カテゴリー: Coffee break

海というマスターキー

海辺に住んだことのある人なら実感があるかもしれないが、
海は気候を穏やかにする働きをしている。

水の比熱（物質１グラムを１度上げるのに必要なエネルギー）が非常に大きいためである。
太陽からの熱をたくさん吸収しても、そのわりに温度上昇が少ないし、
何かの理由でたくさんの熱を失っても、そのわりに温度低下が少ない。
また、蒸発の際は気化熱により、気温を下げる効果もある。

これを拡大して地球全体で考えた場合、
海洋の水の量は莫大だから、莫大な量の熱を貯えたり放出したりする能力がある。
このことを「熱量が大きい」という。
その効果は、全海洋を合わせると全大気の１０００倍以上にもなる。

海洋全体では以上のような蓄熱の役目を果たしているが、
個々の現象を見てみると、海洋は気象や気候とも密接に関係している。

そして、起きる現象の時間スケールと海の深さとの間には、
おおよそ次のような関係がある。

日々の天気の変化や季節変動といった短い時間スケールの現象は、
混合層と呼ばれる、
水深Ｏメートルから、およそ水深４００メートルぐらいまでの
浅い部分の海水の温度変化か関係している。

また、エルニーニョ現象のような、
数年から数十年の時間スケールをもつ気候変動では、
水深４００～１０００メートルぐらいの、
温度積層より上が関係している。

さらに、１００年から千年の時間スケールをもつ気候変動、
あるいはそれよりさらに長い時間スケールをもつ氷期－間氷期サイクルといった現象を考える場合には、
それより深い水深が関係してくる。

とくに深層大循環は、
氷期の到来と終焉など、
気候の大規模な変化をコントロールするものとして、
気候の状態形成と深く関わっている。

このようにして見てみると、表層から深海までの海洋は、
気候変動というパズルを解くための、重要なマスターキーのひとつだろうという想像がつく。

もちろん、海の作用だけが気候に関係しているのではなく、
大気と海と陸の間で起こる作用が複雑に絡み合い、気候に影響を与えている。

沈み込みの役目

深海を流れる深層流が作り出す深層大循環は、気候とどのような関わりがあるのだろうか。
深層大循環は海洋全体の循環を駆動している。
したがって、基本的に次のような役目がある。

① 海洋に吸収された太陽の熱エネルギーを、深海を含めた海洋全体に循環させる。

② 大気から吸収して表層水に溶け込んだ二酸化炭素を深海に運ぶという、温室効果ガスを海に貯える機能。

③ 深層流が表層に湧き上がる時、深層水に多く含まれる栄養塩（ケイ素、窒素、リンなど、表層にいる植物プランクトンに欠かせない栄養素）を深海から表層に運び、植物プランクトンが海洋の二酸化炭素を吸収するための条件をととのえる。

④ 表層水に多く含まれる酸素を深海に運び、深海生物に酸素を供給する。

①、②、③からは、
深層大循環が長期的な気候変動をコントロールする重要なファクターである可能性が見てとれる。
そのため、現在、深層大循環のしくみを解明する目的で活発な研究が行われている。

たとえばこんなことが考えられる。

もしもなにかの理由で、表層水の沈み込みがなくなったとしたら、
深層大循環が停滞する。

それでも、太陽から放射される光エネルギーが変わるわけではないから、
太陽からのエネルギーを地球全体に運ぶ効果が少なくなる。
すると、低緯度では今よりも表層水の温度が上昇し、
それにより、低緯度の陸の温度が今よりはるかに上がる。

一方で高緯度では表層の水温が低下し、陸の温度が今よりはるかに下がる。

地球上で、暑くもなく寒くもないちょうどいい気候の地域が減って、世界中が今よりもずっと往みにくくなってしまうだろう。

地球温暖化で深層大循環が弱まる

地球温暖化か進み、深層大循環が止まって、地球が一気に氷河期に突入する。

これは、２００４年に日本でも公開されたアメリカのＳＦ映画『ザ・デイ・アフター・トゥモロー』　（The Day After Tomorrow）　のシナリオである。
このシナリオが仮定しているのが、表層水の沈み込みがなくなることだ。

ヨーロッパや北米が高緯度のわりに暖かいのは、
暖流であるメキシコ湾流が高緯度にまで流れ、
海水と共に低緯度の熱を高緯度に運んでいるためである。

そして、そのメキシコ湾流を高緯度に運ぶ重要な原動力のひとつが、
グリーンランド沖の沈み込み現象だ。

海水が高緯度で深海に大量に沈み込むために、
それを補うように表層流が低緯度から次から次へと移動してくる。

深層大循環が始まる場所は、
先に述べたように、
世界中の海で北大西洋と南極まわりの２つの海城だけである。

これらの海域で深層水の生成が抑制されるか、あるいは逆に増強されれば、
世界的な深層流のパターンが変化し、気候変動の要因となることが予想されている。

ちょうど、ベルトコンベアーが折り返すための回転軸のような装置が、北大西洋と南極海に存在すると考えればいい。

このような装置が働いているなかで、地球温暖化が進むとどうなるか。

グリーンランドなど陸上に存在する氷が融けて、大量の淡水が北大西洋高緯度域に流れ込む。
すると、グリーンランド沖の表層水の塩分濃度が下がり、海水が相対的に軽くなる。
すると、海水の沈み込みが抑制される。

そもそも海水の密度が高くなって沈むのは、
海水が重くなる条件、すなわち海水温度が下がったとき、あるいは塩分濃度が上がったときである。

ふつうの海は温度のほうが大きな影響を与える。

しかし、高緯度では、すでに水温が十分低く保たれているため、塩分濃度による影響がむしろ重要である。

北極海では、塩分濃度が高いと海水が沈み込み、塩分濃度が低いと海水は沈み込まずに表層にとどまるのだ。

だから、真水が注ぎ込まれると、沈み込みが抑制される。

するとベルトコンベアーの装置が働かなくなってメキシコ湾流が弱まり、
熱帯から運ばれる熱が減り、
ヨーロッパや北米が寒冷化する。

さきほどの映画は基本的にこのシナリオをモチーフにしている（ただしその後、ヨーロッパや北米が寒冷化するだけでなく、地球全体が凍結するという極端なストーリーに展開していく）。

実際には、全地球がこのように凍結するということは考えにくい。

しかし、過去に地球が温暖化した際に一時的にせよ、高緯度地域が寒冷化した事実が知られている。

最終氷期の末期、間氷期に移行する途中、今からおよそ１万２千年前に起きたとされる
「ヤンガードライアス・イベント」
である。

そして、現在もまた地球温暖化か進行している。

現在は間氷期であるから、
氷期に起きたヤンガードライアス・イベントと同じことが起きると考えるのは早計だ。

２００７年に発表されたＩＰＣＣの第４次報告書によると、
２１世紀中に深層大循環が停止することはなく、弱まる程度であることが予測されている。

また、海は熱の巨大吸収体であり、表層から、じわじわと地球湿暖化の影響が海に及んでいる。

過去40年の観測から、すでに水深３０００メートルまでの世界の平均海水温か上昇していることがわかっている。
そして、これまでに気候システムに加えられた熱の80％以上を海が吸収していると見積られている。

これから先、深海に影響が出るまでには時間がかかるため、
21世紀中に大きな変化が起きることはないが、

いったん深層大循環のパターンが変わるようなことが起きると、
地球全体の気候に大きな変化を及ぼす可能性が高い。

長期間の気候変動を考えるうえで、深層大循環の影響がどのように関係するのかはとても興味深い。

《深海の科学》　瀧澤美奈子　2008年5月初版　ペレ出版　より引用

地図に載らない海流

自分自身では決して自覚することができないが、
人生の始まりと終わりには、まったく同じ音が決め手になる。
心音である。

心臓が自発的に鼓動を打ち、
体のすみずみの細胞に血液をめぐらせて、
必要な栄養や酸素を送ることができるからこそ、
私たちは生きることができる。

海には心音こそないが、
海全体にわたる循環のしくみがあって、
それが地球上の生命を支えている。

それが「深層大循環」という循環である

私は、初めて深層大循環のことを知ったとき、思わずため息が出た。
地球の素晴らしさを思い、いとおしささえ感じた。
それは次のようなことだ。

海の表面には海流が流れている。
地図にも載っているおなじみの海流で、日本列島の近くでも親潮や黒潮などがある。
風や潮汐の影響によって生じる流れだ。

その海流のうち、
とくに高緯度に向けて流れている海流が北極や南極に近づくと、
冷やされて海水の密度が高くなり
（水温の低下と塩分濃度の増加という２つの効果で密度が高くなる）、
水深数千メートルの深海に沈み込む。

そして、その水が全世界の深海に静かに広がっていく。

これが地図には載っていない、秘められた海流、深層流の始まりだ。

深海への海水の沈み込みは、北大西洋と南極海という限られた海域で起きる。

だいたい一箇所につき10キロメートル四方程度という非常に小さい領域で生じる現象で、
生じている筒所も世界で数か所にすぎないが、
それが深層の大循環の始まりである。

とくに雨極周辺で作られた冷たくて重い水は、太平洋の一番下を流れる深層流で、
南極周極深層水と呼ばれる。

約３５００メートル以深の深海底を、南太平洋から北太平洋に流入している。

北大西洋では、
グリーンランド沖で海水が表層から深層へと潜り込み、北大西洋深層水となる。

北大西洋深層水は、
海底地形に沿って大西洋を南下し、途中で南極海から沈み込んで、
大西洋を北上してきた南極周極深層流と合流し、
インド洋、南太平洋、北太平洋の順に世界中の深海をゆっくりとめぐる。

いくつかの理由によって、途中で表層に湧き上がりながら、
深層を流れる径路が存在する。

これが深層大循環である。熱塩循環とも呼ばれる。

流れの速さは、
１年で10～20キロメートルという、ゆっくりした速度であり、
複雑な経路をたどって地球を一周するのに
１０００年単位の時間を要する。
じつに悠久たる流れである。

実際には、枝分かれし、もっと複雑な経路をたどると考えられており、
それ自体が今なお研究の対象だが、
図は、全海洋の表層から深層までを巻き込んで、海流が周回する様子を
概念的に示したもので、

提唱者にちなんでブロッカーのコンベアーベルトと呼ばれている。

まるで血液の循環のようだ。

深層流と表層流からなる「海洋大循環」である。

全海洋をめぐる、このような循環があるおかけで、
熱や酸素などが全海洋に運ばれる。

長い間、深海の水は静止していると思われていたので、
深層流の発見は大きな衝撃だった。

われわれが確証をいだくようになって、まだ30年ほどしかたっていない。

皮肉な方法で確かめられた

少しその発見の歴史をたどってみよう。
１７５１年、イギリスの奴隷船が西アフリカに向かう途中、
科学者グループに依頼された測定を行ったことから、深層流の発見史が始まる。

大西洋の赤道で、
船乗りたちが長いロープにバケツをつけて深海の水を汲み上げてみると、
意外にも冷たい水だった。
表層の水は３０℃近いにもかかわらず、である。

このことを知ったランフォード伯爵
（本名ベンジャミン・トンプソン。政治家であり科学者であった）は、
北極や南極で沈み込んだ水が、
赤道まで流れてくるのではないかという大胆な仮説を立てた。
が、それを実証する方法はなかった。

１８７３年から行われたチャレンジャー号の海洋観測でも
深海の水温を測り、世県中のどの海域でも深海の水温が低いことが確かめられた。

しかし深海の流れそのものを捉えることはできなかった。

そして１９７０年代、ついに深層流の証拠が確認された。

それは意外な方法だった。

１９５０年代から60年代にかけて相次いで行われた核実験の副豪物として、
トリチウム（三重水素）という、自然にはほとんど存在しない放射性元素が、
大気中にばらまかれた。

トリチウムは、水の分子の材料となって海洋に取り込まれ、海洋中に広がっていった。

そこで、世界の海に含まれるトリチウム量を計測してみると、
太平洋やインド洋では
水深数百メートルほどのところにしかトリチウムが存在しないのに、
北大西洋の北部では、
水深４０００メートルの深海に広がっていることが、確認されたのである。

このことから、北大西洋北部で海水の沈み込みが起きていることが、ほぼ確実となった。

１９８０年代、トリチウムの観測に参加したウォーレス・ブロッカー博士らは、
今度は世界の海洋全域にわたって、炭素の放射性同位体Ｃ14の調査をした。

この量を調べると、海水が大気との接触を絶ってからどれくらいの時間が経過しているかがわかる。

いわば「海水の年齢」である。

この結果から、地球的規模で深層流の流れる方向が、おおまかにわかってきた。

そしてコンベアーベルトの図を描いた。この図に彼の名前がついているのはそのためである。

グリーンランド沖で、垂直に海水が深海へと沈み込んでいることが、
メキシコ湾流を北に引き寄せる原動力となっているといわれる。

つまり、
深層大循環が、海全休の海水の表層と深層の間を行き来させ、
南北に移動する動きを駆動し、
海水に溶けた物質を循環させているのだ。

深層大循環は海洋全体をダイナミックに動かすベルトコンベアーの一翼を担っているのである。

このことが地球にさまざまな恩恵をもたらす。

人の体にたとえると、
海の表面を流れる表層流を動脈とすれば、
深層大循環は静脈といったところだろう。

血液を送り出す心臓のポンプの働きは、
海水の沈み込み現象がその役割を果たしている。

しかし、このような機構が地球に備わっていることに加えて、さらに驚くのはその役割である。

深層流の発見ののち、その役割の大切さも徐々に明らかになってきた。 

《深海の科学》　瀧澤美奈子　2008年5月初版　ペレ出版　より引用

静寂か喧騒か

深海に音は存在するのだろうか。

存在するとしたら、それはどんな音だろうか。

プールで潜水をしたときのことを思い出してみよう。
水中ではプールサイドの人の歓声はまったく問こえず、
聞こえるのは自分の吐き出す息のボコボコという音と、
配水管から響いてくる独特な金属音ぐらいである。

あまりの静けさに、自分だけ違う世界で特別な時を過ごしたような、
そんな不思議な感覚さえ生じる。

だからその延長で、海の中というのは、音のない静寂な世界だと思っていた。

深海では、
地上に溢れているようなサイレンの音や車のクラクション、
ガヤガヤとした人の話し声、本々の枝がそよぐ音、よせては返す波の音、
美しい鳥のさえずりといった音は聞こえない。

しかし、かといってまったく音がないわけではない。

ある深さの深海には海の音が集まってくる場所、
正確には水深が層状に存在することがわかっている。

それは、古びた木製の重いドアが軋むような音、
あるいは遠くで道路工事をしているときのドドドド……という地響きのような音、
あるいは嵐のときに電線が強い風にあおられて低いうなり声をあげているようなあの不気味な音、
時代劇の殺陣シーンで刀を振り下ろす場面につけられる効果音のようなギユユユンーというのに似た音など、
あまり爽快とはいえない音の一群だ。

アメリカ海洋大気局（ＮＯAＡ）の海洋探査のホームページには、
実際に海の中にマイクを入れて録音した海中の音を聞くことができるページがあるので、
一度聴いてみることをおすすめする

アメリカ海洋大気局（ＮＯAＡ）の海洋探査のホームページ

実際にその音を聞いてもらうと想像しやすいが、
海の中では、まるで映画のなかに登場する海の深淵に集まる冷酷な悪霊のように（科学的には実在するとは思えないが）、
ある水深にだけ不気味な音が集まって、遠くまで響き渡る。

これがなぜ起きるのかについては後回しにするとして、次のように順を追って説明していこう。

・ なぜ深海の音は低音域なのか
・ 音の発生源はなにか
・ 深海の音が、ある水深の層に集よって、遠くまで伝わる現象とは
・ 深海の音の利用と課題

くぐもった低い音

まず、なぜ深海の音は低音域の音ばかりなのかということについて考えてみると、
これには簡単な理由がある。

振動を伝える水が、高音域の速い振動を吸収するため、高音が存在てきないからだ。

膨大な水そのものが、本来の音を変化させてしまうのだ。

したがって、たとえ音の発生源で、高音を含んだ明るい音であったとしても、
水の中を進むうちに高音域がはぎとられ、
くぐもって、ところどころがかすれがちになって野太くなり、艶のない音になる。

真っ暗な深海で奈落の底から湧き上がってくるがごとく、
どこからともなく低いうなり声のような音の一段が響いてくる。
これが深海に響く音なのだ。

地球を包むラブ・ソング

では一体、深海に響く不気味な音の出所はどこなのだろうか。

研究によると、人大きく分けて
自然現象の音、生物が出す音、人口の音の３種類に分類することができる。

まず、自然現象がもとになって発生する音のうち、もっとも強力なのは、
海底の地震で発生した音である。

断層のずれがもとになって起きた地震の音は、地球上の海底を６万キロメートルも伝わることがわかっている。
また、海底火山で起きている噴火の音も、
海底地震ほどのエネルギーではないにしろ、大きな音を発生させる。

そのほか、海底の地すべりでも音が発生する。

それから、頻繁に起きるというわけではないが、
南極やグリーンランドなどの氷床が崩壊して海になだれ落ちる音も深海に響きわたるという。

また、もし海に隕石が落下すれば、その音を感知することもできるだろう。

このように、深海の音をモニタリングすることで地球全体の変化が見えてくる可能性がある。

次に、海に住む生物たちが出す音も、見逃すことができない。

驚くことに、
クジラ、イルカ、魚などの海洋生物の鳴き声が深海に響いているのだ。

研究者にとっては、深海に響く彼らの声に耳を澄ませることで、
どの種がどれだけ生態系のなかで優勢なのか、増えているのか、減っているのか、
あるいは動物同士の関わりやふるまいを研究するのに役立つ。

とくにクジラはコミュニケーションの手段として、声を出して仲間とやりとりをしたり、餌の群れを探したりするのに音を利用していると考えられている。

たとえばザトウクジラのオスは、クジラのなかでも一番の歌の名手として知られている。

彼らが歌うのは、

高音から低音までをフルに使った、特別に構成が複雑な長い歌で、
いくつかのテーマがアレンジされながら繰り返され、
１曲の長さは数十分にもなるという。

あるオスは、なんと14時間も歌い続けたという観測記録がある。

その目的は明白ではないが、
おそらくは繁殖期のメスヘの情熱的なラブ・ソングだと思われる。

シーズンを経るごとに、オスの歌にはどんどん磨きがかかって、しだいに変化していく。

しかし、クジラはただ歌うだけではない。

じつは、クジラの声のうち、

数十ヘルツから数百ヘルツの周波数帯は、遠距離通信が可能な低周波の音である。

そして、実際にクジラたちは、海の特殊な構造を利用して、
その歌声を数百～数千キロメートル離れた遠くの仲間のところまで届ける方法を知っているのだ。

彼らの方法を使えば、
たとえば太平洋の北の端にいるクジラとハワイ沖にいるクジラがコミュニケーションをすることだって可能だ。
地球全体をまるで〝自分の庭〟のように使って話し合いをしているようなものだ。
彼らの歌声が実は深海の中をめぐって、地球を包み込んでいることに気づかないのは、陸にいるわれわれのような動物だけなのだ。

人間は、
無線通信やインターネットを使って遠距離通信を行い、その維持には莫大な費用をかけているが、
彼らはなんの道具も使わずに、美声をふるわせるだけで遠距離通信を行っている。
ほんの少しのコツを心得ているだけで。

そのコツとは、

深海そのものにできている特別な〝音の道〟

を使うことである。

陸にはこのような道は存在しない。深海に特有の素晴らしい秘密があるのだ。

海中に存在する音の道

深海には、音を遠くに伝える自然のしくみがある。

それがこれから説明する〝音の道〟である。

音の道は
世界中のほとんどの深海、
水深約１０００メートル近傍に層状に広がる領域である。

この領域に音が入ると、音は層の中に閉じ込められて、効果的に遠くまで運ばれる。

この層のことを音速極小層、英語ではＳＯＦARチャネル（Sound Fixing And Ranging の頭文字。〝so far = とても遠い〟と語呂合わせをしている）、あるいはPermanent Layerなどと呼ぶ。

深海では、
水深数千メートルで発生した音はした方向に曲げられてこの層の中に入り、はるか数千キロメートルに及ぶ音の旅が始まる。

冒頭で、「ある水深にだけ不気味な音が集よってくる」と書いたが、
じつはこのある水深というのは、ＳＯＦＡＲチャネルのことなのである。

なぜこのようなことが起きるのだろうか。
そのしくみは次のようなものである。

この自然現象は、音の伝わる速さが、
水温と水圧によって変化するために生じる。

水中に限らず大気中でも同じことだが、

「音」というのは、
「進む速さが最小になるような場所を選んで進む」

波動に共通した性質がある。

そして、

水中で音の速さが小さくなる条件は、
１．水温が下がる
２．水圧が下がる

という２つである。

これらのうち、どちらか１つでもあてはまれば、音はそちらの方向に曲げられる。

海では、伝わる音の速さが、
温度の影響を受ける上層と、水圧の影響を受ける下層の、
２つの層に分けて考えることができる。

おおざっぱにいって、
海は水深数百メートルから約１０００メートルぐらいまでは、温度が急激にどんどんド下る。
そして、約１０００メートルを境にして、それ以上深くなっても水温は下がらず、一定の水温に落ち着く。

だから、温度が下がっていく層の下端の深さまでは、深くなるにつれて音の速さも小さくなるから、その水深までは音は下方向に曲げられる。

水温が下がるほど音の速さが落ちるためだ。

しかし、それ以上深くなる下層に行くと、
今度は水温が一定のままだから、水深が増すと音の速さが大きくなることを意味する。

なぜかというと、水圧が高くなるほど音の速さが大きくなるためだ。

つまり、音がそれ以上深く進もうとしても、今度は水圧が増して音の速さが増すため、
それを避けるように、音は上方向に屈折させられる。

このような理由で、

音は音速極小層（ＳＯＦＡRチャネル）に閉じ込められるかのごとく、
上・下・上・下と曲げられて、音速極小層の中を伝わっていき、
数千キロメートルの距離を、
あまりエネルギーの損失がないまま旅をすることができる。

とくに低周波の音は、先に述べたように減衰しにくく、遠くまで通りやすいので効果絶大である。

これが音速極小層、ＳＯＦＡRチャネルの正体だ。

ただ、実際には、ＳＯＦAＲチャネルの水深は、塩分、温度、それから海底の深さに依存するので、海域によって若干水深が異なる。

低緯度と中緯度では、
だいたい水深６００～１２００メートルの深さにＳＯＦＡＲチャネルがあることがわかっている。
亜熱帯の海域はもっとも深く、逆に高緯度では表層に近い。

深海に聴診器をあてる

大昔からクジラが遠距離通信に使ってきたこの〝音の道〟ＳＯＦＡＲチャネルを、われわれ人類が意識するようになってから、まだそれほど時間がたっていない。

というのも、そもそも深海の音に関する研究は、第２次世界大戦後の東西冷戦時代に、軍事的な用途で進んだという歴史があるからだ。

アメリカでは、旧ソ連の潜水艦の位置をすばやく察知するために、
世界中の深海のＳＯＦＡRチャネル内に水中の音を拾う耐圧製の特殊なマイクロフオン・ネットワーク（SOSUS stations）を構築し、
そこで得られた情報は軍事機密とされていた。

冷戦が終結した後、そのうちの一部が科学研究用に研究者に公開されたのだ。
研究者たちはＳＯFARチャネルの性質を利用し、海の中のさまざまな音を聞くことで、地球で起きているさまざまなことを知る手がかりを得ている。
地震や海底火山のマグマの活動状況、大型生物の生態などである。

なかでも変わったところでは、地球温暖化についての観測プロジェクトである。

アメリカのサンディエゴにあるスクリプス海洋研究所のムンク教授か提唱し、世界７か国１１研究機関が参加するＡＴＯＣ計画（Acoustic Thermometry of Ocean Climate program）は、太平洋全体の平均水温の変動を捉えようとするものだ。

地球が温暖化すると、海の水温も上昇すると考えられる。
海が蓄えることのできる熱の量は莫大で、大気の約１０００倍の熱を貯えていると見積もられている。
だから、もし海水温がＯ・１℃上昇したとしたら、大気では１００℃も気温が上昇することに相当する。
つまり、海水温がほんのわずかだけ上昇したとしても、地球にとっては大きな変化なので、海水温の精密な計測は急務である。

とはいえ、広大な海の水温を測ることは容易ではない。

世界中の海で、水温を計測するため、３０００本近くの漂流ブイを投入して、人工衛星を組み合わせた観測も行われているが、

別の方法として考察されたのが、ＳＯＦＡＲチャネルを用いる方法である。

ちょうど内科のお医者さんが、聴診器をあてながら患者のお腹を軽くポンポンとたたき、その音を聴いて、お腹の中の様子を探るのに似ているが、そのしくみは次のようなものだ。
水温が上がると音の速さが速くなる。そこで、ＳＯＦAＲチャネル内で人工的に音を発信し、それを数千キロメートル離れた複数の地点で受信して音の到達時間を測る。
これを数年間にわたって何度も行い、到達時間が早まっていくようなら、水温が上昇していることがわかるという原理である。

具体的な計画では、
ハワイのカウワイ島沖とカリフォルニア沖の２か所、
水深約１０００メートルの海底に音源を設置し、周波数７５ヘルツの音を発信することになっている。
これをアリューシャン列島、グアム沖、ニュージーランド沖等の十放か所で受信し、
さまざまな経路を通ってくる音の到達時間を、
１日６回、４時間ごとに１０年間測定するというものだ。

ところが、当初、このプロジェクトは１９９４年に実験が開始される予定であったが、計画通りには進んでいない。
現在は、カリフォルニア沖の音源だけが設置され、試験的に月に数日のみ音波を出している状況である。

じつはこの計画には悩ましい問題がある、

発信する音が海洋生物に悪影響を与えるのではないかと懸念されているのだ。

深海の騒音問題

７５ヘルツというと、
人の耳にも音として聞きとれる低音域で、
ピアノでいえば鍵盤のなかで一番低音の　〝レ〟に近い音である、
弦楽器でもコントラバスでしか演奏できないような低音域だ。

だが、このような低周波の音は、
海洋生物、とくにイルカやクジラにとっては、
彼らが遠距離通信に使う周波数と重なるため、
彼らのコミュニケーションの障害となったり、ストレスになったりして、クジラやイルカの座礁事故の一因になっているのではないかという説が、
アメリカの生物学者、音響学者から上がった。

彼らの生態が完全に解明されているわけではないので、確実なことはわからないが、
不用意に海中に大きな音を出すと、彼らにどういう影響を与えるかわからないということで、ＡＴＯＣ計画はストップしているのだ。

もちろん、原因はＡＴＯＣだけではない。
船のスタリュー音や排水音、魚群探知機、潜水艦の探査装置からの音など、人為起源の音が近年ますます増えていて、このような騒音問題にまで発展しているのだ。

どうやら、静寂と思っていた深海は、
人間による海の利用が進むにしたがって、むしろ騒々しい場所に変わりつつあるようだ。

《深海の科学》　瀧澤美奈子　2008年5月初版　ペレ出版　より引用

どこからが深海なのか

そもそも深海とは海のどの部分を指すのだろうか。

深海という言栗は、もともと〝深い海〝という意昧であり、厳密な定義があるわけではない。

慣例として、水深２００メートル以深を深海と呼ぶことが多い。

海底を研究する地質学者などは、もっと深い水深のところを深海と呼んでいるが、生物学者などが深海というときは、だいたい２００メートルが目安になる。

２００メートルは、植物プランクトンが光合成を行える限界の深さである。
水深２００メートルより深い海では、植物にとっては光が弱すぎて、光合成ができず、育つことができない。

生物学者は、植物が生きることのできる水深Ｏ～２００メートルを表層（epipelagic）と呼び、それより深い海を深海と呼ぶのである。

深海には、水深によって次のように区分した呼び方がある。

水深２０0～１００0メートルは中・深層（mesopelagic）
水深１０００～３０００メートルは漸深層（bathypelagic）
水深３０００～６０００メートルは深海層（abyssopelagic）
水深６０００メートル以深は超深海層（hadal）

全世界に広がる海のうち
水深２００メートルより深い部分は約８０％にものぼる

たとえば船の上から海を見下ろしたとき、ほとんどの場合は、その下に深海が広がっていることになる。

海の平均水深は３７２９メートルである。

陸の平均高度がたった８４０メートルであることに比べると、いかに海が深いかがわかる。

それどころか、地球の表面のうち、
陸地の割合が２９．２％で平均高度が８４０メートル
海洋の割合が７０．８％で平均水深が３７２９メートル

ということは、
全球の平均高度は、マイナス２３９５メートルになる。

これは、かりに
地球の凹凸をなくせば、陸地はすべて水没し、その平均水深は２３９５メートルの深海になるということだ。

陸地の上で生活している私たちが気づかないだけで

地球はじつは「深海の惑星」なのである。

青のグラデーション

「海は青い」とは、われわれが海面の上から海を見おろしたときの感想である。

海のほとんどが、光の届かない深海であることを考えると、むしろ「海は黒い」といったほうがいいことがわかる。

では青い海は、どのあたりから黒くなるのだろうか。

海の中をどんどん深く潜っていけば、水深が深くなるにつれて、海の色はライトブルーからディープブルーヘ、そして漆黒へと濃くなっていく。

光は水分子に吸収される。
しかも、吸収のされやすさは、日光にふくまれる７色の光で均等ではない。

赤が一番吸収されやすく、なんと水深１０メートル程度ですべて吸収されてしまい、それより深くには届かない。

赤以外の色はもっと深くまで届くが、全体的に弱々しくなり、
水深７０メートルくらいのところで、入射した光量の９９．９％が水に吸収され、光の量は海面付近の０．１％にまで低下している。

青は他の色（紫、縁、黄色、オレンジ、赤など）に比べて一番吸収されにくく、一番遠くまで届く。
だから、水中は青の世界になる

水深７０メートルで０．１％といっても、人の目の感度は意外にいいので、まだ光を感じることができる。
約２００メートルを過ぎると、地上で夜の帳が降りるように、あたりは徐々に色を失い、灰色がかったに青になる。

海域によるが、
約１００～１０００メートルは、トワイライトゾーンと呼ばれる神秘的な薄暗さに包まれた世界だ。

まるで夕暮れに一番星が輝くように、発光生物の弱い光が見える。
一番星と違うのは光が無数にあること、そしてじっと暗闇で目を数分間憤らしてからでないと見えないほど、ごく弱い光であるということだ。

さらに深く深く潜るにつれて、徐々に薄暗さは墨のような闇におそわれる。

人の目が光を感じることができるのは、だいたい４００メートルぐらいまでが限界である。

さらに深いところでは、永遠に太陽光の届かない暗黒の世界へと突入する。
そして、水深１０００メートルを超えると、もはや青系統の色すらもすべて吸収されて、地上からの光が届かなくなり、完全に暗黒の世界になる。

宇宙のどこかにある海

ここでちょっと思考の遊びをしてみよう。 　もしも水分子の性質が、赤ではなくて青を、一番よく吸収するとしたら、世界はどう変わるだろうか？

まず、海は赤っぽい色になるに違いない。
そうだったとしたら、私たちにとって水色は赤になるのであり、私たちが「涼しい色」としてイメージする色も、青ではなくて赤系統の色になるのかもしれない。

しかし現実には、水分子の性質も光の性質も、宇宙のどこでも同じで、普遍的なものである。
だから、この広い宇宙のどこかに、H2Oという分子の集まりが主成分であるような、海をたたえた惑星があったとしたら、その海もおそらくは青いのである（不純物の影響で別の色に見える可能性はある）。

そして、そこに住む生命体も（存在すれば……だが）、青という色に涼しいイメージをもっている可能性が高い。

では
「コップに汲んだ水の色は無色透明なのに、なぜプールの水は青いのだろうか。」

水が光を吸収する作用が、ほんのわずかずつであるため、起きていることである。

つまり、
コップを通るくらい短い距離を光が通過したとしても、赤い光の吸収量はほんのわずかであるため、私たちの目では変化が認識できない。

大きな水槽やプールほどになって、やっと認識できるほどの変化量なのだ。

水は、水分子という、０．２ナノメートル　（ナノは10億分の１）ほどの、
小さな粒子ひとつひとつの集まりだ。

コップ一杯の水には、ざっと10の23乗個の水分子が、ひしめきあっている。
物性（物質のマクロな性質）というのは、すべての場合で分子レベルのものが、マクロの世界に反映された結果である。

海水の色も、海水と光とがミクロの世界で織り成す物理現象が、海という広大な舞台に投影されたものである

《深海の科学》　瀧澤美奈子　2008年5月初版　ペレ出版　より引用

七色のカクテル

海水の話

ブース・カフェ・カクテルというのをご存知だろうか

ブース・カフェ・カクテルとは、色の違う酒が何層も重なったカクテルの総称

透明なカクテルグラスのなかで、
赤、緑、紫、青、茶などの色が幾重にも重なっていて美しく
七色の色を束ねた「レインボー」というカクテルなどは
カクテルの美しさをこれでもかと表現した絵画的嗜好のカクテル

使うリキュールのことをよく知り、注ぐ順番を間違えないようにしないと
たちまち層が崩れてしまうので、バーテンダー泣かせの一品でもあるという

もともと
ブース・カフェとは、フランス料理のコースの最後に食後の珈琲と共に出されるリキュール
のことを指している

つまり、その特徴は「甘い」ということ

糖度が高くて重く、トロッとした酒を最下層にして
それより少し軽い酒をそっとその上に重ね
その上にはさらに軽い酒を重ねる、というようにして作る

要するに、ポイントは酒の密度である

酒の密度を決めるのは、酒の度数や糖度

密度の高い酒ほど重いので重力で下に沈み、密度の低いものほど軽いので浮く
それで密度の高い酒から低い酒へと、順番に静かにグラスに注ぐことで
それぞれの酒が混ざらずに美しい層のカクテルができあがる

重い液体の上に軽い液体が乗っているので、物理的に安定していて
故意にかき混ぜて崩さない限り、層を保ち続ける

このように
安定した層ができている状態を「成層」という

水塊の存在

こんな話をしたのは、じつは
この性質はすべての液体がもつ共通の性質だからである

身の回りの水でも、そして深海でも条件によっては似たようなことが起きる

深海を知るうえで、海水の性質を知ることは重要である
なぜかというと
海水は世界中の海で、水温、塩分濃度、密度が均一ではなく
さまざまな値をとり、それによって海の性質が決まる

ブース・カフエ・カクテルのように目に見えて色が違うことはなくても
水温や水質といった性質の同じ水のかたまり（これを水塊という）が隣り合っていて
それが浮いたり沈んだり止まったり移動したりすることで
全体として海という複雑なシステムを作っている

水塊が動くことは、それによってそこに住むプランクトンや魚類などが移勤し
分布が決まり、隆盛や衰退にも影響を与え
それを食料とするわれわれも間接的に影響を受けていることになる

ブース・カフエ・カクテルのような成層化は、これらの現象のひとつである

海の中で実際にどのような水塊ができているかという話の前に
単純でわかりやすい例をひとつあげると

たとえば家庭の風呂でも、こういうことがある
前日のぬるくなった残り湯に、熱い湯を注ぎ足して、かき混ぜないでいると
熱い上層と冷たい下層に分かれてしまう

これは、水は４度でもっとも密度が高く（重く）
それより温度が高くても低くても密度が小さい　（軽い）ためである

風呂の場合、冷たくて重い水塊の上に、軽くて暖かい水塊の層ができている
つまり、水というひとつの物質であっても、
温度の違いが密度の違いを生み
水塊の層ができるのである。

熱帯のブース・カフエ・カクテル

これが海という大舞台になるとどうなるだろうか

まず、熱帯の海を見てみよう。熱帯（低緯度）では太陽の熱で海の上層が暖められる
実際に温度を測ってみると、海上面から水深３００メートルまでの表層は
風や波、潮汐などの影響で海水がかき回されているため
表面温度と同じ、20℃以上の暖かくて軽い層が
水深３００メートルぐらいまで続く

これを「混合層」と呼ぶ

水深３００メートルから１０００メートルまでは
一定の割合で温度がどんどん下がっていく

温度と水深の関係をグラフにしてみると、斜めの直線の坂になる

この層を水温積層とか温度積層と呼ぶ

そして
水深１０００メートルよりも深い深海では
水温は２～３度と一定で冷たいまま、変わらなくなる

これはなにを意味するのだろうか

水温積層は温度が急激に変化する層なので
この層が存在することで
冷たくて密度が高い深海と
暖かくて密度の低い上層とが分離されている状態になる

各密度の差が連続して成層化し、上下の水が混ざらなくなる

海水の場合は真水と違って
マイナス９℃で凍りつくまで温度が低いほど密度が高い

海水の密度を決めるファクターは、水温、塩分、などがあるが
これらのうちの、とくに温度の影響が一番大きい

次が塩分濃度の影響
温度が連続的に急変化しているということは
密度も連続的に急変化していると考えていい

ブース・カフエ・カクテルと同じである

密度の高い（重い）水の上に
連続的に密度の低い（軽い）水が積み重なっているので
とても安定している

熱帯の水深３００メートル以深の深海では
連続的に密度が変化することによって成層化し
ブース・カフエ・カクテルの状態ができている

熱帯の島で潮風に吹かれながら
七色のカクテルを傾ける人々の目の前に広がる海のずっと下の深海でも
密度のグラデーションが
天然のブース・カフエ・カクテルを作り出している

高緯度はステアされている

北極や南極に近い高緯度の海では
海水はどのような構造になっているのだろうか

高緯度の海や陸には氷があって冷えている
このため、海水が冷やされるから、あらゆる水深で温度が低く
同じ温度の海水が表層から深海までを貫いている

高緯度では温度積層は存在しない

その代わり、このような状態では
塩分が濃ければ重く、薄ければ海水は軽いから
鉛直方向に水が動く
「湧き上がり」や「沈み込み」が頻繁に起きる

これを鉛直混合という

あえてカクテルにたとえれば
常にステアしている（かき混ぜる）
のと同じような状態である

中緯度の海ではどうだろうか

中緯度では表層だけが暖かいような
春や秋の時期にだけ成層化か起きる

春や秋には、昼は暖かいが夜は寒いため
太陽の熱が表層だけを暖めるが
水底は冷たいまま
ということが起きる

同じような現象が、プールや池、湖などでも起きている
春や秋にプールや湖に飛び込んだら
思った以上に水が冷たいのに驚くことになる

密度の違いが
液体の「成層」や「鉛直混合」
という現象を引き起こす

これらは垂直方向の移動である

海水は常に移動し
沈み込んだり湧き上がったり
深海でゆっくり流れたりしている

風や潮汐の影響を受ける最上層を除けば
海水の垂直方向の動きは
海水の密度変化に端を発して流動しているのである

《深海の科学》　瀧澤美奈子　2008年5月初版　ペレ出版　より引用