蛇島伸吾メール　　　　　（前頁）＜＜　　　　　　＞＞（次頁）　　　　　　　　　　(Up)

４章 　要素モデル自作の方法
　４．８ 　「海洋施肥」要素モデルと「肥料工場」要素モデル
　　　　　〜　海洋モデル用要素モデルの作成例（サンプルプロジェクトプレジェクト：「McOceanSampleModels.csproj 」） 　〜

　海中での生態系の基礎は「植物プランクトン」要素モデルですが、その「植物プランクトン」要素モデルを起動させるトリガは、人間の行為である「海洋施肥」となります。即ち、遠海洋部で、豊かな生態系を生成できるように人間が何らかの行為を行う必要があります。ここで、人間の行為のコストと、その収穫が経済的に成り立つものであれば、それは産業として十分に存在可能です。この時に考慮すべきことは、豊かな自然形成を阻害している要因の少ない所を見つけることです。
　遠海洋部での生態系を阻害している最大の要因は貧栄養であるため、ここに、何らかの手を加えて植物プランクトンを基礎とする生態系が形成できれば、大きなCO2吸収源を生成することができるのではないかという発想です。
　此処で施す肥料の特性（成分、形状、与え方等）が、遠海洋部での植物プランクトンに十分効果がある様に調整されなければなりません。　
　ところで、ブルーカーボンとして効果が大きい植物プランクトンは「珪藻」であると言われており、ここでは、珪藻の生育に最適な肥料を考えます。

　さて、CommonMPで制作する海上施肥と肥料工場としては、「海洋施肥」要素モデル、「肥料工場」要素モデルを考えます。

　肥料としての特性としては以下の様な性質を持つことが必要と考えます。

１）成分
　　・窒素成分
　　・リン成分
　　・珪素成分
　　・鉄成分
　　・？？？（他に必要なものは？）

２）肥料の特性
　広域に船舶等から撒く事を考えると、施肥から次の施肥までの間隔が比較的長いと考えられませす。そこで、可能な限り海面上に浮遊して、長時間継続する必要があります。また、植物プランクトンを対象とするため、次の施肥までの間は、光合成に必要な量の太陽光が届く範囲（表面混合層、真光層：水深数十ｍ以浅）に成分が留まる必要があります。

３）原料や製法が安価であること。

４）有毒な成分、プラスチック等を含まないこと。

　
　　図　４．８．１　海洋施肥の概念

　ここで、「海洋施肥」要素モデルは、散布の量、散布の間隔等を規定し、「海洋肥料生産工場」は肥料の性能や性質を規定することとします。
　即ち、「海洋施肥」要素モデルは、「生産工場」から提供された肥料をそのまま施肥するので、肥料性能は生産工場における製造工程が重要となります。

　今回モデル内で想定した海洋肥料は下記 のようなものです。

＜想定海洋肥料＞

安価で、珪素と窒素等を豊富に含んだ原料としては　例えばもみ殻等が考えられます。イネ科の植物は珪素に富んでおり、且つ日本にはイネ科の雑草も大量に生えている事を考えると、雑草として定期的に伐採した材料を使用することも良いかもしれません。ここに、鉄成分として、鉄の製造工程で生成する「副産物」である鉄鋼スラグの使用が考えられます。また、リンは排水処理場で取り除かれるリン成分を一部使用することも可能です。 　もみ殻、雑草等の有機物は、海水中で半分解させ、半腐葉土の状態にします。 　これらの半腐葉土や鉄鋼スラグ等をミル等に入れて非常に細かく粉砕し、ペースト状或いは粉末状に乾燥させたものを使用することとします。さらに、海が酸性化しないようにもみ殻燻炭を混入させてPHの調整等をおこないます。　粉末のサイズは、沈降速度を遅く するため、１μｍ程度の大きさにまで粉砕したものを考えます。 　　　　 　（また、肥料成分の供給を継続するために半 腐葉土状態の肥料成分と、肥料を分解する海水中の細菌類 を生きまま、同時に海上にスプレーできるように積んでいくことも考えます。　さらに、種としての珪藻類を生きたまま運び、肥料を撒くと同時に珪藻類も少量撒くことも考えられますが、現在時点では考慮しません。） 　上記の仮想肥料を遠洋に運び、例えば20Km2の区画に１隻で（例えばスパイラル）巡回しながら薄く広く撒く事を考えます。　 　一つの地点を着目すると、数日〜十数日に１回の割合で、肥料が撒かれると考えられます。肥料を撒いてから次の肥料を撒くまでの期間中は、撒かれた肥料は少なくとも真光層より浅い領域に漂っている 必要があります。 　尚、今回（2022/07/23現在)制作する肥料としては、　窒素、リンは、施肥すると直ちに海水に溶け込むとし、珪素や鉄分は粒子状の状態で撒かれて、大きさに応じて沈降すると共に、一定の割合で海水へ溶けていくものとします。

　以上のような海上施肥、および肥料の性質、施肥の間隔を元にシミュレーションを行ってみます。

　　　　　＊モデル全体構造作成を優先していますので、ここの論理は不正確です。後ほど修正していく予定です。（知識のある方は、要素モデルを自作して、本サンプルと交換してください。）

　＊イオンカルチャーパックを使用したフロート、アミノ酸を混ぜたコンクリートを使用したフロートを使用した新しい、施肥の方法も考えられるかもしれませんが、現時点で触れないでおきます。

　
　図４．８．２に「海上施肥」要素モデル、「肥料工場」要素モデルと他の要素モデルの関連を示します。
　また、図４．８．３　及び　図４．８．４に「海洋用肥料工場要素モデル」、「海上施肥要素モデル」からの出力を、それぞれ示します。
　４つの肥料要素（窒素、リン、珪素、鉄）の比率、珪素成分配合粒子サイズ、鉄成分配合粒子サイズを「海洋用肥料工場要素モデル」で決定し、その特性をそのまま「海上施肥要素モデル」を通じて海上に撒きます。
　撒かれた肥料は、「栄養素要素モデル」の表面混合層で受け取り、窒素、リン成分は直ちに海水に溶けだします。一方、珪素成分と鉄成分の粒子はストークスの沈降の式に応じて徐々に沈降していきますが、その過程で少しずつ溶けていきます。

　
　図　４．８．２　肥料生産工場、海洋施肥と　海中生態系の接続関係（肥料の生産、施肥作業中に排出したCO2は大気圏に接続されて、総合CO2吸収計算に役立てる）

　
　　
　図４．８．３　「海洋用肥料工場要素モデル」からの出力

＜テスト＞
　制作した肥料工場から植物プランクトン、CO2の吸収までのテストを行います。
　　　　　（＊注意）　：ユニットテストは別途おこないますが、ここではユニットテストの記述は省きます。

　肥料生産工場での肥料生産量を図４．８．５の「肥料生産」に示します。１日毎に出荷していることにします。ここで生産された肥料を船舶等に積み込み海上施肥を行います。海上の一地点では、７日に１回の施肥がされる事になります。（図の２番目の図は施肥量）
　この施肥によって、植物プランクトンが７日周期で増減を繰り返し、この周期とともに大気圏から海水に溶け込むCO2の量も変動しています。
　
　図４．８．５　「肥料生産」→（積み込み）→「海上施肥実施」→「植物プランクトンの増殖」→「大気からのCO2の吸収」の流れ



　次頁では、「動物プランクトン」要素モデルと、「ネクトン」要素モデルの制作を行います。

　

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初版：2022/07/27 |