SOCCOM プロジェクト

南極海の炭素・気候観測とモデリング（SOCCOM ）プロジェクトは、プリンストン大学を拠点とする大規模な国立科学財団の資金提供による研究プロジェクトで、2014年9月に開始されました。^[1]このプロジェクトの目的は、南極海とそれが気候などの要因に果たす役割についての理解を深め、海洋観測に関する新しい科学者を育成することです。

合計で13の研究機関の海洋学者と気候学者が3つの異なるチームで協力しており、それぞれのチームの主な焦点は観測、より広範な影響、およびモデリングです。^[2]

このプロジェクトでは、アルゴ フロート技術を利用して、水深2000メートルまでの海水の温度、塩分、速度を監視します。SOCCOM地域ARGOアレイには、酸素、栄養素、pH、クロロフィル、微粒子などの追加成分を測定するための生物地球化学センサーが取り付けられています。^[3]フロートは自由に漂うポッドで、特定の場所に配置され、水中に沈んで漂流しながら、有用なデータを収集します。南極海は過酷な条件であることが多く、有人探検が危険になる可能性があるため、アルゴフロートはこのプロジェクトに最適です。

南極海は、その内部や周囲で起こる特異な現象のため研究が進められています。例えば、南極海は地球の海域の約30%を占めるに過ぎませんが、海洋の炭素吸収量の約半分と、人為的活動によって引き起こされる海洋の熱吸収量の大部分を占めています。 ^[4]これらの特徴は、南極海に見られる特異な海洋循環の結果であると考えられています。

冷たい水は深海から湧き上がり、この水には炭素が不足しています。この水が温暖な大気と接触すると、人為的な炭素（CO ₂）と熱が海洋に吸収されます。温かくなり炭素を含んだ表層水は、エクマン輸送によって移動します。この輸送に伴い、栄養素も低緯度に運ばれ、生態系は栄養素に依存します。輸送後、水は沈み込み、炭素と熱は深層の混合層と混ざり合います。^[4]海に隔離された過剰な炭素は海洋の酸性化を引き起こし、この海域はもともと炭酸カルシウムの濃度が低いため、南極海に特に大きな影響を与えます。酸性度の上昇により炭酸カルシウムの濃度がさらに低下し、石灰化生物の成長と生存が困難になります。石灰化生物の減少は南極海の食物連鎖の残りの部分に深刻な影響を及ぼすため、この海洋がどの程度酸性化しているかを定量化することが重要です。^[5]

海洋における生物地球化学的変数のより正確な定量化は継続的な取り組みであり、主に船舶による水サンプルの収集によって行われ、その後研究室で分析されています。船舶から得られる測定値の利点は、正確で垂直解像度が高いことです。^[6]しかし、収集されたサンプルは空間的および時間的な解像度が不足しており、船舶がサンプルを採取できる場所と時間に基づいて偏りがあります。これが、SOCCOM プロジェクトで Argo フロートが使用されている理由です。船舶がアクセスできない南極海のデータを収集でき、船舶にとって条件が厳しすぎる場合にこの環境にいることができるためです。Argo フロートは、南極海の生物地球化学的プロセスがどのように変化しているか、およびその変化を引き起こすメカニズムを判断するために重要な、大規模な時間的および空間的スケールでデータを収集することもできます^[7]

ほとんどのフロートに搭載されている基本的な CTD (導電率、温度、深度) プロファイラーに加えて、SOCCOM フロートには、酸素、硝酸塩、pH、クロロフィルを測定する追加の生物地球化学センサーが装備されています。新しい生物地球化学センサーの拡張に伴い、センサーを可能な限り正確にする方法を開発する必要が生じています。

• 酸素測定

酸素センサーの精度を高めるために、フロートが水面にあるときにセンサーを頻繁に校正するなど、新しい方法が開発されています。^{[8]この校正プロセスを使用してフロートで収集された酸素測定値は}、溶存酸素のウィンクラーテストで決定された測定値を参照して、1％以内の精度に測定値を改善します。^[9]水中の溶存酸素の量は、その地域の一次生産性と呼吸の量を表します。酸素レベルと生物学的プロセスの間のこの関連は、酸素と炭素が関連していることを意味し、酸素と炭素の比率はレッドフィールド比によって決定されます。^[10]これは、溶存酸素の測定により、炭素濃度も決定できることを意味します。

• pH測定

水の酸性度は、アルゴフロートに取り付けられたイオン感応性pHセンサーで測定されます。トランジスタ伝導チャネルの両性酸化物コーティングにより、pHに応じて表面電荷が変化できます。表面変化のpH依存性により、溶液のpHを判定できます。^[11]南極海のpH測定は、この海が大量の二酸化炭素を隔離し、二酸化炭素が水と反応して炭酸を形成するため、水の酸性化が進むため、科学者にとって特に興味深いものです。 ^[5]したがって、南極海が隔離する二酸化炭素の量に対する酸性度の反応は、SOCCOMプロジェクトの目的です。

• クロロフィル

クロロフィルは植物プランクトンの豊富さの指標となるため、クロロフィルのマッピングにより、ある地域での栄養素の循環をより深く理解することができます。クロロフィルは特定の波長の光に当たると、より高い波長を放射します。そのため、クロロフィルを測定するために、アルゴフロートには特定の波長の光を放射し、放射された波長を記録するセンサーが装備されています。放射された光の波長から、クロロフィルの分布を判定できます。^[12]

• 硝酸塩

硝酸塩は植物プランクトンにとって重要な制限栄養素であり、硝酸塩の豊富さは海洋の植物プランクトンバイオマスの限界を決定することができます。硝酸塩は独特のスペクトルに吸収されるため、UV分光計で測定され、硝酸塩濃度の計算に使用できます。^[13]

• https://soccom.princeton.edu/
• http://biogeochemical-argo.org/index.php#
• http://www.climatecentral.org/what-we-do/our-programs/soccom