SPECIAL FEATURE

深海フロンティア

低温・超高圧環境下の深海では、二酸化炭素は液状化する。深部では太陽光がほとんど届かないため、視界が制限される。独自に適応した深海の生態系は多様で、未知のままであることが多く、陸上の生態系の知識の限界を超えている可能性があるといわれる。一方、未解明の謎が多く残る宇宙においては、古くから探査機や望遠鏡を使用する観測手段が発達し、遠くの星や銀河を観測。探査や調査が難しいという意味で、深海は宇宙よりもたどり着くのが難しい未知の領域。科学者たちは、新たな発見と理解を深めるために継続的な研究と探索を行っている。
近年、資源の枯渇やエネルギー需要の増加などを背景に、海底に眠る豊富な天然資源への関心が高まっている。海底油田やガス田の採掘に加え、産業用鉱石や希少金属などを含むマンガンやポリメタルなどの鉱床は、重要な資源と考えられている。海底の資源開発には、採掘や掘削活動が海洋生態系に与える影響を評価し、環境保護対策を講じる必要に加え、国際連合の海洋法条約（UNCLOS）など、国際的な法規制も関わる。また海底の資源開発には高額なコストを伴う場合があり、投資収益のバランスが重要で、市場の需要と供給、採算性の評価が経済的成功を左右する。

全海洋の平均水深は約3,700メートル

空気の圧力を「大気圧」と呼び、海面の大気圧を1気圧としている。宇宙空間では空気を留めておくことができないので、気圧はほとんどゼロ。海中の圧力は、深さ10メートルごとに約1気圧増加するので、水深200メートルの深海では約20気圧、水深1万メートルの深海では、約1,000気圧の圧力がかかる。
水深の区分は、利用目的に応じて複数あるが、一般に水深200メートル以上を深海と定義することが多い。植物プランクトンが太陽光で光合成できる限界の深さが水深200メートルとされ、太陽光が届く限界であることも、境目の理由とされる。
水深200メートルの面積は、全海洋の約8％で、全海洋の平均水深は、約3,700メートル。仮に地球表面を平らにすると、地球は水深2,700メートルの海に覆われてしまう。
海の最深部は、マリアナ海溝のチャレンジャー海淵で、水深1万920メートル。長さは約2,550キロメートル、幅は平均70キロメートルに達する。

地球全体の約70％が海。そのうちの約95%が深海のため、地球の約6割以上がまだ解明されていない未知の領域である。

米国海洋大気庁 (NOAA) の国立地球物理データセンターによって作成された太平洋岸北西部の地形。

海の深さの違いを表したイラスト。

マリアナ海溝のイメージイラスト。海底最深部のチャレンジャー海淵があるプレートの位置にマグマが描かれている。

その深さは、標高8,846mの世界最高峰エベレストも、マリアナ海溝の最深部には届かない。

エベレストをマリアナ海溝の中に入れたとしても、最深部のチャレンジャー海淵10,920mまではかなりのギャップがある。

マリアナ海域にある、ホワイトスモーカーと呼ばれる熱水噴出孔。硫黄が多く含まれており白色を呈している。

マリアナ海域にある「北西永福海山」に生息する熱水貝。ミネラルが含まれる熱水貝をエネルギーに様々な生物が集まります。

火山噴火が引き起こされる仕組みを表した海洋地殻をイメージしたイラスト。左下のイラストは中央海嶺に沿ってみられる熱水噴出孔ブラックスモーカー。

主要な火山を含む環太平洋火山帯のベクトル地図。

タイタニック号が沈んでいるのは「深層」部分の3,800m。ニューヨークからおよそ南東に600kmの位置。

第二次世界大戦中に雷撃を受けて沈没したドイツの客船「ヴィルヘルム・グストロフ」。バルト海の水深約450mに沈没している。

大西洋の海底に広がるマンガン団塊。深海底鉱物資源のマンガン団塊の主な金属は鉄とマンガンですが、1,000ppm前後のレアアースも含まれていることが分かっている。

マンガン団塊は水深4000～6000mの平坦な海底に広く分布しており、主成分は鉄とマンガンですが、海洋底玄武岩、石灰岩、稀にサメの歯などの大型化石も含みます。

熱水噴出孔のブラックスモーカー。1979年に東太平洋海嶺で最初に発見された。

インドネシアのスラウェシ島北方沖の巨大な海底火山カウィオ・バラトの熱水噴出孔。

インドネシアのサンゲアン沖の海底から湧き出す火山ガス。海底の小さいな噴出口からは、地熱で加熱されたガスと蒸気が含まれている。

潜水調査船が切り拓く未知の世界

火山帯の上に位置する日本では、巨大地震の震源域を実際に調査して、海溝型の巨大地震のメカニズムを解明することが重要課題。JAMSTEC（独立行政法人海洋研究開発機構）が、1990年から運航を開始した「しんかい6500」は、文字どおり水深6,500メートルまでの潜航が可能な有人潜水艦で、世界トップクラスの潜航能力があり、多くの潜航調査で成果を挙げる。2020年代後半には、「しんかい12000」の開発が構想されている。
有人深海探査の歴史を紐解けば、紀元前330年のアレキサンダー大王による潜水鐘まで遡れるが、強大な水圧と戦い、乗組員の命を守る耐圧殻の開発は日進月歩。現在では、無人で調査を行う「深海ドローン」に加え、深海で作業が行えるマニピュレータ（腕）の開発など、研究者は深海に挑み続ける。

アレキサンダー大王が、ガラス瓶（潜水鐘）に入り水中探索をするようす。（大英図書館蔵）

オランダの発明家コルネリウス・ドレベルが発明した木造の潜水船。ロンドンのテムズ川を潜水して数マイルさかのぼることができたという。（1620年）

米国の発明家デヴィッド・ブッシュネルが発明した潜水艦「タートル号」の内部構造。手動の2つのスクリューを使って動かす1人乗りの潜水艦。（1776年）

米国の発明家デヴィッド・ブッシュネルが発明した潜水艦「タートル号」の実物大の模型。（米潜水艦部隊博物館）

世界で初めて有人深海探査を行った米国の生物学者ウィリアム・ビービ（左）。1930年に直径1.5mほどの鋼鉄の球体「バチスフィア」で水深約430メートルまで到達した。

第2次世界大戦で登場したドイツの「Uボート」。長時間の潜水が可能だったが、125km進むごとに水面に浮上しては空気を補充しなければならなかった。（1936年）

深海探査に投入される、スイスの物理学者オーギュスト・ピカールによって発明された潜水艇「トリエステ」。（1953年）

潜水艇「トリエステ」の耐圧球。（1958年頃）

マリアナ海溝のチャレンジャー海淵に降下する前に撮影された、ドン・ウォルシュ（左から２番目）とジャック・ピカール（右端）。（1959年）

米国の海軍中尉ドン・ウォルシュ（左）とスイスの海洋学者ジャック・ピカール。（潜水艇「トリエステ」にて）（1960年）

国立アメリカ海軍博物館で、トリエステ潜水60周年の記念講演を行うドン・ウォルシュ氏（2020年）

英国海軍潜水艦博物館に展示されている大気圧潜水服（ジムスーツ）。1976年には最大潜水深度276mでの水圧にも堪えられる最長作業潜水記録を樹立した。

海洋研究開発機構が所有する「しんかい6500」。日本で唯一の大深度有人潜水調査船。ちなみに12,000mまで潜水する「しんかい12000」の計画は10年間頓挫している。

無人で海底付近まで潜航して調査するロボット、深海用の「自律型無人潜水機（AUV）」。メキシコ湾での 3D 地震調査研究を終えて調査船に戻ってきたところ。

AUVは、石油やガスの掘削場所の海洋調査の他に、地震の調査や研究にも役立っている。

南極の棚氷の下を調査する「自立型無人潜水機（AUV）」。長時間の調査を行った後は、自力で母船に戻ることができる。

「Oceanology International 2014」のようす。ロンドンでは海洋技術や海洋科学のコミュニティフォーラムが定期的に催されています。

タイタニック号を調査する探査ロボット「ROVヘラクレス」。遠隔操作によって操作が行われるため地上での探索が可能。

全周がアクリル樹脂製の探査ロボット「Johnson Sealink」。（2005年）

大西洋横断ケーブルの地図（1865年）。アイルランドからニューファンドランド島まで敷設された通信ケーブルを表している。

TOBI (Towed Ocean Bottom Instrument) 海底地図作成装置によって作成された海底地図を研究している海洋地質学者。

TOBI は、海底に向けてパルス音波を送信し、エコーのような反射を記録して海底の画像を作成します。

フランス人小説家のジュール・ヴェルヌの作品「海底二万里」の扉絵（1869年）。1954年にはウォルト・ディズニーが同じタイトルで映画を発表している。

「海底二万里」初版の挿絵。エドゥアール・リウーとアルフォンス・ド・ヌヴィルが描いた巨大イカのイラスト。

物語に登場する潜水艦「ノーチラス号」。この小説のあとに続く他の作品のオマージュにも“万能潜水艦”として度々登場する。

「海底二万里」の作家ジュール・ヴェルヌ。様々な冒険小説を手掛けた小説家。海の冒険を描いた作品以外にも、月を舞台にしたＳＦストーリーも手掛けた。

独自の進化を遂げる深海生物ワンダーランド

熱水噴出孔（hydrothermal vent）は、地殻の亀裂から噴き出すマグマで熱せられた水のことを指す。吹き出す熱水には硫化水素やメタンなどの有毒ガスが含まれるが、噴出孔の周囲には、有毒ガスをエネルギー源として活用する微生物が存在し、「化学合成生態系」と呼ばれる特異な生態系が広がる。
深海環境は、強い圧力、暗闇、乏しい食物といった過酷な条件が支配する場所。こうした厳しい環境に適応するため、深海生物は驚くべき進化を遂げた。超高圧と低温に耐えられる強靭な体組織や骨格を発展させ、多くの種は発光（バイオルミネセンス）能力を持つ器官を発達させた。また、代謝率を低く抑えることでエネルギーを節約し、一部の種は巨大なサイズに成長し、独特な形態へと進化した。深海生物は捕獲が困難で、発見される個体の多くは既に死亡していることが多いため、その生態についてはまだ解明されていないことが多い。