(57)【要約】【課題】各種計測器類を適切に配置することにより小型化を可能にし、かつ酸素濃度測定室に対する遮光率を低く抑えた海底酸素消費測定装置を提供する。【解決手段】フレーム骨格２０の上辺フレーム４本により形成される上面の略中央で、かつ、一対の上辺フレーム間に架設された架設フレーム２５に、底面および一部上面が開放された透明円筒体１２を昇降させるための昇降装置１０が固定され、かつ、底辺フレーム４本により形成される底面の略中央で、かつ、一対の底辺フレーム２６、２８間に架設された架設フレーム３０に立設された複数の支柱４０の上端に透明円板１１が水平に支持され、円筒体１２が降下することにより、透明円板１１が円筒体１２の上面となって酸素濃度測定室１３を形成し、透明円板１１に、酸素濃度測定室１３内の溶存酸素量測定用の光学式溶存酸素計５１と、室内攪拌用の攪拌装置１５とが配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
略方形に枠組みされたフレーム骨格の上辺フレーム４本により形成される上面の略中央で、かつ、一対の上辺フレーム間に架設された架設フレームに、底面および一部上面が開放された透明円筒体を昇降させるための昇降装置が固定され、かつ、底辺フレーム４本により形成される底面の略中央で、かつ、一対の底辺フレーム間に架設された架設フレームに立設された複数の支柱の上端に透明円板が水平に支持され、前記円筒体が降下することにより、前記透明円板が前記円筒体の上面となって酸素濃度測定室を形成し、前記透明円板に、該酸素濃度測定室内の溶存酸素量を測定するための光学式溶存酸素計と、該室内を攪拌するための攪拌装置とが配置されていることを特徴とする海底酸素消費量測定装置。
【請求項２】
前記透明円筒体および透明円板がアクリル樹脂製である請求項１記載の海底酸素消費量測定装置。
【請求項３】
前記透明円板に、前記酸素濃度測定室内の水質を計測するための水質計が配置されている請求項１または２記載の海底酸素消費量測定装置。
【請求項４】
前記フレーム骨格の一対の縦辺フレーム間に架設された架設フレームに、前記酸素濃度測定室を遮光しないように、光学式溶存酸素計、水温塩分計、ワイパー式光量子計およびクロロフィル濁度計の少なくとも１基が装着されている請求項１〜３のうちいずれか一項記載の海底酸素消費量測定装置。
【請求項５】
前記一対の縦辺フレーム間に架設された前記架設フレームに対向して、別の架設フレームが一対の縦辺フレーム間に架設され、該別の架設フレームに電池ケースが装着されている請求項１〜４のうちいずれか一項記載の海底酸素消費量測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海底酸素消費量測定装置に関し、詳しくは、船舶にウインチを装備する必要がない程に小型で、かつ、酸素濃度測定室に対する遮光率を低く抑えて昼夜の酸素消費率の差から底生微細藻による光合成量を見積もることを可能にした海底酸素消費測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
湾内の物質循環および健全な生態系の維持において、海水中の溶存酸素量は極めて重要な役割を果たしている。例えば、近年の英虞湾の底質環境が悪化している主な要因の１つとして、夏季に、湾奥部の酸素収支バランスが崩壊し、底層が貧酸素化することが挙げられる。従って、英虞湾等の湾内の環境改善を図る上で、酸素の挙動を把握しておくことは極めて重要である。
【０００３】
このためには、湾環境モニタリングシステムにより常時海域の溶存酸素量を監視するとともに、物質循環促進技術開発の一環として、底生微細藻類の光合成能を利用した海底への酸素補給技術の開発を進め、また、底生微細藻類の機能を評価するあたり、海底表面での酸素の消費量や生産量をできるだけ現場に近い状態で把握する必要がある。
【０００４】
底泥表面での酸素消費速度の測定法としては、これまで、底泥を底層水と共に柱状容器等で採取し、密封状態で屋内置き、容器中の酸素の減少量を測定したり、現場の海底にベルジャーという酸素電極付きの酸素濃度測定室を備えた容器を降ろし、現場で酸素の減少量を測定する方法が用いられている。しかし、前者では柱状採泥して陸上へ上げることによって、既に現場の条件とは異なってしまうという問題がある。一方、後者のベルジャー方式は現場での測定という面では優るが、長時間密閉した状態で測定するため、海水の流れで絶えず水が交換している現場の条件とは異なってしまうという問題がある。
【０００５】
このような問題を解決するため、先に、（独）産業技術総合研究所では、海底に設置して、酸素消費量測定用のチャンバー（酸素濃度測定室）を定期的に昇降することにより、現場海底の酸素消費速度を連続的に直接測定できる観測機器を開発し、アレック電子株式会社から商品名ＡＤＯ２０００として商品化した。この装置ではチャンバーの昇降時間や測定間隔、チャンバー内の流速等を電子制御でき、極めて現場に近い環境での測定を可能にした。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、海底の酸素消費測定装置である上記ＡＤＯ２０００は、設置面積が１ｍ2以上有り、高さが約１．５ｍ、重さも４５ｋｇと、設置にクレーン船が必要であり、取り扱いに多大な困難を伴うという問題があった。また、光合成による酸素発生量を測定するには現場海底に届くのと同程度の光がチャンバー内に届くことが必要であるが、上記ＡＤＯ２０００はアクリル製透明チャンバーであるにもかかわらず、このチャンバー上部に昇降用シャフトや各種センサーが多数配置されているため、遮光率が高いという問題もあった。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、各種計測器類を適切に配置することにより小型化を可能にし、かつ酸素濃度測定室に対する遮光率を低く抑えた海底酸素消費測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の海底酸素消費量測定装置は、略方形に枠組みされたフレーム骨格の上辺フレーム４本により形成される上面の略中央で、かつ、一対の上辺フレーム間に架設された架設フレームに、底面および一部上面が開放された透明円筒体を昇降させるための昇降装置が固定され、かつ、底辺フレーム４本により形成される底面の略中央で、かつ、一対の底辺フレーム間に架設された架設フレームに立設された複数の支柱の上端に透明円板が水平に支持され、前記円筒体が降下することにより、前記透明円板が前記円筒体の上面となって酸素濃度測定室を形成し、前記透明円板に、該酸素濃度測定室内の溶存酸素量を測定するための光学式溶存酸素計と、該室内を攪拌するための攪拌装置とが配置されていることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明の海底酸素消費量測定装置では、前記透明円筒体および透明円板として、アクリル樹脂製を好適に使用することができる。また、前記透明円板に、前記酸素濃度測定室内の水質を計測するための水質計を配置してもよい。さらに、前記フレーム骨格の一対の縦辺フレーム間に架設された架設フレームに、前記酸素濃度測定室を遮光しないように光学式溶存酸素計、水温塩分計、ワイパー式光量子計およびクロロフィル濁度計の少なくとも１基を好適に装着することができる。さらに、この場合、前記一対の縦辺フレーム間に架設された前記架設フレームに対向して、別の架設フレームが一対の縦辺フレーム間に架設され、該別の架設フレームに電池ケースを好適に装着することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、各種計測器類を適切に配置することにより小型化を可能にし、かつ酸素濃度測定室に対する遮光率を低く抑えた海底酸素消費測定装置を提供することができる。この装置によれば、酸素濃度測定室に対する遮光率が低いことから、昼夜の酸素消費率の差から、底生微細藻による光合成量（基礎生産量）を見積もることが可能となる。また、底生微細藻類の研究だけでなく、広く海底表面での酸素消費速度を測定するのに極めて有効である。更に、遮光の問題が解決することで、直射光の割合の大きい干潟での運用も可能になる。特に干潟では海底堆積物の酸素消費を相殺するほどの酸素発生が同時に行われているので、本発明の装置を利用することで実際の酸素消費量を測定することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態につき図面を参照して具体的に説明する。
図１に、本発明の好適実施の形態に係る海底酸素消費量測定装置を示す。この装置１は、フレーム骨格２０が略方形に枠組みされている。このフレーム２０の上辺４本のフレーム２１〜２４により形成される上面の略中央で、かつ、一対の上辺フレーム２１および２３間に架設された架設フレーム２５に昇降装置１０が固定されている。架設フレーム２５は、昇降装置を安定して固定できるよう、図示するように一対の架設フレーム２５ａおよび２５ｂにて形成することが好ましい。
【００１２】
また、４本の底辺フレーム２６〜２９により形成される底面の略中央で、かつ、一対の底辺フレーム２６および２８間に架設された一対の架設フレーム３０ａおよび３０ｂに立設された複数の支柱４０の上端に透明円板、好ましくはアクリル透明板１１が水平に支持されている。ここで、アクリル透明板１１の支持を確かなものとするために、図示するように、一対の架設フレーム３０ａおよび３０ｂ間に、一対のフレーム３１ａおよび３１ｂか架設され、フレーム３０ａおよび３０ｂ並びに３１ａおよび３１ｂに夫々支柱、好ましくはアクリル製透明支柱４０が立設されている。なお、図示はしないが、架設フレーム３０ａ、３０ｂ、３１ａおよび３１ｂの略中央部に、支柱固定用の突出部を形成してもよい。
【００１３】
昇降装置１０により透明円筒体１２が降下することにより、アクリル透明板１１が透明円筒体１２の上面となって酸素濃度測定室１３を形成する。このアクリル透明板１１の周縁部には、酸素濃度測定室１３内の溶存酸素量を測定するための光学式溶存酸素計１４と、室内を攪拌するための攪拌装置１５とが立設されている。図示するように両者を立設することにより、酸素濃度測定室１３の遮光率を低く抑えることができる。また、図示はしないが、アクリル透明板１１には用途に応じ更に水質計を立設してもよい。
【００１４】
透明円筒体１２の上部は、昇降に際し、立設された光学式溶存酸素計１４および攪拌装置１５に円筒体１２の上面が当たらないように部分的に開放されている（穴が設けてある）。なお、光学式溶存酸素計１４、攪拌装置１５および水質計（図示せず）はいずれも既知のものを適宜採用することができるが、光学式溶存酸素計１４は装置１の小型化を達成するために、アレック電子株式会社製のＣＯＰＡＴ−ＯＰＴＯＤ（商品名）が好ましい。
【００１５】
昇降装置１０の下降により酸素濃度測定室１３を形成することで、例えば、直上水を含む海底を閉鎖し、閉鎖期間の酸素濃度を光学式溶存酸素計１４にて測定することができる。また、その際、撹拌装置１５により適宜流速を発生させることにより、酸素濃度測定室１３内の酸素濃度の測定を正確に行うことが可能となる。
【００１６】
海底酸素消費量測定装置１において、フレーム骨格２０の一対の縦辺フレーム３３および３４間に架設された一対の３６ａおよび３６ｂ架設フレームに、酸素濃度測定室１３を遮光しないように光学式溶存酸素計５１と、水温塩分計５２と、ワイパー式光量子計５３と、クロロフィル濁度計５４とが夫々１基装着されている。図示する例ではこれらすべてが装着されているが、測定目的に応じ、適宜選定することができる。また、各計測機器は自己記録式であり、それぞれの検出データを各計測器内のデータ処理装置で処理して関連したデータとして出力することができる。海底酸素消費量測定装置１の小型化を達成する上で、夫々市場で入手し得る光学式溶存酸素計（アレック電子株式会社製、商品名ＣＯＰＡＣＴ−ＯＰＴＯＤ）、水温塩分計（アレック電子株式会社製、商品名ＣＯＰＡＣＴ−ＣＴ）、ワイパー式光量子計（アレック電子株式会社製、商品名ＣＯＰＡＣＴ−ＬＷ）と、クロロフィル濁度計（アレック電子株式会社製、商品名ＣＯＰＡＣＴ−ＣＬＷ）を使用することが好ましい。尚、これら計測機器をフレーム骨格２０に装着する場合、酸素濃度測定室１３を遮光しないようにするために、図示するようにフレーム骨格２０の下方に配置することが重要である。
【００１７】
また、この場合、かかる計測機器の装着部に対向して、一対の縦辺フレーム３２および３５間に架設された一対の架設フレーム３７ａおよび３７ｂに電池ケース５５を装着することが、装置１の重量バランス上、好ましい。尚、この場合もフレーム骨格２０の下方に配置することが重量である。フレーム骨格２０への各計測機器および電池ケースへの装置の仕方は特に制限されるものではなく、緊締や螺着等、既知の手法を適宜採用することができる。
【００１８】
図１では配線等を省略しているが、装置１における酸素濃度測定室１３の昇降時間や測定間隔、各種計測機器や酸素濃度測定室１３内の流速等は外部より電子制御することができ、かかる電子制御自体は、上述ＡＤＯ２０００の場合と同様の制御システムを採用することができる。例えば、各観測項目データは独立した観測機器内のメモリーに保存し、データ同期のため、各観測機器はパソコンと接続時にパソコン内時計と同期させることができる。また、酸素濃度測定室１３内の光学式溶存酸素計１４は開閉操作と密接に関連するため、開閉と光学式溶存酸素計１４のデータ取得は厳密に行う必要がある。
【００１９】
海底酸素消費量測定装置１の上辺のフレーム２１〜２４の四隅には、この装置１を吊り下げることができるよう４本のフレーム４１により三角錐が形成され、その頂部にはフック用のリング４２が固定されている。これにより、装置１の海底への設置を容易に行うことができる。
【実施例】
【００２０】
以下、上述した本発明の海底酸素消費量測定装置による具体的測定につき説明する。
図１に示す海底酸素消費量測定装置１を使用し、ここで透明円筒体の直径を２９ｃｍ、高を１５ｃｍとし、昇降ストローク１２ｃｍとした。また、一対の架設フレーム３６ａおよび３６ｂには、酸素濃度測定室１３を遮光しないように光学式溶存酸素計５１と、水温塩分計５２と、ワイパー式光量子計５３と、クロロフィル濁度計５４とを装着した。各計測器は全て上記の好適であるものを採用した。
【００２１】
光学式溶存酸素計５１は、酸素を消費するガルバニ電極ではなく光学式溶存酸素計であり、その精度は分解能０．４％以下である。水温塩分計５２は、水温精度０．０５℃以下、電気伝導度精度０．０５ｍＳ／ｃｍ以下である。ワイパー式光量子計５３は、ワイパーにより測定毎に汚れを除去する光量子計である。また、クロロフィル濁度計５４は、ワイパーにより測定毎に汚れを除去し、クロロフィルは蛍光測定で最小０．１ｕｇ／ｌを測定でき、濁度は赤外後方散乱を０．０３ＦＴＵの分解能で測定できる。
【００２２】
また、装置は使用水深３０ｍが可能であり、連続稼働時間７日以上のリチューム電池を電池ケース５５に収納し、また、撹拌装置１５は０、１、２、３、４、５ｃｍ／ｓｅｃの流速を発生させることができる既存のものを用いた。
【００２３】
装置１の本体形状は、横０．７ｍ、幅０．７ｍ、高さ１．３ｍ以内とすることができた。フレーム骨格２０は、軟泥地盤での本装置の沈み込み防止のための設置面積を考慮した。装置１の重量は、３０ｋｇ以内となった。これにより、既知のＡＤＯ２０００（アレック電子株式会社製）装置の重量３７ｋｇの２／３分程度となり、また、寸法もＡＤＯ２０００の寸法１ｍ×１ｍ×１．４ｍに比べ小型化され、ウインチのついた大型船が必要ではなくなった。
【００２４】
図２に、酸素濃度測定室１３の開放と閉鎖を交互に繰り返したときの時間と酸素濃度との関係を示す。図２中、酸素濃度測定室１３の閉鎖期間は網掛で示す。なお、１回の測定は１０分間である。図２から酸素濃度測定室１３が閉鎖すると内部ＤＯ値はほぼ直線的に減少し、３０分後開放すると、速やかに外側のＤＯ値に等しくなることが分かる。この期間の消費速度を平均化すると７７±１１ｍｇＯ2ｍ-2ｈ-1であった。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一好適実施形態に係る装置の一部切欠きの斜視図である。
【図２】酸素濃度測定室１３内の時間と酸素濃度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２６】
１  海底酸素消費量測定装置
１０  昇降装置
１１  アクリル透明板
１２  透明円筒体
１３  酸素濃度測定室
１４  光学式溶存酸素計
１５  撹拌装置
２０  フレーム骨格
２１、２２、２３、２４  フレーム
２６、２７、２８、２９  底辺フレーム
２５ａ、２５ｂ、３０ａ、３０ｂ、３１ａ、３１ｂ、３６ａ、３６ｂ、３７ａ、３７ｂ  架設フレーム
３２、３３、３４、３５  縦辺フレーム
４０  支柱
４１  フレーム
４２  リング
５１  光学式溶存酸素計
５２  水温塩分計
５３  ワイパー式光量子計
５４  クロロフィル濁度計
５５  電池ケース
【図１】
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【図２】
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