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薄層は、沿岸水域および沖合水域に生息する植物プランクトンと動物プランクトンが濃縮された集合体で、垂直方向には数センチメートルから数メートルの厚さに圧縮され、水平方向には時には数キロメートルに及ぶこともあります。一般に、薄層には 3 つの基本基準があります。1) 水平方向および時間的に持続すること、2) 垂直方向の厚さの臨界閾値を超えないこと、3) 最大濃度の臨界閾値を超えていることです。薄層の臨界閾値の正確な値は、プランクトン、計測機器、環境条件が非常に多様であるため、長い間議論されてきました。[1]薄層には、網やボトルなどの従来のサンプリング技術では測定が難しい独特の生物学的、化学的、光学的、音響的特徴があります。しかし、技術と計測機器の大きな進歩により、過去 20 年間で薄層の研究が急増しています。植物プランクトンは、 LIDARなどの蛍光を検出できる光学機器で計測されることが多く、動物プランクトンは、ABSなどの音響後方散乱を検出できる音響機器で計測されることが多い。[2]プランクトンがこのように異常に濃縮されることは、海洋生態学 の多くの側面（植物プランクトンの成長ダイナミクス、動物プランクトンの摂食、行動、環境への影響、有害な藻類の大量発生など）や海洋光学および音響に重要な意味を持つ。動物プランクトンの薄層は、多くの動物プランクトンがそれを餌とするため、植物プランクトン層の少し下で見つかることが多い。薄層は、河口、沿岸棚、フィヨルド、湾、外洋など、さまざまな海洋環境に存在し、密度躍層などの水柱内の何らかの垂直構造や、流量減少帯と関連していることが多い。[3]
基準
持続性
薄層は数時間から数週間持続するが、その他の小規模なプランクトンの塊は数分しか存在しない。[1]栄養分の存在、沿岸前線、渦、湧昇帯は薄層の持続性を大幅に高める。プランクトンの集合体が薄層と見なされるための主な基準の 1 つは、水柱の特定の深さでの濃度の増加が、その後の測定プロファイルに現れる必要があることである。しかし、薄層は動的で水平方向に広がるため、1 か所での複数の測定だけではその持続性を定義することはできない。[4]最近発生し、ますます長期化している赤潮の原因であるカレニア ブレビス藻類に関する研究では、細胞遺伝子発現パターンが非常に多様であることが示されており、この特定のプランクトン種は変化する状況にうまく適応するため、より回復力があることを意味する。研究はまた、赤潮の大量発生は、同じ栄養分をめぐって競合したり、藻類細胞に悪影響を与えたりする可能性のあるウイルスや細菌などの他の微生物との相互作用によって終了することが多いことを示している。[5]
厚さ
いくつかの研究では、薄層の垂直方向の厚さの最大臨界閾値は3メートルと考えられていますが、最近のデータでは基準は5メートルまで緩和できることが示されています。[1] [2] [4] [6]薄層の水平方向の範囲は数十キロメートルに達することがあり、水平方向と垂直方向のアスペクト比は通常少なくとも1000:1です。[1]
強度
薄層の強度とは、背景と水柱に対する層内のプランクトンの最大濃度を指します。薄層の濃度は、背景の3倍から100倍の範囲で、水柱内の総バイオマスの最大75％に達することがあります。[7]
形成
浮力
運動しない植物プランクトンの薄層は、塩分（塩分躍層）、温度（水温躍層）、密度（密度躍層）の強い垂直勾配の境界に集まる傾向があり、これらの勾配は正比例するため、しばしば一致する。[7]これらの特定の薄層は、沈降する運動しない植物プランクトンが密度躍層で中性浮力に達し、これらの深さで垂直方向の乱流分散が抑制されることによって形成される。他の研究では、栄養素の勾配（栄養躍層）も薄層の形成に寄与することがわかっている。[8]
垂直移住
多くの動物プランクトンは通常、日周垂直移動 ( DVM ) パターンを示し、これは一日の時間帯に基づいて水柱内の深さを決定します。植物プランクトンは光合成とタンパク質生成のために太陽光を必要としますが、主に光に引き寄せられるわけではありません。これは、日の出前に水面近くまで一回移動し、日没前に深海に一回移動することで明らかです。それらの集団的な動きは、薄い層を形成する凝集体になることがあります。これらの規則的な動きは、通常の栄養濃度では体内時計によって制御されていると考えられています。しかし、栄養濃度が通常よりも高いか低い場合に不規則に移動する様子も観察されています。[9]
走化性
運動性プランクトンは、栄養分濃度や光強度が高い場所を感知し、そこに向かって泳ぐことができることが観察されている。このメカニズムは走化性と呼ばれ、栄養分が豊富な深さで薄い層が形成される原因の一部となっている。渦鞭毛藻類に特有のもう1つのメカニズムは螺旋走化性と呼ばれ、藻類細胞が正と負の両方の化学感覚信号に反応する能力が運動性に極めて重要である。もし渦鞭毛藻類が正と負の両方の走化性を持たないと、横方向と縦方向の鞭毛がそれぞれ回転と並進運動を引き起こす性質上、うまく泳ぐことができないだろう。[10]
渦、フィラメント、前線
薄層のもう一つの明らかな原因は、プランクトン濃度の高い水が低濃度の水に水平輸送されることです。[1]この場合、栄養分に富んだ斜面水の湧昇が藻類の大量発生と薄層の原因であると示唆されています。[11]しかし、薄層は渦、糸状体、前線などのより複雑な流体メカニズムの境界で形成されることが観察されています。これらの薄層は、混合層の底部で最大のせん断と成層化が起こる遷移層に位置していました。[4]
せん断によるひずみ
薄層の形成に寄与する流体メカニズムは、せん断速度プロファイルによる流体の歪みであり、これにより流体は傾き、水平方向に分散します。プランクトンの塊がせん断されている流体にある場合、速度せん断による塊の歪みによって薄層が形成される可能性があります。歪みによって引き起こされるプランクトン分布の4つの段階は、1) 傾斜、2) せん断薄化、3) 減衰、および4) せん断分散（消散）です。[12]
ジャイロタクティックトラッピング
流速の急激な変化は、運動性プランクトンが方向を定めたり垂直に泳いだりするのを妨げることもあります。この流体メカニズムはジャイロトラクティックトラッピングと呼ばれます。[13]
参照
参考文献
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外部リンク
- 臨界スケールと薄層