JP2015137505A - 砂礫固化体形成方法、並びに陸域保全方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】低労力、低コストかつ自然環境への影響の少ない陸域保全手段の提供。
【解決手段】水位低下時に海水が海洋から略隔離され、かつカルシウム含有砂礫が保持された汀線近傍の半閉鎖領域に、有機酸を供給する砂礫固化体形成方法を提供する。汀線近傍の半閉鎖領域に有機成分又は有機成分含有物を存在させ、その領域に有機酸を供給することで、自然環境におけるよりも短期間にビーチロック様の砂礫固化体を形成できる。従って、汀線近傍域などに砂礫固化体を、低労力かつ低コストに形成することが可能であり、低労力かつ低コストに陸域を保全できる。また、砂礫固化体を形成しても、原則的に、自然環境に影響しない。この砂礫固化反応は、汀線近傍の半閉鎖領域に平均粒径1mm以下のカルシウム含有砕屑粒子を供給することにより、大幅に促進できる。
【選択図】なし
【解決手段】水位低下時に海水が海洋から略隔離され、かつカルシウム含有砂礫が保持された汀線近傍の半閉鎖領域に、有機酸を供給する砂礫固化体形成方法を提供する。汀線近傍の半閉鎖領域に有機成分又は有機成分含有物を存在させ、その領域に有機酸を供給することで、自然環境におけるよりも短期間にビーチロック様の砂礫固化体を形成できる。従って、汀線近傍域などに砂礫固化体を、低労力かつ低コストに形成することが可能であり、低労力かつ低コストに陸域を保全できる。また、砂礫固化体を形成しても、原則的に、自然環境に影響しない。この砂礫固化反応は、汀線近傍の半閉鎖領域に平均粒径1mm以下のカルシウム含有砕屑粒子を供給することにより、大幅に促進できる。
【選択図】なし
Description
本発明は、ビーチロック形成メカニズムの解明と、その知見に基づく陸域保全技術などに関連する。より詳細には、水位低下時に海水が海洋から略隔離され、かつカルシウム含有砂礫が保持された汀線近傍の半閉鎖領域に有機酸を供給する砂礫固化体形成方法、その砂礫固化体形成方法によって汀線近傍域に砂礫固化体を形成させる陸域保全方法などに関連する。
近年、温暖化による海面上昇や異常気象などの影響により、島嶼水没の懸念、海抜の低い地域における天然災害の被害甚大化、海岸線の浸食・後退などが顕在化しつつある。それに対し、例えば、海岸近傍の海底にブロックや養浜材などを設置し、海岸浸食を抑制する試みが提案されている（例えば、特許文献1、2参照）。
ビーチロック（beach rock）は、自然界において、主に炭酸カルシウムによるセメント作用で海浜堆積物が膠結することにより形成された板状の石灰質砂礫岩であり、サンゴ礁の発達する海浜の潮間帯などに多く見られる。自然環境下では、暴浪などから海岸線を護り、海岸を安定化させる機能も果たしている。ビーチロックは数千年以上かけて形成されると考えられているが、その形成メカニズムはまだ充分に解明されていない。なお、現在までに、いくつかのビーチロック形成メカニズムに関する知見が報告されている（例えば、非特許文献1参照）。
その他、地盤を固化させる技術として、例えば、特許文献3には、カルシウムを含む地盤中に微生物を投入する地盤改良方法が、特許文献4には、ウレアーゼを含む溶液と、尿素及びカルシウム塩を含む養液とを地盤に注入する地盤改良方法が、それぞれ開示されている。
特開2008-17789号公報
特開2009-155930号公報
特開2008-8023号公報
特開2011-157700号公報
Takahashi Danjo and Satoru Kawasaki, "A Study of the Formation Mechanism of Beachrock in Okinawa, Japan: Toward Making Artificial Rock" Int.J. of GEOMATE, Sept, 2013, Vol.5, No.1(Sl. No.9), pp.634-639.
一般に、海岸線の保全、海岸浸食の抑制など、陸域の保全を行う場合、海底へのブロックの設置や離岸堤の構築など、大規模な土木工事などでその実現を図る場合が多く、労力及びコストが過大となる場合が多い。また、人工構造物の構築、薬品や外来微生物の投入などで陸域の保全を行う場合、自然環境への影響が懸念される。
そこで、本発明は、低労力、低コストかつ自然環境への影響の少ない陸域保全手段を提供することなどを目的とする。
本発明者らは、自然界において、汀線近傍の半閉鎖的領域における魚介類、海草、微細藻類などの海洋性有機物の存在がビーチロックの形成に関与している可能性を新規に見出すとともに、例えば、その領域に有機成分又は有機成分含有物を存在させることで、微生物の働きによりそれらの有機成分が分解され、該領域に有機酸が供給される結果、自然環境におけるよりも短期間にビーチロック様の砂礫固化体が形成されることを新規に見出した。
そこで、本発明では、水位低下時に海水が海洋から略隔離され、かつカルシウム含有砂礫が保持された汀線近傍の半閉鎖領域に、有機酸を供給する砂礫固化体形成方法を提供する。
例えば、サンゴ砂礫のようなカルシウム含有砂礫が保持され、かつ満潮時などには海水が流入し、干潮時などには海水が海洋から略隔離される汀線近傍の半閉鎖領域に、有機成分又は有機成分含有物を存在させる。その有機成分又は有機成分含有物は、元々有機酸を含むか、若しくは自然界に存在する有機物の分解作用により比較的緩除に有機酸に分解される。このようにして汀線近傍の半閉鎖領域に有機酸が供給されたことにより、同領域内が弱酸性化し、カルシウム含有砂礫などからのカルシウムなどのイオンの溶脱が促進される。カルシウムなどのイオンの溶脱と並行して、汀線近傍の半閉鎖領域で元々増殖していた好気性又は嫌気性の微生物による有機酸の分解が徐々に進行する。有機酸の分解による水酸基の産生と海水の緩衝作用によりその半閉鎖領域が再び弱アルカリ性化する。これにより、炭酸カルシウムなどの塩が析出し、セメント作用により堆積物が膠結する。潮汐による海水面の変動によって、干潮時などには、干出及び熱により水分が蒸発し、カルシウムなどのイオンが濃縮されるため、炭酸カルシウムの析出が促進される。また、干潮時などに、被処理領域が高温・熱射・乾燥などに曝されることによっても、砂礫固化形成の進行が促進される。以上のメカニズムにより、ビーチロック様の砂礫固化体が形成されると推定する。
このように、例えば、半閉鎖海域に有機成分又は有機成分含有物を存在させ、汀線近傍の半閉鎖的領域に有機酸を供給することで、自然環境におけるよりも短期間にビーチロック様の砂礫固化体を形成できる。従って、本発明により、汀線近傍域などに砂礫固化体を、低労力かつ低コストに形成することが可能であり、低労力かつ低コストに陸域を保全できる。
一方、この砂礫固化体の形成メカニズムは、本発明者らが独自に知得した自然界におけるビーチロック形成メカニズムに関する知見に基づくものである。即ち、自然界におけるビーチロック形成と同様のメカニズムで砂礫固化体の形成を進行させることができるため、本発明に基づいて砂礫固化体を形成しても、原則的に、自然環境に影響しない。従って、本発明により、環境負荷の少ない陸域の保全が可能である。
なお、この砂礫固化反応は、例えば、水位低下時に海水が海洋から略隔離され、かつカルシウム含有砂礫が保持された汀線近傍の半閉鎖的領域に、有機酸を供給するとともに、汀線近傍の半閉鎖的領域に平均粒径1mm以下のカルシウム含有砕屑粒子を供給することにより、大幅に促進できる。
本発明により、低労力かつ低コストに陸域の保全を図ることができる。また、本発明は、陸域の保全において、原則的に、自然環境に影響しない。
＜本発明に係る砂礫固化体形成方法について＞
以下、本発明に係る砂礫固化体形成方法を例示する。なお、本発明に係る砂礫固化体形成方法は、少なくとも、水位低下時に海水が海洋から略隔離され、かつカルシウム含有砂礫が保持された汀線近傍の半閉鎖的領域に、有機酸を供給する工程を含むものを全て包含し、以下の実施態様を全て包含するもののみに狭く限定されない。また、例えば、他の工程が含まれること、一部の工程の順序が異なること、一部の工程が含まれないことなどによって、狭く限定されない。
以下、本発明に係る砂礫固化体形成方法を例示する。なお、本発明に係る砂礫固化体形成方法は、少なくとも、水位低下時に海水が海洋から略隔離され、かつカルシウム含有砂礫が保持された汀線近傍の半閉鎖的領域に、有機酸を供給する工程を含むものを全て包含し、以下の実施態様を全て包含するもののみに狭く限定されない。また、例えば、他の工程が含まれること、一部の工程の順序が異なること、一部の工程が含まれないことなどによって、狭く限定されない。
本発明における汀線近傍の半閉鎖的領域は、少なくとも水位低下時に海水が海洋から略隔離され、かつカルシウム含有砂礫が保持された汀線近傍の領域である。例えば、潮だまりなどのように、満潮時などには海水が流入し、干潮時などには海水が海洋から略隔離される領域及びその近傍領域で、サンゴ砂礫のようなカルシウム含有砂礫が保持された領域が好適である。なお、本発明の適用範囲は、自然に形成された領域のみに限定されず、例えば、一時的に土嚢を積層したり、人為的に地形を改変したりなどすることにより上記のような領域が形成された場合も広く包含される。
本発明では、主に、有機酸による弱酸性化によりカルシウム、マグネシウム、ナトリウム、カリウムなどのイオンを溶脱させる第一反応段階と、有機酸の分解などによる弱アルカリ性化により炭酸カルシウムなどの塩が析出し堆積物が膠結する第二反応段階とにより、砂礫固化体が形成される。
第一反応段階において、本実施態様では、まず、原則的には人為的又は半人為的に、半閉鎖海域に有機成分又は有機成分含有物を存在させることで半閉鎖海域に有機酸を供給する。
有機成分としては、自然界に存在する有機物の分解作用により有機酸に分解される物質、若しくは有機物の分解生産物であればよく、特に限定されない。例えば、有機成分が生体由来の高分子物質であることが好適であり、有機成分がタンパク質、多糖類、脂質、若しくはそれらのうちのいずれか又は複数の分解生産物であることがより好適である。
汀線近傍の半閉鎖的領域に有機成分を存在させる手段は、特に限定されない。例えば、汀線近傍の半閉鎖的領域に直接有機成分を供給してもよい。例えば、有機成分として生体由来高分子物質を用いる場合、生体由来高分子物質は粘性の高いものが多いため、有機成分などの、汀線近傍の半閉鎖的領域からの波浪などによる散逸を低減できるという利点がある。
有機成分含有物としては、有機成分を含有する物を全て包含し、特に限定されないが、魚介類、動植物プランクトン、微細藻類、海草、サンゴ、有孔虫などの海洋性有機成分含有物、陸上動植物や陸上動物の糞尿などの陸上性有機成分含有物など、汀線近傍域において自然に存在しうるものが、自然環境への影響を排除する観点から、好適である。
例えば、汀線近傍の半閉鎖的領域に有機成分含有物を集積させた場合、自然界に存在する有機物の分解作用により有機成分含有物が比較的緩除に腐敗・分解され、有機酸が生成される。また、有機成分含有物中に元々存在した有機酸も溶出する。
汀線近傍の半閉鎖的領域に有機成分含有物を存在させる手段としては、特に限定されない。例えば、汀線近傍の半閉鎖的領域に有機成分含有物を人為的に運搬して集積させてもよい。また、例えば、潮汐作用を利用して魚類を半閉鎖海域に誘導して閉じこめ、干上がらせたり閉所で熱死させたりして集積させたり、汀線近傍の半閉鎖的領域に海草類・微細藻類などを付着・繁殖させたりしてもよい。海草類・微細藻類などが付着・繁殖した場合には、そこに有孔虫などが定着し、持続的な有機成分含有物の集積が可能となる。その他、汀線近傍の半閉鎖的領域が海鳥類の生息地になるように誘導し、餌遺骸からの有機物を集積したり、尿中の尿酸を直接有機酸として利用したりしてもよい。なお、餌遺骸に含まれるカルシウム分などは、砂礫固化体形成の際にも利用できる。
汀線近傍の半閉鎖的領域において有機成分又は有機成分含有物を存在させた場合、有機酸が元々含有されているか、若しくは自然界に存在する有機物の分解作用により有機成分又は有機成分含有物が比較的緩除に分解され、有機酸が生成される。それらの有機酸は、徐々に砂礫中に浸透していく。汀線近傍の半閉鎖的領域に有機酸が供給されたことにより、被処理領域内が弱酸性化し、カルシウム含有砂礫などからのカルシウムなどのイオンの溶脱が促進される。
なお、本発明では、汀線近傍の半閉鎖的領域に直接有機酸を供給する場合も広く包含する。有機酸を直接砂礫中に浸透させることにより、被処理領域内を弱酸性化させ、カルシウム含有砂礫などからのカルシウムなどのイオンの溶脱を促進することができる。
例えば、水位低下時に海水が海洋から略隔離され、かつカルシウム含有砂礫が保持された汀線近傍の半閉鎖的領域に、有機酸を供給するとともに、その領域に平均粒径1mm以下のカルシウム含有砕屑粒子を供給することにより、砂礫固化体形成をより強固にすることができ、かつ砂礫固化体形成に必要な期間を大幅に短縮できる。
カルシウム含有砕屑粒子は、例えば、平均粒径0.004mm以上1mm以下、より好適には平均粒径0.004mm以上0.2mm以下、最も好適には平均粒径0.004mm以上0.07mm以下の砂又はシルトであればよく、特に限定されない。例えば、サンゴ砂礫を粉砕したものを用いてもよい。サンゴ砂礫の細粒分をカルシウム含有砕屑粒子に用いることにより、その粒子がカルシウム、マグネシウム、ナトリウム、カリウムなどを主成分として含有し、それらの成分の溶脱及び再析出が促進されるため、砂礫固化体形成をより促進できる。
なお、汀線近傍の半閉鎖的領域に有機成分又は有機成分含有物を存在させる場合において、例えば、その有機成分が高分子多糖類又はその分解生産物である場合、元々含有されていたか、若しくは自然界に存在する有機物の分解作用により生成された高分子有機酸は、被処理領域内を弱酸性化し、カルシウム含有砂礫などからのカルシウムイオンの溶脱を促進するとともに、カルボン酸基による電気的親和性によりカルシウムイオンを引き付け、カルシウムイオンの拡散を防ぐ。加えて、高分子有機酸がカルシウムイオンによって架橋され、網目状の構造が形成され、そこにカルシウム含有砕屑粒子などが捕集されることで、より大きな粒子などもその網目に捕捉され、凝結される。従って、有機成分が高分子多糖類又はその分解生産物である場合、その後の炭酸カルシウムの析出及び堆積物の膠結がより促進される。例えば、海草類に含有するアルギン酸、マルビトン酸などの多糖類分解生産物は、カルシウムなどのイオンとの親和性が高く、凝集効果も高い。
その他、現地での活用の際には、例えば、汀線近傍の半閉鎖的領域のうちの被処理領域を土嚢で囲繞するなど、波浪などによる有機成分・有機成分含有物、カルシウム含有砕屑粒子などの流出を防止するための方策を講じておいてもよい。
続いて、第二反応段階において、汀線近傍の半閉鎖的領域に有機酸が供給され、カルシウム含有砂礫などからのカルシウムなどのイオンの溶脱が促進される第一反応段階と並行して、まず、汀線近傍の半閉鎖的領域で元々増殖していた好気性又は嫌気性の微生物による有機酸の分解が徐々に進行し、有機酸の量が徐々に減少する。
そして、有機酸の分解による水酸基の産生と海水の緩衝作用により汀線近傍の半閉鎖的領域が再び弱アルカリ性化する。これにより、再石灰化が促され、炭酸カルシウムなどの塩が析出し、セメント作用により堆積物が膠結し、砂礫固化体が形成される。
本発明に係る砂礫固化体形成方法では、潮汐による海水面の変動によって砂礫固化の進行が促進される。例えば、干潮などのように、一定周期で水位が変動する場合において水位低下時に海水が海洋から略隔離される環境条件の場合、水位低下時に干出及び熱により水分が蒸発することにより、カルシウムなどのイオンが濃縮されるため、炭酸カルシウムなどの塩の析出が促進される。この凝集効果により、砂礫固化体形成が促進される。また、水位低下時に、被処理領域が高温・熱射・乾燥などに曝されることによっても、砂礫固化形成の進行が促進される。
＜本発明に係る陸域保全方法について＞
本発明は、上述のいずれかの砂礫固化体形成方法によって、汀線近傍域に砂礫固化物を形成させる陸域保全方法を全て包含する。
本発明は、上述のいずれかの砂礫固化体形成方法によって、汀線近傍域に砂礫固化物を形成させる陸域保全方法を全て包含する。
例えば、自然海岸の潮間帯など、汀線近傍域に自然に形成された半閉鎖領域、若しくは人為的な地形の改変などにより汀線近傍域に人為的に作出された半閉鎖領域に、上記の方法で砂礫固化物を形成させることにより、低労力かつ低コストに陸域を保全できる。
ここで、陸域とは、大陸・島など、面積の大小にかかわらず、地表のうち恒常的に水に覆われていない領域を全て包含する。即ち、本発明は、例えば、水没の懸念のある島嶼の保全、海岸線の浸食・後退の防止と保全、軟弱地盤の強靭化など、陸域保全全般に広く適用可能である。
実施例1では、ビーチロック形成メカニズムの解明を目的として、サンゴ砂の堆積した潮間帯モデルを試作し、そのモデルを用いて砂礫固化体の形成を試みた。
潮間帯モデルとして、水の通行可能な不織布製の角型容器（5cm×5cm×5cm）を準備し、そこに、平均粒径2mm以上のサンゴ砂を100cm3入れた。水位制御の可能な水槽にその角型容器を配置し、1日のうち、12時間を水に浸る状態に（満潮時）、残りの12時間を水の浸らない状態に（干潮時）なるように水位を調節した。
この潮間帯モデルに、有機物として市販の乾燥わかめ又は市販のグルテン、砕屑粒子としてサンゴシルトをサンゴ砂に対して10重量％添加し、3カ月経過後、サンゴ砂の固化状態を観察するとともに、針貫入試験によりその強度を計測した。なお、サンゴシルトには、サンゴ砂を破砕し、平均粒径70μm以下にしたものを用いた。
結果を図1に示す。図1は、潮間帯モデルに有機物・砕屑粒子を添加した際に形成された砂礫固化体の強度を示すグラフである。同グラフの横軸のうち、レーン1はサンゴ砂のみの結果（対照）を、レーン2は乾燥わかめを添加した場合の結果を、レーン3はグルタンを添加した場合の結果を、レーン4はサンゴシルトを添加した場合の結果を、レーン5は乾燥わかめ及びサンゴシルトを添加した場合の結果を、レーン6はグルタン及びサンゴシルトを添加した場合の結果を、それぞれ表わし、同グラフの縦軸は強度（単位：N/mm2）を表す。
図1に示す通り、乾燥わかめ又はグルテンに加えてサンゴシルトを添加した場合（レーン5、6）、添加から3カ月しか経過していないにもかかわらず、2.5〜3N/mm2と高い強度が計測され、肉眼観察でも、ビーチロック様の砂礫固化体が良好に形成されていた。
この結果は、自然界におけるビーチロック形成に有機成分又は有機成分含有物が深く関与していることを示唆する。即ち、自然界では、潮間帯の潮だまりなどのような、満潮時などには海水が流入し、干潮時などには海水が海洋から略隔離される領域及びその近傍領域に、魚介類、プランクトン類、有孔虫、サンゴなどの有機物が自然に堆積することがビーチロック形成の重要な因子となっていることを示唆する。
加えて、この結果は、潮間帯の潮だまりなどのような、満潮時などには海水が流入し、干潮時などには海水が海洋から略隔離される領域及びその近傍領域に有機成分又は有機成分含有物を存在させ、そこにカルシウム含有砕屑粒子を供給することで、ビーチロック様の砂礫固化物を短期間で形成することができることを示す。
上述の通り、本発明は、低労力かつ低コストに陸域の保全を図る手段として有用である。また、本発明は、陸域の保全において、原則的に、自然環境に影響しないという有利性がある。
上述の通り、地盤中に微生物を投入し、微生物の代謝反応により地盤を固化させる技術が提案されている。しかし、特定の微生物を用いる場合、その微生物に適した生育環境が必要であり、投入する場所がその微生物に適さなければ、微生物は増殖せずに死滅する。一方、投入する場所がその微生物に適していた場合、その微生物はその場所では外来種に該当するため、その増殖がその場所における既存の微生物群衆のバランスを崩す可能性があり、環境全体に悪影響を及ぼす可能性がある。
また、微生物を活性化させる薬品を地盤中に投与し、微生物の代謝反応により地盤を固化させる技術も提案されている。しかし、この手段は、既存の微生物群衆のバランスを崩す可能性があるという問題に加え、化学物質を自然環境中に大量投入することによる水の汚染や環境負荷の増大という問題がある。
それに対し、本発明は、被保全領域に元々存在する微生物の代謝反応によるものであり、外来微生物の投入や化学物質の大量投与も必要としないため、原則的に、自然環境に影響しない。
Claims (7)
- 水位低下時に海水が海洋から略隔離され、かつカルシウム含有砂礫が保持された汀線近傍の半閉鎖的領域に、有機酸を供給する砂礫固化体形成方法。
- 前記汀線近傍の半閉鎖的領域に有機成分又は有機成分含有物を存在させることで該領域に前記有機酸を供給する請求項1記載の砂礫固化体形成方法。
- 前記汀線近傍の半閉鎖的領域に平均粒径1mm以下のカルシウム含有砕屑粒子を供給する請求項1又は請求項2記載の砂礫固化体形成方法。
- 潮汐による海水面の変動によって砂礫固化の進行が促進される請求項1〜3のいずれか一項記載の砂礫固化体形成方法。
- 前記有機成分が高分子物質である請求項2〜4のいずれか一項記載の砂礫固化体形成方法。
- 前記有機成分がタンパク質、多糖類、脂質、若しくはそれらのうちのいずれか又は複数の分解生産物である請求項2〜5のいずれか一項記載の砂礫固化体形成方法。
- 請求項1〜6のいずれか一項記載の砂礫固化体形成方法によって、汀線近傍域に砂礫固化物を形成させる陸域保全方法。
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