海草に触れた経験がある人でも、その多くは、浅い沿岸の水中を歩いたときに足首をくすぐられた程度だろう。しかし、世界各地にさまざまな種類が生育するありふれた植物である海草が、海面上昇の脅威にさらされる脆弱な海岸を守るうえで重要な役割を果たす可能性があることが分かった。
新たな研究では、実験と数学的モデリングを通じて、特定の地理的・気候的・海洋学的条件のもとで波を十分に減衰させるには、連続した海草藻場がどれほどの広さと密度を必要とするのかを初めて定量化した。
5月刊行の2つの研究誌に掲載された一連の論文で、『Coastal Engineering』および『Journal of Fluids and Structures』MITの土木・環境工学教授ハイディ・ネプフと博士課程の学生ジアルイ・レイは、研究成果と海草がもたらす大きな環境上の利点について説明している。海草は、砂浜の侵食を防ぎ、防波堤などの構造物を守るだけでなく、水質を改善し、炭素を隔離して将来の気候変動を抑える助けにもなる。
こうした機能に加え、魚の生息地や他の海洋生物の餌を提供するといったよく知られた役割もあることから、先行研究が示すように、海草を含む水中の水生植物は世界全体で毎年4兆ドルを超える価値を生み出している。しかし現在、チェサピーク湾などの重要な海草生育地では、歴史的な海草の被覆面積が約半分にまで減っている（わずか2％まで落ち込んだ後に回復した）。そのため、こうした貴重な機能を利用できる範囲が限られている。
ネプフとレイは、硬さの異なる素材を組み合わせて海草の人工模型を作り、Zostera marina（一般にアマモとして知られる）などの海草に典型的な、長く柔軟な葉身と、はるかに硬い基部を再現した。MITのパーソンズ研究所にある全長79フィート（24メートル）の造波水槽に人工植物を藻場のように配置した。この水槽では、自然の波や流れの状態を再現できる。研究チームは、静水、強い流れ、波のように行き来する水の動きなど、さまざまな条件に藻場をさらした。その結果、個々の植物を対象としたコンピューターモデルを用いて先に導かれた予測が裏付けられた。
研究チームは、物理モデルと数値モデルを用いて、植物の密度や葉身の長さ、水の動きが異なるさまざまな条件下で、海草と波がどのように相互作用するかを分析した。この研究では、葉身の硬さ、波の周期、波の振幅によって植物の動きがどう変わるかを明らかにし、海草藻場における波の減衰をより正確に予測できるようにした。他の研究でもこうした条件の一部はモデル化されているが、新たな研究は現実の条件をより忠実に再現し、海草の回復や、水中の藻場がもたらす恩恵を最大化する方法についての考えを検証する、より現実的な基盤を提供すると研究者らは述べている。
モデルの妥当性を検証するため、研究チームは海草が波に及ぼす影響の予測を、スペイン領マヨルカ島沖の地中海にある特定の海草藻場で比較した。この藻場は、押し寄せる波の力を平均で約50％減衰させることが知られている。現在はヨーテボリ大学に所属するエドゥアルド・インファンテス教授が主導した先行研究で収集された藻場の形態と波の速度の測定値を使い、レイはモデルの予測を確認できた。このモデルは、波が通過する際、草の葉先と水中に浮遊する粒子がともに円形の軌道をたどる傾向を分析しており、こうした運動の円は「オービタル」と呼ばれる。
レイによると、現地での観測結果は予測と非常によく一致し、藻場の縁から内部へ向かう距離に応じた波の強さと海草の動きの変化が、モデルと合致したという。「このモデルを使えば、技術者や実務者は海草回復プロジェクトのさまざまなシナリオを評価できます。これは今、とても重要なことです」とレイは述べる。実施費用が高すぎると考えられている回復プロジェクトでも、より適切な分析によって、回復費用の安い小規模な区域で望ましい保護効果が得られる可能性が示されれば、大きな違いをもたらしうる。一方、別の地域では、現地の波や流れの特性によって海草の効果が限られるため、プロジェクトを実施する価値がないと分析で示される可能性もある。
ネプフによると、研究対象となったマヨルカ島の海草藻場は非常に密生し、均一であることが知られている。そのため、次の研究では、より斑状に分布している場所や植生密度の低い場所も含め、他の海草生育地へ比較対象を広げ、さまざまな条件下でもモデルが実際に役立つことを示す予定だという。
波を減衰させて侵食を防ぐことで、海草は海底に細かな堆積物をとどめることができる。これにより、細かな堆積物に含まれる栄養分を利用して藻類が異常繁殖するのを大幅に抑えたり、防いだりできる。その結果として酸素が枯渇し、多くの海洋生物が死滅することがある。この過程は富栄養化と呼ばれる。
ネプフによると、海草には、自らのバイオマスを通じて、また周囲の水から微細な有機物をろ過することで、炭素を隔離する大きな可能性もある。これは彼女とレイが進める研究の焦点となっている。1エーカーの海草藻場は、1エーカーの熱帯雨林の約3倍の炭素を貯留できる。またレイによると、予備的な計算では、海草藻場は世界の海底に埋没する炭素の10％超を担っていると示唆される一方、その面積は全体のわずか0.2％にすぎない。
他の研究者は、定常的な流れ、または振動する波の中で海草が及ぼす影響を調べてきた。カナダのモントリオール工科大学で機械工学教授を務め、この研究には参加していないフレデリック・ゴスランは、「この2種類の流れを組み合わせたのは彼らが初めてです。実際の植物が通常さらされるのは、まさにこのような流れです。複雑さが増すにもかかわらず、物理現象をきちんと整理し、挙動の異なる流れの領域を定義しています」と述べる。
ゴスランはさらにこう付け加える。「この研究の方向性は極めて重要です。土地開発業者は、湿地環境が果たす役割をあまり考えずに、湿地を埋め立てたり浚渫したりしがちです」。この研究は、「水中の植生が、押し寄せる波を減衰させる効果を正確に定量化できることを示しています。つまり、藻場が海岸を侵食からどれほど守るかを正確に評価できるようになりました。……この情報があれば、立法者はより良い判断を下せるでしょう」。
この研究は、米国国立科学財団の助成を受けた。
