QICSプロジェクトqics project
QICSプロジェクトHP和訳抜粋1. QICSプロジェクト概要
1-1. QICSプロジェクトとは
1-2. プロジェクト概要
1-3. プロジェクトの目的と最終目標
2. 科学的概要
2-1. CO2の貯留層から海底または地表への移動(ワークパッケージ1)
2-2. CO2漏出の影響予測及びモデリング(ワークパッケージ2)
2-3. CO2漏出による海洋地球化学サイクルへの影響(ワークパッケージ3)
2-4. CO2による海洋生態系に対する影響(ワークパッケージ4)
2-5. CO2漏出のモニタリング(ワークパッケージ5)
2-6. 海底のCO2流動の予測・緩和(ワークパッケージ6)
3. CO2漏出実験
4. 国際共同研究
2-2. CO2漏出の影響予測及びモデリング(ワークパッケージ2)
全体的な目的
このワークパッケージの目的は、海洋の浅層堆積物及び海水の既存モデル(物理学、生物地球化学、生態学的)を発展させ、統合することです(図1〜3)。これにより、様々な状況におけるCO2漏出による影響を予測することが可能になります。
まず、人為的な放出に必要なCO2の量を最小限にし、実験期間中に海底までガスが届き、かつガスが堆積物中を通過する際に亀裂を生じないように影響を抑制する設計に必要な情報を得るために、既存のモデルと新たに開発されたモデルを再構築しました。これらのモデルの開発には、本プロジェクト及び漏出の幅広い仮説シナリオを許容可能な正確度で予測する他の研究における試験結果から得られた情報を利用しました。
また、海底堆積物のサンプルの計測結果を用いたさらに詳細な計算により、海底下10mの深さから放出されたCO2は、放出開始から10日以内に海底面に到達することが示されました。これは、CO2の放出速度が90kg／日の場合に達成される計算です。海底面のガスの気泡は直径5〜25mm(1インチよりも小さい)と推定され、海水を上昇するにつれ溶解し、小さくなっていくと計算されました。
なお、海水のpHの変化予測(酸性度／アルカリ度の目安)も計算しました。
図1：ヨーロッパの地域海の生態系モデル
図2：海水中のCO2の相図
図3：海水中の炭酸系
このワークパッケージにおけるタスクは：
タスク2.1 海水中のCO2の挙動に関する実験的研究及び理論研究(ヘリオット・ワット大学)
モントレー湾水族館研究所(MBARI)のPeter Brewer博士と共同のフィールド実験を通じて、CO2液滴及び気泡の流動を調査しました。この実験により、水中でのCO2気泡の抵抗(抗力係数(Cd)とも呼ばれます)と物質移動の速度(排出速度(Ke)とも呼ばれます)を特定します。またこれは、英国の海域で典型的な条件である50〜450mの深さで実施されます。これらの実験で得られたデータは、必要に応じて、既存モデルの再構築と新たなモデルの開発に使用されています。このタスクは、英国と米国の研究者間の連携により実施されており、放出された気泡の上昇やサイズに関するQICSの研究から得られた結果は、モントレー湾水族館研究所の研究による結果と組み合わせています。さらに、QICSのフィールドデータの分析は現在進行中です。気泡サイズ及び気泡の速度は、ビデオ調査により観察しました(図4)。上昇する一つひとつの気泡のサイズと速度を、定規に照らして計測しました。
図4：海底に設置した定規を使用したCO2気泡の計測
タスク2.2 CO2濃度の高い海水中におけるCO2の拡散を予測する小規模モデルの開発(ヘリオット・ワット大学、英国国立海洋学センター リバプールセンター、プリマス海洋研究所)
様々な放出速度と気泡／液滴サイズにおけるCO2の変化と分布を予測するために、二相流モデルを設計・開発しました。この小規模モデル(範囲は数km、時間は数日単位)は、より大きな規模のモデルのための追加データとなりました。開発されたモデルは、CO2濃度の高くなった海水の拡散を予測し、CO2の変化(量の時系列変化)に関する情報を提供するために利用されました。そしてこれは、生物地球化学及び生態系への影響を予測するモデルにとっての主な情報源となります。
タスク2.3 堆積物内におけるCO2拡散のモデリング(ヘリオット・ワット大学)
堆積物内におけるCO2の拡散(水の形成を伴うものと伴わないもの)は、格子ボルツマン法(LBM)を用いて開発された数値モデルによって調査してきました。CO2の堆積物中の通り道を通じた拡散も計算しています。このモデルは、海洋堆積物におけるCO2の小規模流動の計算とともに利用されました。CO2と水の相互作用のプロセスは、堆積物の孔隙のサイズを表現するために小規模(mmからcm単位)でモデル化し、堆積物内でどのようにCO2が溶解するのかに対して特別な注意を払いました。この孔隙規模のモデルから得られた結果は、より大きな規模のモデルのための追加データとして利用されました。このモデルは、当初の気泡サイズモデルと関連づけられたCO2流の放出シミュレーションにより、浅層の堆積物から海水に至るまでのCO2の変化の動態全体をシミュレーションするために、タスク2.2のモデルと一緒に利用されました。
タスク2.4 上昇したCO2濃度による影響を予測する生物化学及び生態学的モデル(プリマス海洋研究所、英国国立海洋学センター サウサンプトンセンター、スコットランド海洋科学協会)
このタスクの目的は、ワークパッケージ3及び4の結果に基づき、海底と海水のプロセス(生態学的及び生理学的)に関する既存モデルを発展させることです。例えば、CO2濃度及び／又はpHとCO2曝露のタイムスケールによって、栄養循環及び堆積物の混合がどのように変化するのかを理解し、盛り込む予定です。モデルは、CO2曝露に応じた影響の程度を示します。これは、タスク6.4(影響の指標)で利用できる情報です。
タスク2.5 小規模と海域規模の"流体流動"モデルの統合(英国国立海洋学センター リバプールセンター、ヘリオット・ワット大学)
特に北海のように潮の影響が大きな海域において、これまでに複数の研究が、漏出したCO2の広がりには、海水の動きが重要であることを示しています。既述のタスクにより開発された小規模拡散モデルは、(英国の全ての陸棚海域を含む)北西ヨーロッパ陸棚全体を対象とした、海域規模の"流体流動"モデルにとっての情報源になります(図5)。このモデルは、潮汐条件、季節や気候の条件が異なる様々な貯留候補サイト及び入り江にある実験サイトからの、1日〜1年のタイムスケールでのCO2拡散の調査に利用されます。 複数の異なる条件下の漏出シナリオを設定するために、このタスクで開発された海域規模モデルと小規模モデルの両方を併用します。
図5：CO2漏出による海水の状態への影響を示す、高分解能海域モデルの中間結果(非常に大きな漏出イベントの場合)