我々人類はどのような行動を起こすべきだろうか？

マイクロプラスチック問題は、もはや他人事ではありません。私たち一人ひとりが問題の深刻さを認識し、行動を起こすことが重要です。

プラスチックの使用量削減: マイクロプラスチック問題の根本的な解決策は、プラスチックの生産と消費を抑制することです。使い捨てプラスチック製品の使用を控え、リユース可能な製品を選ぶように心がけましょう。また、企業に対しても、プラスチック使用量削減や代替素材の開発などを求める声を上げていくことが重要です。
適切な廃棄: プラスチック製品を廃棄する際には、分別ルールを守り、適切に処理することが重要です。海洋への流出を防ぐために、ポイ捨ては絶対にやめましょう。また、リサイクル可能なプラスチックは積極的にリサイクルに出すようにしましょう。
環境問題への意識向上: マイクロプラスチック問題の深刻さを周囲の人々に伝え、環境問題への意識を高めていくことが重要です。教育機関や地域社会と連携し、啓発活動や清掃活動などに参加するのも良いでしょう。
科学技術による解決: マイクロプラスチック問題の解決には、科学技術の力も必要不可欠です。マイクロプラスチックの回収技術や分解技術の開発、環境負荷の少ない代替素材の開発などを推進していく必要があります。
マイクロプラスチック問題は、地球規模で取り組むべき課題です。国際的な協力体制を強化し、効果的な対策を推進していくことが重要です。