人類は火星への夢だけでなく、深海への夢も持っている

ハリウッドのSF冒険映画『オデッセイ』が中国本土で全国公開され、人類の火星への夢が再びブームを巻き起こした。

実際、私たちが住む世界には、月や火星、さらには地球の中心など、人間だけでは到達できない場所がたくさんあります。

こうした場所はちょっと「極端」すぎると言う友人もいるかもしれないが、深海はどうだろうか?

地球の表面の70％は海で覆われており、世界の70億人以上の人口のうち、水深1万メートルの深海に行ったことがある人はわずか数人しかいません。科学者の中には、人類が地球の海底について知っていることは、月について知っていることより少ないと言う人もいる。では、この海の下はどんな様子なのでしょうか?なぜそこまで到達するのが難しいのでしょうか?どんな生き物がいるのでしょうか？深海潜水艇はどのようにして海の底まで潜るのでしょうか?これらの問題について以下で説明しましょう。

1. 爪の上で踊る車

空に登るよりも難しいことがあるとよく言われます。実は、人間にとって空に登ることは比較的簡単ですが、「深海に入ること」は空に登ることよりも難しいのです。

海で最初に遭遇する問題は、果てしない海水の巨大な圧力に直面することです。海水深が10メートル増加するごとに、圧力は1気圧増加します。例えば、1,000メートルの深さの海水中では、約100気圧の圧力にさらされます。このような圧力がかかると、普通の木材は元の体積の半分に圧縮されます。通常、木片を素手で折ることさえ困難であり、ましてや圧縮することは困難です。 10,000メートルの深さの海の底に到達すると、圧力は1,000気圧に達することがあります。これは、車を爪で支えた場合にかかる圧力とほぼ同じです。車が爪の上で踊ったらどんな感じでしょうか?

人間は海水中で長時間生存することはできないため、特定の装備が必要になりますが、このような高圧では潜水艇の気密性に極めて高い要求が課せられます。

2. 深海の「宝物」

子供の頃、私は映画「グーニーズ」を見ました。これは、勇敢に悪者と戦い、最終的に海賊の宝物を見つける少年の物語です。実は、深海には巨大な「宝物」が隠されているのです。これらの宝物は何ですか？

1. マンガン団塊の膨大な埋蔵量。

マンガン団塊は水深4,000メートル以下の海底に分布する鉱物です。コバルト、ニッケル、銅など70種類以上の元素が含まれています。科学者たちは、世界の海底にあるマンガン団塊の総埋蔵量は3兆トンと推定しており、これは人類が数万年かけて採掘するのに十分な量だ。

2. 海底の石油とガス。

科学者たちは、確認済みの沖合石油埋蔵量は約1400億トンで、世界の回収可能な石油総量の45％を占めると推定している。海底天然ガスは世界の埋蔵量の約半分を占めています。

3. メタンハイドレート。

海底の宝物には、低温高圧の環境でホルムアルデヒドガス分子と水分子が結合して形成される天然ガスハイドレートも含まれています。 「可燃性氷」とも呼ばれます。これも人類の将来のエネルギー源の一つです。

どう思いますか？これらの「深海の宝物」は十分魅力的ですが、ただ眺めるだけです。 「宝物」はすべて深海の底にあり、採掘が容易ではないため、それを手にするのは簡単ではありません。どうすればいいですか？深海有人潜水艇は人類が深海を開発するための第一歩です。

3. 海底を巡るストレス耐性のエキスパート

レイヤーケーキは美味しいですが、海にも層があることをご存知ですか?表面から水深200メートルまでの水層を上層水といい、水は比較的澄んでいます。 200～1000メートルは中間層で、太陽光は海水に完全に浸透できず、光は非常に弱くなります。標高1,000メートル以下では太陽光はほとんど届かず、真っ暗で寒いです。こんな過酷な環境に生き物はいるのでしょうか？

はい、上の写真はより特徴的なタイプの海洋生物です。

醜いですが、ストレスに強いです。厳しい環境に適応するために、一部の魚類の生理機能は大きな変化を遂げてきました。深海の巨大な圧力により、魚の骨格は非常に薄くなり、曲がりやすくなります。さらに、筋肉組織は特に柔軟になり、線維組織は密になります。さらに重要なのは、皮膚組織が非常に薄い膜となり、魚の体内の勝利組織に水を満たし、内部圧力と外部圧力のバランスを維持することです。このような体の構造のおかげで、これらの魚は深海でも快適に暮らすことができます。

4. 模倣か革新か?

深海潜水艇の概略構造（注1）

耐圧装置なしで人間が潜ったスキューバダイビングの世界最深記録は330メートルです。これはまだ深海の基準である1,000メートルには程遠い。人体はそのような大きな圧力に耐えることができないため、深海検出器の助けを借りるしかありません。

深海潜水艇の構造は深海魚から学ぶことができるか？

一部を借りるのはいいのですが、核となる部分を深海魚から借りることはできません。

深海潜水艇の究極の目的は、深海の有人探査を行うことです。我が国が独自に開発した蛟龍号は、すでに水深7,000メートル以上の潜水が可能です。それで、構造はどのようなものですか?

蛟龍号の最も重要な部分は有人キャビンであり、研究者や機器のための常圧環境を作り出し、乗組員と機器の正常な動作を保証します。この有人キャビンは、内径2.1メートルのほぼ球形で、厚さ70mmのチタン合金素材で作られています。また、耐圧構造には圧力タンクが含まれており、有人キャビンへの空気の供給や水タンク内の圧力調整に使用できます。耐圧構造に加えて、潜水艇のフレームを含む外部構造もあります。潜水艇のフレームは、機器を設置したり、浮力ブロック、スタビライザー、その他の外部機器などの他の外部構造物の設置環境を提供するために使用されます。

冒頭で述べたように、人間は水中で長時間生存することはできないため、Jiaolong は生命維持システムを提供する必要があります。この生命維持システムは、研究者を保護するチタン合金の球形シェルに加え、キャビン内の空気組成を制御することで人命を維持します。蛟龍の生命維持時間は、内部で3人が作業し、84時間生存できる時間です。

エネルギーを節約するため、深海潜水艇には通常、特別な浮上および深海潜水動力システムは装備されていません。例えば、蛟龍潜水艇では、基本的に使い捨てのバラスト装置が使用されています。ダイビングの開始時に重量を計算し、アイアンに押し付けてダイビングと浮上を実現します。

特に蛟龍号は2つの独立した電磁石と油圧投棄システムを備えており、潜水中の事故を防ぎ、乗組員と潜水艇の安全性を最大限に高めるための多重の安全装置を提供することができます。

蛟龍号の深度潜水記録は7062メートルで、2012年7月にマリアナ海溝実験海域で達成された。これは中国の有人深度潜水記録であり、同種の潜水艇による世界最大の深度潜水記録でもある。蛟龍は、世界トップクラスの海底近くでの安定した自動巡航能力と、精密なホバリング測位能力を備えています。優れた水中音響通信と優れた船外操作性を兼ね備えた蛟龍は、深海ダイビング界で一目置かれる存在です。

世界の深海潜水艇のほとんどは深海生物の体の構造にヒントを得たものだが、そのほとんどは人間の深海潜水に適した科学者による革新的な発明だ。これらの強力な潜水艇があれば、深海を自由に泳ぐことができます。しかし、大規模な深海研究を行うためには、依然として広い空間と長期潜水能力を備えた深海宇宙ステーションが必要です。

「深海棲艦」に登場した深海宇宙ステーション

SF映画「ディープ・シー・クエスト」では、そんな深海宇宙ステーションを舞台に物語が展開されます。簡単に言えば、宇宙ステーションを改良して海の底に沈め、深海版の宇宙ステーションにするということです。違いは、深海の巨大な圧力に耐え、深海潜水艇とドッキングする機能を備えなければならないことです。

映画「キューブ」に登場した深海宇宙ステーションが私たちの理想です。我が国は2006年からこの分野の研究と計画を進めており、関係部署は2012年末の科学技術博覧会で関連モデルを展示しました。

中国は将来、水深2,500メートルまで潜水でき、最大50人の職員が2か月間水中に滞在できる深海宇宙ステーションを建設する予定だ。この基地は長さ約22メートル、高さ約8メートルで、深海潜水艇とドッキングして人員や物資を輸送することができる。このような深海潜水艇は、長時間、24時間体制で深海での調査や作業を行うことができ、深海の調査や資源開発に大きな役割を果たしています。

もっと遠い将来には、人類が水中都市や水中工場を建設し始め、水中での生活がもはや遠い夢ではなくなるかもしれません。