沿岸湿地の植物は高潮や破壊的な嵐から大きな保護効果をもたらします。
MITのパーソンズ研究室の研究は、沿岸計画の担当者が事業の計画時に重要な詳細を考慮する助けとなります。
各国はこのモデリングを活用し、特定の地域に適した植物を使って湿地を再生する必要があります。
世界各地の海岸線に広く見られる湿地植物は、海面上昇や高潮の増加による沿岸部の被害を軽減するうえで重要な役割を果たし得ます。今回、MITの新たな研究により、波や潮流が形づくる現実の条件下で、こうした植物の保護効果がどのように働くのか、より詳しく明らかになりました。
この研究では、大型造波水槽でシミュレーション用の植物を使った実験と、数理モデリングを組み合わせました。研究成果は学術誌Physical Review — Fluidsに掲載されました。論文の著者は、MITの元客員博士課程学生で、現在は大連理工大学の博士研究員であるXiaoxia Zhangと、土木・環境工学教授のHeidi Nepfです。
沿岸湿地の植物が高潮や破壊的な嵐から大きな保護効果をもたらすことは、すでに明らかです。例えば、影響を受けた海岸沿いに広がる湿地が波のエネルギーを減衰させたことで、ハリケーン・サンディによる被害が6億2,500万ドル減少したと推定されています。今回のMITの分析ではさらに、硬い茎に対する柔軟な葉の数や間隔といった植物の形態の詳細に加え、異なる方向から来ることもある潮流と波の複雑な相互作用を取り入れています。
このような詳細な分析により、沿岸の再生計画担当者は、予想される高潮や海面上昇の影響を緩和するために必要な湿地の面積を見積もり、保護効果を最大化するためにどの種類の植物を導入すべきか判断できるようになります。
自然保護に向けて、世界経済フォーラムは何をしているのでしょうか？
自然・気候センターは、気候、自然、経済発展の相互関係を指導者が理解する手助けをしています。地球の限界の範囲内でレジリエンスと繁栄を支える道筋を探るためのプラットフォームを提供しています。
分野や地域を越えた協力を促すことで、同センターは、共通の理解を具体的な気候・自然ソリューションへと結び付けるパートナーを支援しています。
「湿地に行くと、植物が帯状に分かれて生えているのをよく目にします」と、土木・環境工学のドナルド・アンド・マーサ・ハールマン教授であるNepfは話します。「縁辺部には、より柔軟な植物が生えています。柔軟性を生かして、受ける波の力を弱めているのです。その隣の帯では、植物は少し硬く、葉もやや多くなります」
帯が内側へ進むにつれて植物は硬く、葉の多いものとなり、葉面積が大きくなるため、波のエネルギーをより効果的に吸収します。MITのパーソンズ研究室にある全長24メートルの造波水槽でシミュレーション用の植物を使った実験を取り入れた今回の研究の新しいモデリングにより、沿岸計画の担当者は、防護、影響緩和、再生の事業を計画する際に、こうした詳細を考慮できるようになります。
「最も硬い植物を縁辺部に植えると、非常に大きな波の力を受けるため、生き残れないかもしれません。自然がなぜこのように植物を配置するのかを説明することで、より持続可能な再生計画を設計できると期待しています」とNepfは話します。
いったん定着すると、湿地植物は好循環を生み出し、こうした脆弱な沿岸の土地を安定させるだけでなく、堆積させる働きもするとZhangは話します。「数年後には、湿地の草が堆積物を捕らえて保持し始め、地盤の標高がどんどん高くなります。海面上昇に追いつける可能性があります」と彼女は語ります。
湿地の保護効果への認識が高まっているとNepfは話します。例えばオランダでは、国土の農地の多くを囲む堤防の外側で、失われた湿地の再生が進められています。湿地が堤防を浸食から守れることが分かっており、湿地と堤防を組み合わせると、堤防だけの場合よりも効果的に洪水を防げます。
しかし、これまでのこうした取り組みの多くは、主に経験則に基づく試行錯誤の計画だったとNepfは話します。今後はこのモデリングを活用し、望ましい保護水準を実現するには、どの種類の植物を使った湿地がどれほど必要なのかを把握できます。
湿地がもたらす価値をより定量的に推定する方法にもなると彼女は話します。「例えば『湿地が40メートルあれば、波がこれだけ弱まり、その結果、堤防を越える水の量もこれだけ減る』と、より正確に示せるようになります。それを使って、『この湿地を維持して洪水を減らせば、今後10年間でこれだけの費用を節約できる』と言えるかもしれません。再生の取り組みに対する政治的な後押しにつながる可能性もあります」
Nepf自身も、こうした研究成果の一部を沿岸計画のプロセスに取り入れようとしています。彼女は、ハリケーン被害を受けやすいルイジアナ州沿岸を支援するWater Institute of the GulfのChris Espositoが率いる実務家パネルに参加しています。「大規模な再生や沿岸計画に用いられる沿岸シミュレーションに、この研究を取り入れたいと考えています」と彼女は話します。
「実際の植生湿地で波が減衰する過程を理解することは極めて重要です。湿地の沿岸防御機能を評価するために必要だからです」と、この研究には関与していない中山大学海洋科学准教授のZhan Huは話します。「ただし課題は、植物の柔軟性や形態、共存する潮流など、多くの要因が関わる波の減衰過程を定量的に表すことにあります」
Huによると、今回の研究は「実験結果と解析的モデリングを巧みに組み合わせ、波の減衰過程における各要因の影響を明らかにしています。……総じて、実際の沿岸湿地の波の減衰能力をより正確に評価するための着実な前進です。これは、自然を活用した沿岸防護の科学的根拠に基づく設計と管理に必要です」
この研究は、全米科学財団と中国国家留学基金管理委員会から一部助成を受けました。
