アラスカ：混合ダイナミクスと水質の監視 Arctic LTER は PME と Campbell Scientific の機器を使用してトゥーリック湖を監視します

トゥーリック湖は、アラスカ北部のプルドー湾から南に 130 マイルのところにあります。ここは、北極長期生態学研究 (LTER) プロジェクトの主要な監視地点の 1 つであり、カリフォルニア大学のサリー・マッキンタイアが主導する、流体力学と生態系機能の関連性を調査する研究の拠点でもあります。両方の研究は、米国立科学財団によって資金提供されています。この湖は二回混合する湖に分類されています。つまり、春と秋の 2 回の混合期間がある湖です。夏の間、太陽が上層を温めるため、湖は温度成層になります。サーモクライン (温度が急激に変化する層) が、暖かい上層と冷たい深層を分けています。冬には湖は氷で覆われます。

トゥーリック湖は、世界湖沼生態学観測ネットワーク (GLEON) の拠点です。現在、世界中に 22 の拠点があり、毎年新しいメンバーが加わっています。目標は、すべてのサイトにサーミスタ チェーンを装備し、気象観測所と組み合わせ、データをリアルタイムで中央コンピューティング施設に送信することです。理想的には、これらのサイトで酸素もリアルタイムで測定されます。

トゥーリック湖の混合ダイナミクスをよりよく理解するために、T チェーン (Precision Measurement Engineering, Inc. 製の垂直温度センサー シリーズ) が Campbell CR10X データロガーと連動して設置されました。 (T-Chain は、CR1000 および CR800 データロガーとインターフェイスすることもできます。) T-Chain とロガーは、一連の深度で、プラスマイナス 0.01 ℃ の精度で、リアルタイムの連続温度データを収集します。2008 年夏の トゥーリック 湖のリアルタイム データは、www.icess.ucsb.edu /biogeo/toolik1/toolikRT.html で参照できます。2009 年夏にデータ収集が再開されると、再度更新されます。

研究者が トゥーリック湖の温度成層と混合ダイナミクスを監視することに関心を持つ理由はいくつかあります。1 つの理由は、最も劇的な気候変動が北極地域で予測されており、その変化を記録するために温度データが必要であることです。

もう 1 つの理由は、成層湖では風が内部波を作り出すことです。成層に比べて風が十分に強い場合、内部波が砕け、底近くの水で再生された栄養素が垂直に混合されます。湖で垂直に混合された栄養素の量が十分多ければ、植物プランクトンの成長率が高まります。湖の生産性を定量化し、生産性が時間とともにどのように変化するかを予測するには、温度成層測定が不可欠です。複数の深さで時系列温度測定を行うと、内部波の振幅と形状が明らかになります。同様に、これらの測定により、湖の乱流の量を示すパラメーターであり、栄養素のフラックスを計算するために重要な渦拡散係数を計算できます。 

3 つ目の理由は、科学者がさまざまな大きさや緯度の湖の混合ダイナミクスに興味を持っていることです。時系列温度測定と地表気象測定を組み合わせることで、科学者はさまざまな地域の湖のさまざまなダイナミクスを解明できます。この知識により、気候条件の変化や土地利用の変化に伴う内陸水質の予測精度が向上します。

研究者たちは、温度測定と組み合わせた時系列の酸素測定にも関心を持っています。これらの測定により、科学者は湖の代謝、つまり植物プランクトンとバクテリアの成長度を定量化できます。さまざまな深さでの酸素の変化は、再ミネラル化、つまり有機物を無機栄養素に変えるプロセスも示しています。さらに、時系列の酸素と温度の測定は、湖のどの程度が魚の成長と生存に適しているかを判断するために不可欠です。たとえば、栄養素の負荷が高い場合や混合が不十分な場合、深部で酸素が枯渇し、魚に適した生息地が失われます。この問題は、気候変動によって悪化する可能性があります。