新説・海を流れるプラスティックゴミのアルゴリズム

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研究者グループが、海の地図を変えるモデルを開発した。水の動きを分析して、海に捨てられたプラスチックがどこから来たかを発見する。

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太平洋の真ん中、ハワイの北東に、ひとつの島が存在する。良好な気候にもかかわらず、魅力的だと思う観光客はほとんどいない。

これは太平洋にある大きなゴミの島、「太平洋ゴミベルト」(Great Pacific Garbage Patch)のことだ。主にプラスティックゴミで構成される、正真正銘の浮かぶゴミ集積場だ。

海流によって運ばれて、こうした大小のプラスティックはひとつの地域に集まる。いくつかの推計によると、70万平方キロメートルから1,000万平方キロメートルにわたって広がっている。

しかし、ヴァカンスに出かける人々が毛嫌いするにしても、科学者たちはそうではない。彼らは前世紀の終わりからこの太平洋のプラスティックの島のダイナミクスを研究していて、どこから、どのようにゴミが流れ込むかを解明するできる数理モデルをつくり出すことに成功した。

台風の目と同じように、プラスティックゴミの島は、環状の巨大な海流の中心にある。これがゴミを吸い込んでつかまえる原因だ。シドニーのニューサウスウェールズ大学のゲイリー・フロイランド、ロビン・M・ステュアートとエリック・バン・セビルが発見したのは、漂うゴミが、水の相対的な均衡状態に基づく新しい境界に従って動いているということだ。

海流は、地球の自転や、風や、水の温度や塩分濃度の違いによって生み出される。海流は水を動かすが、海域間の障壁としても機能していて、さまざまな地域の間での混ざり合いを最小限に減らす。

学術誌「Chaos: An Interdisciplinary Journal of Nonlinear Science」で発表された研究において、チームは世界の海を、水が互いに混じり合うことが非常に少ない7つの地域に分けた。地理的区分をひっくり返す7つの海だ。例えば、太平洋とインド洋の端は、大西洋ともっと連結している。インド洋から伸びた1本の腕は、実際には、南太平洋の一部と見なされるべきだろう。

もし新しい境界の論理に従うならば、マダガスカルやモザンビークのゴミは、この2つの国がインド洋に面しているにもかかわらず、インド洋よりも南大西洋の島に行き着く可能性の方が高い。

「国際水路機関(International Hydrographic Organization)の地図によると、例えばインド洋と太平洋の境界は、タスマニア島の南を通過する直線です。したがって、タスマニア島の東の海に投げ捨てられたペットボトルは、南太平洋に行き着くはずです。一方、タスマニア島の西に散らばったものは、インド洋へと向かうことになります。しかしわたしたちの調査は、そうではないことを示しています。グレートオーストラリア湾と、アフリカの南部は、実際にはインド洋よりも南太平洋とずっと密接に結びついています」と、研究者たちは説明する。

数学者のフロイランドはさらにこうコメントした。「わたしたちのモデルによって、例えばオーストラリアのゴミが北太平洋に行き着く理由とスピードとを説明できるようになるでしょう」。

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ゴミが流れる地域。image from Erik van Sebille

彼らのモデルにおいては、エルゴード理論の数学的原則が用いられた。これは、相互に接続した力学系の、長期間における平均的な振る舞いを研究したもので、例えば、インターネットのような複雑なネットワークや、コンピューターのチップや1つの社会において人が形成するネットワークがそうだ。

「海の中の無数の水の分子の移動を計算するスーパーコンピューターを用いる代わりに、わたしたちは海の様々な部分の間のつながりの基本的要素をとらえるコンパクトなネットワークのモデルをつくり上げました」と、フロイランドは説明した。

研究者たちは、彼らのモデリング技術がより小さな尺度でも応用可能で、例えば、五大湖の中で混ざり合うカナダとアメリカの水の量や、どのようにして石油がメキシコ湾の中に拡散する可能性があるかを確定できるだろうと主張している。

したがって、将来は、海のゴミの島に集積されているプラスティック素材がやって来た国々を突き止める(そして止めること)ができるだろう。こうした国々は、すでに見たように、そうした島々そのものに地理的により近い国々ではないことがよくある。

このモデルが汚染者たちをこらしめることはまだできないにしても、いまのところは、世界のあらゆる場所で海に捨てられた“プラスティックのガチョウ”がたどる道筋を見ることができる。

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