執筆分担
第1章

第2帝

1，4，5

高橋

止征

2，3

淡路

敏之

1，2

清水

勝公

3

松村

航（共著）

‥仲 弘雄（共著）
第4卓

1，2
3

第5章

1〜4，6，7

5

2
第6章

第7等

海洋深層水（以卜では深層水と呼ぶ，英語ではdeep ocean water，DOW，あるいはdeepseawater，T）SW）は，水深が約200mより深いところにある淘水を指す0広辞苑（岩波昔蹄で「深海」の項をひくと，「抽：の深いところ。普通は，海面から200m以ヒの深い所〇R光がほとんど入射せず，したがって植

藤皿大介

物の光合成は右われないので・深海に棲む動物の栄養は，表層からもたらされ高橋

正征

る生物またはその遺骸に煩っている0」と説明されている。つまり，海を深さ

仁美

によって浅屑と深層の二つに分ける場合の境界が200mで，深層にある海水と

森野

兼島 盛吉

菅原 走幸（共著）いうことで「海洋深層水」と呼ばれている。
ただし，漸洋学では200m以深の曲水をさらに中層水と深層水の二つに区別

［日村

光政

していて，若干混乱するロ中層水は塩分の極小を指標にして区別されていて，

2，′1

浜田

和秀

太平洋では水深が1，000m准皮までである0したがって，漸洋学での深層水は

3

川北 清久

水深がおよそ1，000mよ町渓いところの渦水で，本書で取り上げる深層水の一5野村部を意味していることになる。

6

北村 有甲

海洋学での深層水は，海流なと海水の動きを考える際に区別されてきたが，

7

上乗 治彦

本書で取り上げる深層水は・1・3で桁介するような，油水の資源に着目して区1

吉嶺

別されたものである＝同じ深層水という用訳を用いていでも，分野によって

2

新村 哲夫

3

関

太輔

高橋

爪征

藤田

人介

1

明

明人

鏡森 定信（共著）
第8苧
第9章

1・1海洋探層水とその利用の歴史

池出 知司

原山
見（共著）
藤田 大介

第3章

第1章 海洋深層水とは

1，2

3

篠崎 雅春

4，巻末表

大貫 麻子

追っている。 海洋深層水 と呼ぶと混乱が若干避けられる。
歴史的に眺めると，深層水の資源に着日したのは，1881年（明糾4年）のフ
ランスのダルソンバール0・D

A帽OnVal）が最初と思われる。彼は，熱帯地

方の海の表層と深層の30℃近い温度差を利用して熱機関を動かして発電することを提案した‖これは後に海洋温度差発電（ncea111加malEner訂Convcr−

Sion，略称OTEC，オテック）と呼ばれるようになった。このように，ダルソ

ンバ￣ルは深層水の低温を資源として利用することを最初に考えついた。

1−1海洋深層水とその利用の歴史

その後，フランスの科学者でネオンサインの鯛家としても名高いクロード（…aude）がフランス電気学会会長のプーシェロ（P勃uchemt）教授の協力を得て・1926年（昭和元年）11月15日にフランスの科学学士院で温度差発電の公開室内実験を行ったロクロードはベルギーの製鉄所で予備実験を行った

後，キューバ，ブラジル・仏細アフリカなど熱帯の梅で海洋温度差発電の実験を繰り凱て技術的な問題を解決していった0仏領西アフリカでのチャレンジは「アビジャン計剛と呼ばれ，フランス政府のプロジェクトとして進められたが・折からの石油価格の低下やアフリカ諸国の独立連動の純化などで，事業化の目処が立たなくなって195昨に中止された。

探層水の資源利騨日本に翻されたのは，1957年7月3日の朝日新聞夕刊の科学欄に掲載された佐々木忠義元東京水産大学学長の署名入りの「無限の海
水から電力樋」の記事で，「アビジャン計剛の収り組みであるU記事では，
深層水ではなく一層水という表現が使われている。

197時に「新発電方式総合網委月会」が親機されて世界中の様々な発電方式が調査され，その中で海洋温度差発電も調べられた⊂・机も11973年には第一次石油ショックが起こり・先進国帥山二それまで石油に偏っていた発射式の妃直しの動きが生まれ，その中で海洋温焼発電も舶された。日本で闇3

ローエル教授の実験に着目して，当時の科学技楯庁は1985年に始まった「アクアマリン計画」に温度差発電以外の深層水の資源利用の検討を進めるための「海洋深層資渡の有効利用技術に関する研究」を1986年に予算イヒし，その中で海洋探層水の資源利用の検討を始めたnその結果，1989年に日本最初の深層水の取水施設が洋上型として富山湾，陸上型として高知県室戸市三津に設置されたC199咋度で科学技術庁のプロジェクトは終J・し，室戸市の陸上型深層水揚水施設は高知県海洋探層水研究所として恒久施設となって，研究と技術開発が継続したcl996年には・希望によって深層水の地元一般市民への分水サービスが始まり，資源利用のチャレンジが一般市民にまで広がった。その結果，飲食物をはじめとした深層水資源の様々な利川が⊥夫され，その中から深層水商品が誕生した。

深層水の資源利用では水産物の加工や，水産年物の種曲生産など，多様な水産利用が工夫された。また，深層水の取水適地は，取水管が矩くてすむために急峻な海岸が選ばれ，漁業活動も行われている地域である。そうしたことから，水産庁は1999年（平成11年）から，深層水取水管の設置の補助を開始した。
補助事業の認可には，深層水の定義がイ吋欠で，2000年（平成12年）11月に，

当時の通産省が中心になって「サンンヤイン計軌を粥川1974年から5

水産庁は関係団体に「水産深層水協議会」の設立を指導し，この協議会は2001

年間にわたって多くの研究者と技術者が参加して海洋温度差発電を含んだ新し

年（平成13年）4月27日付けで「海洋深層水の定義」を発表した。

い発電技術の事業化のための取り離みが行われた。
米国ハワイ州政舶19H咋にハワイ島のコナに海洋温度差発電の技術開発を目的とした州立ハワイ自然エネルギー研究所を新凱たnそこでは深層水の取水管を設置して，深層水の取水屠始め・恒常的に温度差発電の研究と接彿開発が行えるような環境整備が行われた。

それには，「海洋深層水の資派的価値は，安定した低温性，清浄性，富栄養性である0従って・これらの資源性を保証する深度を基準に現時点での「海洋探層水」の定義を以下のように定めるU」という前文で，「光合成による有機物生産が行われず−分解が申越し，かつ，冬季の鉛直混合の到達深度以深の海洋水」と定義された。定義には，さらに「なお，この深度は一般的にはおよそ200

ユ方で・深層水の含んでいる栄養塩類も着日され・1972年には米国のコロン

m程度と考えられるが，200m以裸であっても水城によっては十分な資源的価

ビア大学のローエル（0▲A・Roels）教授がカリブ海のセントクロイ島で，探値を右しないこともあり得るので，海洋深層水を取水する者は事前に計画水域

柚の栄養塩類を利用して傭プランクトンを摘し，それを餌としてアサリやカキの養殖を検討し，事業化の可能性を証明した。

の海洋水が利用目的に合致するかどうか，十分な検誹を行うことが必要である。」という説明がついている。

この定義は，当時の深層水の性質の理解を某にして，水産利用を視野に入れ1・2てまとめられたもので，将来・探屑水の新たな性質や利用が開発された場鋸は，それらを含むように定義は修止されるHJ能性がある。

海草深層水の形成の仕組み

5

深層水は，由緒比域において弱い躍層を突っ切って数千m深まで沈み，辛に密度の空間的相違（幸に南北差）により全球油汗の深層を循環する海水である（熱塩楯環）。凶12−2はこのような全球海洋循環の様祁を模式的に示したものである。中層水は躍層以深にまで沈み込むが，深層水ほどには下層に沈み込め

1・2 海洋深層水の形成の仕組み
河川水や潮汐・潮流の影響を強く受ける沿岸域を除くと，海水の特性（主に水温と塩分）は緬過靴よってほぼ決定し・その特性により動きも拓される0海鮒近には削凧こよって鉛直によくかき混ぜられる配合層が碩旅す

るC混合層の水温は，猷入射した太曝放射熱，海面から大気への潜熱牒熱

輸送と長波故紙抑こ混合屑以裸との熱交換の収加より決まる⊂混合層内

ず，表層水と探屑水の中間（おおよそ1，OnOIll深前後）に存在する拘水で，風成循原と熱塩循環の両カの影響を受けて循環していると考えられている。

海水が海面混合層から下層へ沈み込む要因に関しては次の4つが重視されている0第1の要因は海面冷却による混合水の高層度化である、、図ト2−3は，海水の状態方程式から計薯された海水密度の水温と塩分に対する依存性を示しているr右下ほど高塩かつ低温なので密度は大きくなる‖図をよく見ると，塩の塩分は・海向での降水量（低塩化）と蒸発量（高塩化の差と混合屑以配

分が濃くなるにつれ密度の等値線の曲率は人きくなっている。すなわち，海面の塩分の交換により決まる0大気と直鍼触する混合層水は多量の大気物質での冷却率が同じでも，塩分の人きい海水ほど重くなり．より探くまで沈み込（酸素や二酸化炭素）を含んでいるにこのようにして特性翻られた海水が混合層から沈み込み−凶1−2−1のような海洋構造が実硯している「，

海水はその沈み込む洗さ（または存在する紺により▼表剛い中触・
深層水とに区分されるロ本書でとりあげられている海洋深層水は中層水と探層める。このような冷却による高塩分水の高僧慶化は，結氷に伴い 層効果的になる。海水が冷却され氷点以卜になると海氷ができる。海水中には海水の塩はほとんど入り込めないので，ブラインと呼ばれる高塩分水（lnnpsuかそれ以
■ト、

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水で構成されているC表層水は，主水温躇層と呼ばれる急激な水温の遷移層（中緯度ではおおよそ数百m床にあり・密度も急変する）よりも探く沈み込めず・それ以桟にととまる海水で，主に風止別＝よって糊する（風成循環）い

図1−2−2 深層循環に伴う全球海洋コンベアベルト循環の模式図

12

第1草 海洋深層水とは

海津深層水の形成の仕組み

7

分化は北大西洋ほど活発でなく，中層程度までしか沈み込めない。図12￣￣2■C′＿＿＿＿」 ＋

8

l 「重くな 丁 フ ⊇において北太平洋発の深層循環が有春しないのはこのためである。
第3の要因はエクマン㌧パンビングによる亜表層への海水の輸送である0空30

間的に不均一な風が吹くと，エクマン輸送量の収束・発散が生じ，海面混合層／ 屯． 古さ ト下さ■ ／

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くさ 葺 、から下へ水を押し込めたり，反対に1から吸い上げるユタマン・パンビングがl

1

発年する。これによる亜表層の水柱の伸縮効果により，渦位保存則（後述）を

言厨満たすように流れる海水の循環が風成循環であり，黒潮をはじめ躍層以浅で卓越する流れが発生する。最後はキヤベリング効果である。海水の密度は水温と

／ ll

10

塩分の非線形関数であるために，lH卜密度でも水温や塩分が異なる海水個1／l2−3のAとBJが混合すると，水温・塩分は凶中の2点を結んだ直観卜の偶
r〉
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塩分（pSu）

図1−2−3 海水の密度の水温と塩分に対する依存性（Tは結氷温度，T叩∬は最大密度温度）（図1−2−3のC）になり，密度は混さる前より重くなるため沈降するノ

深層まで遠する対流作の沈降は以卜の効果の複合現象と考えられるが，卜速のように，第1と第2の効果が支配的である。最近では，中層から深層への沈降に関して，海水のサーモパリック効果が注目されるようになった。これは海水の体膨張率が圧力の増加とともに大きくなることに起因するもので，沈み込上）が周囲の海水に放出され，周辺の海水は一層高塩分化し，それ自体で重くむにつれて，水圧の増加による海水の縮み効果が加わって密度が一層大きくななる。これが海／水の沈降の第2の要因であるが，上記の要因と複合して効果的

り，沈降が加速するというものである。Aktomo（1999）によれば，中深層でに海水は沈降する。すなわち，海南冷却による高密度化は，結氷によるプライも成層効果が有意な南極大陸周辺のウエツデル海ではサーモパリック効果がきンの放出による海水の高塩分化と相乗的に作用して加速する。現実の海洋でくが，そうではない北大西洋北部のグリーンランド海では効果的ではない0図

は，主にこの複合効果により混合水が中深層まで沈み込んでいると考えられて12−2を見ると，仝球融半における深層水の供給域はウエツデル海とグリーいる。実際，北太平洋の表層海水の塩分は北大西洋に比べ1．3psuほど低いた

ンランド海付近だけであるが，ウエノデル海ではより深くまで沈降して南極底めに（表1−2−1），海面冷却そのものによる高密度化やプラインによる高塩層水と呼ばれる1世界長深層の海水を形成することがわかる。この相違の一閃はサーモハリック効果であると考えられる。

表1−2−1表面塩分の平均値（psu）

深層水の循環像は米国のヘンリ，・ストンメル（H．Stommel）によって約半世紀前に提出された、、1−2−4は彼の予想した深層循環の模式図で，その後の観測やモデル研究によって明らかにされた全球深層循環（例えば図1￣2￣2）の本質を見事にとらえていることがわかる。ストンメルがこのような研究を始めたきっかけは，世界中の海の深さ数百mに存在する水温躍層の形成機構

第1章 海洋深層水とは

12

海洋譲層水の形成の仕組み

から各大洋へ侵入・北上もする。これによれば，北人平洋は全球深層循環の最終到達域にあたる。北大、ll洋で上対した深層水は混合による変質を受けながら，躍層水としてイ
図1−2−4

ストンメル（1958）の深層循環パターン

ンドネシア多鳥海を経てインド洋に達し，そこでにあったとも云われでいるっ日射による海面の加熱と下カへの熟拡散だけでは急激な水温の遷移層は形成できず，卜層から冷たい海水の上昇がなければ説明できないことを数理物理学的手法により明らかにした、ノそうすれば，質量保存の関係から，海面から探層にまで達する海水の沈降が必要となる。彼は，沈降する海水は深層の水より高酸素かつ低塩分で特徴づけられる点に着日して観測データを調べ，主な沈降城は上述のウエツデル海とグリーンランド海周辺であること，また低塩・高酸素層の広がりから，深層に沈降した海水のその後の術
環の楼蘭を推測した＝そして・探層の水村こ図1−2−5にホした渦偉促存別を適用することにより，深層循環の理論を初めて捉起した。北大西洋では，北部での表層水の沈降を補償するために，西岸域を除く海洋内部領域の海水は深層から表層へ上封する必要があるCこれは図1−2−5に示した深層の水柱が伸びる（つまり高さhが人きくなる）ことを意味している0従って，渦位保存則が成立する内部領域では，図1−2−5のf（＝2（〟Shw・Uは地球自転の角速度，

Wは緯度）の値が人きい高緯風二向かって深層の水は流れる。コリオリ係数と呼ばれる上は・地球自転の効果を表すパラメータで，地球日掛二伴い地向が鉛直軸の眉目）を回転する角速度の2イ削＝相当している。fの緯度変化に由来する

効果をβ効果という〇 一九渦位保存則が成立しない西岸域では，高緯度で沈み込んだ海水が低緯度側に向かって南下し，南極海に達した後，地球を東酎こ一周する南極周極流によって束へ輸送されながら，インド洋や太平洋の酎1・域

L昇する深層水を併合しし二）f

つつ．アフリカ大陸南端の喜望峰沖を艦内して南大輔羊から北大西洋北部∠土∈＝一定舟

図1−2−5 渦位保存則の概念図の上層に戻る0この仝球循環には2，3千年かかり，高緯度での海水沈降と地球白転によるβ効果が本質的な役割を果たしている。現実には，南極周辺のウ
エノデル海やロス海でも深層水（および底層水）が形成されるので，全体の深層循環像はそれほど簡単ではないが，深層循環のメカニズムの本質は以ヒに尽きている〔

最後に・漸洋環境という観点から，探層循環をまとめてみよう。グリーンラ

ンド海やウエツデル海等の高緯度胤二おける結氷と対流性沈降に伴い，酸素を卜分に溶かし込んだ海面混合水が深層に運ばれ，地球自転の影響を強く受けながら，全球海洋を巡る循環が起こる。この海水は海洋動物の生蘭こ必要な酸素をl仕界の深海に補給する0さらに約2，3千年後に北太平洋で浮上するときには栄養塩を豊富に含んでおり1これを使って，プランクトンが春に大繁殖し，好漁場になる〇このような湧昇はまた，北太平料こおける亜寒帯域と萌熱帯戒の海洋構造の大きな州達の一一一四となっている′

JO

13

第1轡 海洋深層水とは

日本列島周辺の海洋深層水jJ

1．3 日本列島周辺の海洋深層水日本列島周辺の巾深層には，北大西洋北部のグリーンランド海や南椒大陸周辺のウエツデル海由来の深層水（以下では便宜的に北太平洋の深層水と呼ぶ）に加えて，それとは起源の異なる水塊が存在する。図1−3−1はその概念図である。西部北太平洋には，おおよそ1，500m以操に北太平洋の深層水が存在し，

Sその上部の中層には塩分極小で特徴づけられる北太平洋中層水が略言l回りに循

500

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30°

20−

10°

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40°

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図1−3−2 太平洋西部の南北断面における塩分の分布環している。

阿1−3−2の太平洋西部における塩分の南北分布瞑目まこの状況を明瞭に示し

で高塩・高温な黒潮水域に貝人後，混合水は塩分棒小層としての特性を保持ている。すなわち．南極環海を流れる深層水が商人平洋西部より流入して北上し，北太平洋の亜熱帯域の中層を時計回りに循環する。その一部は北赤道海流

し，北太平洋深層の高塩水を構成する。中層では亜寒帯城から約34．2psuの低によりフィリピンに達し，その後，ミンダナオ海流によってインドネシア多鳥

塩水が流入して塩分極小層を形成している、この北太平洋中層水の起源は，最海の中層にまで分布する。このような北太平洋中層水の形成と循環の変動は，近の研究では，オホーツク海とベーリング海であり、特にオホーツク海が重要

表層と深層との熱交換や炭憶ガスなどの地球温暖化物質の交換に大きく関与すであると考えられている。すなわち，アムール川などからの淡水供給や降水のるため，数十牛スケールの気候変動の推定と評価に欠かせないことが最近の研影響により，北太平洋に比べて低塩な海水がオホーツク海から千島列島を経て究によって指摘されている。

北太平洋亜寒帯域に流出し，親潮の一部として南下，房総半島沖の墨潮続流域

図1−3−3に北太平洋中層水の起渡域であるオホーツク海の海洋構造の概要を示すノ北奥部の陸棚域で冬季の冷却および結氷により，陸棚高密度水と呼ばれる低温で比較的高塩な重い海水が陸棚斜耐こ沿って下降し，オホーツク海中
哨水を形成する。この水塊はオホーツク海囁表層で卓越した水塊であることから，オホーツク海モード水とも呼ばれているrJ図1−3−3から示唆されるように，1，0001m裸を超える深層海水の主な供給源は北太平洋亜寒借城からの流入であると考えられている。この流入と関連して，深層上部（1，000m探前後）にオホーツク海中屑水と北太平洋からの流入水が混合した中暖水と呼ばれる水塊が存在する。図1−3−4は日本間辺海域における典型的な海水（北太、け洋水，
オホーツク海水，ベーリング海水および日本海水）のT−Sダイアグラムである〉

このダイアグラムからも約800m以浅の海水はオホーツク海で形成される・方，それ以操では北太平洋水の影響を強く受けることを′バしている。
図1−31

日本周辺における中・深層水の分布

オホーツク海■モード水に代表される申渡層の海水は，オホーツク海を反時計

13

日本列島周辺の海洋深層水

ヱ3

わりは従来予想され得なかったことであり，近年注目されている「海床斜面上での混合」の代表例として関心を集めている。
太平洋やオホーツク海では凶12−1にホした中層水は形成されても探層水は形成されないが，唯一一自前で探層水が形成される海域が日本周辺にある。日本海であるe日本海は4，000mにも達する深い緑辺海であるが，水深約200mの

馴摘峡や津軽海峡などによって北太平洋と隔離されている。そのために，20nm以桟の表層の水と循環はこれらの海峡からの海水の流入・流出と海上風によりほほ支配されているものの，それ以操はR本海国有水という中・深層水の循環が卓越するC日本海国捌くは，図1−3−4のT Sダイアグラムからも明らかなように・文字通り・日本海で形成される海水で，主温度躍層下の水温
図1−3−3 オホーツク海の海洋構造の概要…、1・0℃，塩分31・1psu前後の海水で，日本海全体の体積の榊％以上をし■fめているe宇田（1932）の先駆的な研究をきっかけに調査・解析され，その後，11本海国有水は，亡痛酸素・低リン酸塩モードで水温変化と密度変化との州問が高い上部周有水と，苫二礁酸素・高リン酸塩モードで塩分変化と密度変化の祁関が高い探層
水とにわけられた（図1−3−5参照）。吉川らが1999年に発表

弛した日本海循環診断モデル研究の結果などをふまえると，上部

三二三：モ三三±＝

言

州有水および探層水とも，冬季 ；岬のウラジオストック周辺での強烈な海面冷却による対流性沈降
長する波高100lnを超える有限振幅内部波の砕波によ−）極めて酎灘直混合を受けて低塩化と低渦位化が促進し・これが北太平洋中層の海水の特性と循環に大きな影響を与えていると指摘されているn北太平洋中層における敬一■年スケールの現象と，オホーツ

ク海という縁辺海での時空間ストルの小さい潮汐起源の混合現象との深い関…

血に伴い．中深層へ混合層水が卜降し，周りの水と混合しながら
昔確度面上をゆっくりと反時計回りに循環していると考えられる。日本海関有水の循環時間

36●

コア

30■

池▲

4♂

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●どト＋・げ一け〜

図1−3−5 日本海における水温の鉛直分布
作手し】994］にもとづく）

昆

第1革

14

海洋深層水とは（または置換時間）に関するこれまでの研究結果をまとめると，深層水のそれは100〜300年，中層水は3n年程度である。これらの点も含めて現軋ARGOフロートなどの先端測器せ用いた観潮が続行中であり，詳しい循環構造が近く明らかになると期待されている。

淋洋深層水の性質と資腺価値
電（T）は1℃であるJ沖縄久米島

16と得られないr肌ていく。その結果，有機物の分解産物である栄養塩類が深層水巾に溜まってい紺めに，光合成による有機物斗瀬が進まず，水小二ある有機物はもっぱら分解し水 澤正である。沈んだ直後は，冷たい表層水であるが・光が十分には射し込まないた視点でみると，深層水の「刷ことにする。低水温という表層水が冬の寒さで冷やされて重くなってZOOmよ町深く沈んだものが深層水

24

深600m付近まで行かない

る低温安定件から見ていく

前節で明らかなように，深層水（深層水と中層水）の起源は表層水である〇カ〕

では川℃の水温の海水は水

深層水の第1の特性であ1．4 海洋深層水の性質と資源価値

15

緑である水深2001Tlでは水

温は高く，低温を得るには水深を深くする必要があ

1・400

る。特に，低緯度域ではそ，卿の必要性が高い‖一般に，
水深1，nnOmになると，5℃く。

海の深層では，急激な温箆射ヒがないため，①低温安定で，有機物が生産されないために餌がなく，したがって生物はほとんど生息できず，・①清浄性が高

く，有機物の分解庫物である栄養塩類が溜まった結果，③富栄嵐という性質
を深層水はもつことになるこ若い深層水ほど，湿度は低く・清浄性と富栄養性もともに低い。時間を経過するほど，深層水は温度が卜がり，清浄性と冨栄養
性は高くなる。
海水は32pstl程度の塩分の場合，−1・8てこで結氷する0したがって，海水の最低温度は約−1．8℃である○しかし，実際に結氷水温になっているのは大部

分が極域の深層水で，北人平洋の海底付近では水温は1て二以上に上がっている。北太平洋では，海底から水深1，000m付近までの水温はせいぜい5℃であるが，それ以桟では浅くなるにつれて水温は速やかに上昇する個1−4−1）0

掛こ300〜800m付近の永年水温躍層の前後で水温が急上昇し・それより浅い層に見られる季節水温踵層の前後でさらに昇温する0∪本海は太平洋に比べて・同一水深では低温であるし，室戸岬では水深30nmで10℃程度なのが，滑川沖で以卜で安定する。

2川X）

図1−41太平洋での水温の範直分布

さらに，日本列島周辺の陸上取水施設のように，永年水温躍層のL緑イほから取水すると，水深が少し変化しただけで水7削ま変化するので，内部波などで水塊が上下に振動するたびに水温が変動する。特に・台風などの通過によって海面付近の水塊が大きく振動すると，歎100mにまで水塊の坂動が伝わるために．変動は大きいし地球上の海水の槍屋は容積にして1．37×押hlJ，海の平均水沫は3，795mなので，水深200m以深を深層水とすれば，海水のおよそ95％が深層水に相当し，その量は糾圧，×105km」である。仮に0℃の深層水の冷たさを利用して25℃で海に戻したとすると，25℃の湿度を利用することになり，その場合に1m弓の深層水から得られるエネルギーは411×1ⅣJであるC同量のエネルギーを了■

油の燃焼で賄うとすると，原油100ml程度が必要になる0先に推定した深層水の量と仮定から，深層水の含むエネルギーを推定すると1・2×1017m3という起J6

射幸海洋深層水とは
NO3N（マイクコモノり
10

2（〕

1・4
m41）（マイクロモル）

30
1

2

海洋慄層水の性質と資源価他

ノ7か含まれていない口ただし，水温のところでも椚介したように深層水の総量が3莫大なために，深層水巾の窒素肥料の総量は窒素の重量で500億tにのぼる。世

界中で農地にまかれている窒素肥料は窒素重量で，硯軋1年間に1億t弱であるから，500年分の窒素肥料が深層水中には眠っていることになる。深層水中のリン肥科の総量はリン重量で約9×10ヨtあり，現在の年間のリン肥料の使用量はリンの重量で机000加なので・90咋分のリン肥料が深層水巾に存在する）地球上で・掘り出せるリン鉱石は向こう30〜40年で底をつくといわれておi），深層水中のりこ肥料の意味は大きい‖探層水中の栄養塩類の副＿も年間でかなりの割合になると予想される〔

探層水中の栄養塩類濃度は植物プランクトンにとっては高濃度で，深層水小硝酸態窒素で培養すれば海水が着色する准度まで増やすことができるJしかし，事業的に柄物プランクトンを高密度培養するためには・深層水こ含まれている栄養塩類

濃度では不足で・人⊥的に窒泉リンなどの不足する多量栄養塩類を加えなけ
即−42 外洋水中の栄菩塩類の鉛直分布

ればならないし−個体の大きな海藻類にとっても探屑水の栄養塩類濃度は不卜分で，まだ栄養塩掛の使われていない深層水を次々と与えて海藻類の成長を支え

巨大な原油量に相当する〇しかも，深層加的かなり〕量が再生する。

鯛水の低温は，建物の瑚・温度差発電，冷針冷凍施設，畑中からの淡水剛文，水温制御の冷熱源などとして利用が可能である。

る必要がある。
探層水の第3の特性として挙げられているのが，清浄性である。現在，知られている深層水の清浄性は，一般生軌病害・汚染生物，化学汚染物質，懸濁

次に深層水の第2の剛である富栄養性について述べる凋1−4−2に示し物質，有機物，重金属，放射性物質などに関するもので，これらの汚染が表層たように・外洋水中の主要な栄養塩類の濃度は表層では痕跡的であるが，疎く

海水や抑＝湖沼・地下水など様々な陸水に比べて，全く無いか著しく少ななるにつれて濃度は高くなり，水探…00m以津ではほぼ一定濃度を示す′ノ深層水中の栄養塩類は・もともと礪物の分解によって溜まったものであるか

深層水中へはJ分な量の光が届かないために有機物生産が起こらず，探層水ら，レッドフトルド比（C二N・P＝106・16・1・モル此）として知られて中の生物の昭吾を支える餌は表層から降ってくる有機物である。その軌ま，其いる有機物の構成比に極めて近い。

光層の生産量の10％程度にすぎない〇太平洋で実測された結果では，真光層の深層水中での栄養塩類の濃度は高いといっても・絶対濃度はきわめて低い。

糾物量に対して，500mと5，000mではそれぞれ1′10と1／100に減っている。

窒素肥粕ほとんどを占めている硝酸態窒素の1，000m以漆の濃度は，最も高人体や家畜などへの病害・汚染生物はもともと陸「起源なので，深層水中にはいインド洋で40dMLかなく・硝酸態としての如1川深層水に2・5mg腰度し存在しない0汚染化学物質が人t的に作り出されたのは50年くらい前からである√、2〔伽以深の深層水の平均年齢犠層から深層へ沈んでからの経過年数）

躇

第⊥宰

海洋深層水とは
14 海洋慄層水の性質と資源価値

は50年以上のケースがほとんどで，した

溶存有機炭素（〟MC）
）

20

棚

80

80

とんど含まれていないといっていい。放表1−41海水中に含まれる元素の平均濃度（ng／kg）
g／kg以lの元奈
Cl

射性物質についても同様である。懸濁物

肋ErⅦDyがって八丁合成された化学汚染物質はほng／kg以L＿の元素

19，350，On（），000

NI

鳩0

Na lO，780，000，00（）

Zn

350

Mg l，280，000，000

Kr

310

Cs

3〔椙

が，極微量であるC有機物に関しては，†礪′kg以上の元素

Cr

212

粒径が1〟m以ヒの粒状有機物が浣層水S

約8，00仇000

Sb

200

Ca

412，nnO，nOO Ne

160

Pr O．70

Ce O．70

質や重金属類は深層水中に存在はする

中には最大で40〝g／撒度含まれていて，深くなるほど少しずつ少なくなる。1（m）

甘m以下の溶存有機物では，一一R以内に分解してしまう易分解性物質は探層水中にはほとんど含まれない（図1−4−3）。

分解に月〜年程度かかる弱分解性が吊00m以桟の深層水には含まれていて，浅くなるほど貴が増える0分解に数的〜数千年かかる雑分解件は表層水も深層

図日−4−3 外洋での溶存有楔物の鉛

水も関係なく・水全体に均一に机5mg／糟度含まれている。分解に長時間かかる有機物は，生物には不活性である。−
深層水の清浄性は・水温や栄養塩類を始めとした深層水の利用にとって大きCd O．90K

399，000，000

Se

155

Br

67，000，000

Cu

150

Sc

O70

C

27，00（）．仰O Cd

70

Sm

n57

N

と；，720，000

Xc

66

Sr

7，800，000

上Je

3U

B

4，500，00（）

Al

3（〕

O

2，800，000

Mlt

20

S1

F

2，900，000

l，30仇榊n直分布の概念図（Ogawaallf】nllDU〔、．2003ノ

叩′／kg以下の元素〃g／kg以トの元素
Ar

Sn o．50

Y

17

Tm

（〕，20

15

Eu

（）．17

Tl

13

1も

W

10

620，Onn Re

7

8

7．O

Rb

120，000

TI

6

h

5．6

58，0OO Ge

M〔〉

10，0（〕n Hf

3．1

U

3，200

Nd

3．3

V

2川00

Pb

2．7

Ta

＜2．5

付着が見られない。表層水では・フジツボやイガイなどの付着が著しく，しか

Ag

2．0

も冷却管のような風水系では付着生物がH大加成長する‖遵浸透膜処理で純水

Co

口でのクラゲなどの偉物の吸い込みや・冷却管内の生物付着などの問題が完全に解決される1畔以ヒ・深層水を牧水している管でも内面にはほとんど生物

As

l，200

＜5．O

O．07

Pd O．06

m

0．05

J，〇

15川Ⅲ〕

O．14

Rh O．08Te

5Ba

なメリットになる0例えば・深層水を冷却水に利川すると・清浄なために収水

Nb

0．17

Hg

He

62，000h m23

Zr

180，000

P

O36

Be o．21

L1

1

Ho

Bi

Au

O

O3

O．02
Th O．02
1n

O．01

Ru

＜0叩5
0s O．002
1r

u

uOU13

を製造する場合には，深層水は懸濁物濃度がきわめて低いので．通常不叫欠な

前処理がほとんど不要で，しかも逆浸透膜も長持ちする。塩針取り出す場合は

海水中には，様々なミネラルが掛ナている。ミネラルは，酸素，水素，炭

溶存物質の除去は至難であるから・汚染物の多く含まれる表層水に比へで，深素，窒素以外のすべての元素を指すので，金属と非金属の両方が含まれる−，衣層水では清浄な塩が容易に得られる‖

1￣4￣1は海水中に含まれる水以外の物質の平均濃度を元素の重さで表したもので，合計で82種類の元素が示されている、，海水中に含まれている元素の種類

2￠

第1章

海洋深層水とは

1．4 海洋深層水の性質と資源価値は多いが・海水中の濃度はほとんどが痕跡的である〕1kgの海水に1g以上含Mg（mm01Jkg）

まれる元素は・塩素，ナトリウム，マグネシウムの3種類だけである。次いで

50

52

54

21
Ca tM州0Hkg1

56

58

60

101

102

103

104

1m一g以−卜の元素は硫乱カルシウム，カリウム，臭素，炭素，窒素，ストロンチウム，ホウ素・酸素▼ケイ泉フッ素の11種軌後はすべて1mg以下の

海水中に含まれている′じ素のうちミネラルは・水中での鉛直分布に削すると，表層から探層まで一様に分布するもの・表層に少なくて深層で多くなるもの・表剛こ多くて深層で少なくなるもの，の3タイプが比られる−マグネシウ
ム，カルシウム，ナトリウム，カリウム，ホウ素，フッ素，臭素，塩素，硫黄，ストロンチウムなど敵水中に多量に帖し・斗物利用の少ない元素は表層

Fo川mo〃k9I

も深層も濃度は変わらない個1十4a）‖一方，鉄，ケイ素，リンのよう

08r■に，」物が多く利用し，海水中の濃度が比較的に低いミネラルは，表層で少な

．
・
．
㍉

04

S日Pm01川g〉

00

0

50

10（】

150

．il

く保層で多くなる脂＝−4−4b）n表層に多くて深層で少ない元素は数が少なく・コバルト，アルミニウムなどで・供給が大気経由の物質である（凶1−g S000

人の健康でしばしば取り上げられるミネラルはカルシウムとマグネシウムか−4000」臣ヨ

主であるが，それらは表層水も深層水も濃度は変わらない0様々なミネラルが溶けている海水は・にがり抽出や・飲料水のミネラル調蕃原料として優れてい

図1−4−4bる√ノ飲食物・医薬品・化粁品などとしてミネラルを利用する場合には，清浄性

太平洋と大西洋における鉄と珪素の鉛直分有（Nozakl，19941
Co（prnol／kg）の高い深層水が優る。

20

40

闘）

Pb（pn101／kg）
80

0

20

40

60

80

海水中のミネラルのもう一一つの価値は，鉱物資渡である（衣1−4−2）〔現屯鉱物は地相源から得られているが，世界中の陸上の鉱山の大冊銅潤もなく掘りつくされる状態であるっそのために，マンガン団塊やコ′りレトクラス

トなど海底や撤底卜の鉱物資源の利川が考えられている0しかし．その前に，海水中からの抽出の可能性があるD地下鉱物資源では膨人な量の廃棄物が隼まれるが海水中からの金属抽′ではそうした廃棄物はほとんど出ないので人きなメリットがある〇問題は海水中の金属濃度の低さであるが，一郎の金属では海水中から抽出しても採算のとれるまでに技術が進歩してきた。海水の量は
図1−4

4C

北太平洋におけるコバルトと船の鉛直分布（Nnza虹1994）

200

第1草 海洋深層水とは
1・5

表1−4−2陸上と海水中の金屑の推定資源量・年間資億僅用量，推定耐久年数
海水中
金属など

鋸中ユ980年隆」197時1978−2腑年制年鮎の推蒙加PUA斤目一計の推定期成年間雷雲の年平均需耐久年数の退席
リノ敲塔 の給諺の鮎（ng／り（1nbトンノ墨（1n6トン）（106トン）要増加（％）件）

漸羊深層水資源の利用地域と水城

23

られる。

深層水の資源はどれも資源密度が低い。したがって，20世紀までの技術では採算のとれる利用はできなかった0しかし，20世紀の終わりごろからボツポッ

t・一・

Ml】

…ご
20

42 1・360
93，4008．69
481
Z8

Cr

212

297

Nl

480

672

川

14

lV

Mo

10，000

Cu

Zn

350

60

210

2．7

3．17

4
490

Sn

0．783

2．59

仇045

9・48

0．104

494

7．53

127

3．45

162

5．粕

69

27

3・3

14，OnO

150

Pb

3・360

2．6

61

108

3・9

36

3．5

31

4・5

37

3・6

34

29

25

3樟寮葬2姜ぎ董

Au
Ag
AI
P

62・000

LI

】軋州0

U

3・200

石

油

石

炭

大無ガス

86・8nO

34剖0

1Z5
5・n

252，00n
4・500

54が進んでいる0従来型の地F資源は，資渡密度が濃く，未熟な技術で容易に利用できたが・利用による環境汚染が避けられない‖したがって，できるだけ速やかに，地下資源から深層水など環境汚染をほとんど伴わない資源へと切り替
えていくことが重要である。

深層水の資源利用では，商品などの差別化のために，よく地域特性の期待が大きくもたれるn深層水の低温は・U本源や・高緯度の方が浅い水深でも低温が得られるが1もし低温が必要であれば深い水深から採水すればいい。宵栄養性や一部のミネラルについても同じことがいえる＝カルシウムやマグネシウム

は表層水と深層水では含まれる量としては・淡水で薄まっていない限り地域差はない0ただ，清浄性には具体的なデータは出ているわけではないが地域差の

乱93

6」

L5兆バレル（2001年）
9，845億トンと深層水の薄い資源を効率よく利用する技術が開発され，日進月歩で技術改善

4（）．3

216

155兆m361．9

大きい可能性が高い0人U密集，工業年産，農・牧畜産業，水産養殖などの産業活動の盛んな地域の影響を受けやすい所では清浄性に影響の出ている吋能性があるロもちろん・以上でとりあげた以外の・例えば脱塩深層水の人肌への保膨大なために，海柚二含まれる全会鮎は陸上をしのぐものも多いし，リチ湿効果など深層水に固有の性質の存在は考えられるが，現在の科学ではまだ証ウムのように海此大部分が含まれている銅もある〔〉融から金属を油川す

明されていない。

る場合でも・清浄性の高い深層水の方が容易であるn海伸二溶存している超低濃度の金属類を容易に油粕する技術，あるいはそれ以批新しい原理を発見

1・5 海洋深層水資源の利用地城と水域
海水は古来から塩を取り出して利用されてきた。硯在は塩イけトリウムを抽出して利用しているが・一部では海水中の様々な塩を舶抽批て利用するこ

深層水の本格的な実験と事業利用佃久施設の第1旨は米国ハワイ島の州立自とも行われているい食品に利用されるので・深層水の高い紳性がポイントに然エネルギー研究所である〇⊥973〜74年の世界的な石油危機に対応して，石油以外のエネルギー資源が着日されたのをきっかけにハワイ州政府は1974年に海当然ではあるが・深層水中の塩分やその他の溶存・懸濁物を除けば純水が得

洋温度差発電など海洋エネルギーの資源利川を目指した研究所設立を議会で決定し・1リ80年にハワイ島コナのケアホレ岬に約130haの土地を確保して，研究

24

第1章

海洋深層水とは

1．5 海洋深層水資源の利用地域と水域

所（NaturalEnergyI＿aboratoryofHawaii，通称NEL上1）を設立した〕

NELI工A）として現在に至っている（図1−5−1）。

研究所では1981年12月に水深215mから日量…nOtの深層水の揚水管を敷設し，温度差発電などの基礎茂術開発研究を始め，深層水の低温性・富栄養性・

25

ハワイ自然エネルギー研究機構では，硯在，水深619m，675m，915mからそれぞれR量14，000t，73，nOOt，160，000tの探層水を揚水する能力をもった清浄性などの利用技術を検言」した。研究所設立当初から，技術開発は 艇に広施設を完備していて，世界歳入規模である。深層水の農業利用や淡水製造など

くチャンスが与えられていて，可能性のあるものから脚寺事業化か試されての基礎研究の他に，建物の空調，冷水性の水韓生物の増養殖や畜養，棉物プラいったr）その結果，研究所周辺に，玲水性海産魚介類の増養殖，冷水性水産生

ンクトンの大量培養，などの事業が人規模に展開されている。

物の畜養，植物プランクトンを大量培養して右用化学成分を珊出するなど，様々な事業施設が選られていった「，

海外での深層水の資源利川のもう一つの事例はノルウェーで、フィヨルドでのサケの養殖の際に，水質の悪化を鶴城するために，フィヨルドの外側の床層

1985年には・州政府は研究所に隣接した約222haの土地を確保して，ハワイ
海洋科学技術団地（HawauOceanScieneeandTechnolo訂Park，通称HOST

Park）を造り・1三相0年には研究所と産業団地の組織を紘一して，ハワイ自然エネルギー研究機構（NaturalEnergyLaboraLoryofHawailAuthority，通称

水をポンプでフィヨルドに汲み入れて利用した。ベルゲン入学海洋生物学部と国立海洋研究所養殖部が行った実験で，水深65mの底層水を日量18，000t揚水して利用した。ヨーロッパ諸国が面している北海は浅いために，本格的な深層

水の資源利用には適さないが，ノルウェー沿岸部の深みの海水を利川することによって、低温と若卜の清浄性を利用することができる。実験段階までで，その後の養殖事業の国際状況の変化があって．事業化には進まなかったようである。

カリブ絢のセントクロイ島でも米国コロンビア大学のローエル教授が，1972年に870Irlの深層水をR量で3㈹t揚水して，清浄で冨栄養な深層水の性質を利用して．植物プランクトンを培養し，それを餌にしてアサリとカキを養殖する実験を才fって，事業化の目処をつけた。しかし，事業化の希学者が見つからず事業化には至らなかった。

円木列島は日本海溝の縁辺部に位置しているので，周辺部は深層水の揚水に適したところが多い√ノ陸上から200m水深まで5km以内で達することの可能な場所が海底地形地岡から検討され，北海道からr■l■縄まで全問29ヶ所（後に北海道羅臼が追加されて30ヶ所）が抽出された。その一つである，高知県室戸市三洋に日本初の深層水取水施設が完成したのが1989年である。

現在までに建設された陸上の深層水取水施設は．建設債18ヶ所，建設準備中
取水轡l

1ヶ所，建設構想中は把擾しているだけでも20数ヶ所に上る。建設準備中以卜l

図1￣511ハワイ自然エネルギー研究機構（N札HA）の概要のものを表1−5−1にまとめた。洋上取水も全国的に行われていて，網走りヒ第1章 漸羊深層水とは
1・5

表15」海洋深層水の取水施設
1rrr

喜悪霊∃二転米同コロ／ビア大学（かノア海セン■ク［イ軌り州甜然ユネルト研究楓NEL鮎澤ノイ如帯

75・∴こ：、∵l一・・・立∴・∴．．．∴

二二二＼

72．削相
！∴：：

紬

11，仇）（l∴、1 100
削5

駄研究所（礪7巾薫140

言ig‡宣言磯品柄矧働（馴購彗‰。

硬質ポリエイレ一骨3本766 硬質ドり・ナレン官
印0 同日＿
884 目上
18日．
81F■
3．124

日】。0硬質ポリェテレノ骨とゴム複合管

321

25

2▼√沼0鉄舶架卵ポリエチレン菅30。

52・00〔♪鉄線人。碓質ポリェナレン管13（100

t・12

4，000

374

1，0UO

330

Z．‖00
2，り00

諾諾言 2222 デ演芸雷管鉛製硬質′さごり「ナレン省

1482】527糊恕独硬削りエチレン閂

3・125鉄線甜菜磯営ポリエ←レン骨
5・⊥SU

3．308

細肩鎧笠ポリTテレ／許250

糸満（沖縄Jなどである。
日本の深層水の陸上取水施設は，取水量が日量で200、6，500t榊縄久米島

べると取水規模が小さい口水産利用以外では，大口の利用技術が開発されてい45

27（千軌小笠原（東京），相模清（神奈恥但馬庚軋与論島傭児凱

硬質守りLナレ／幹…三g薔竺鎧紬錮1ノエ丁しノ管

100

28

海凱秋軋酒仙（山形）・宮古（岩手），石巻（宮城），鴨川（T莱），館山

は2本の取水管を利用して日量13，000tを揚水している）で，先のハワイに比

U

7日

27

厄日

：・】リ95 3
1，00U

−

1q7ク

海洋深層水資源の利用地域と水域

鉄緩錮翫史質ポノこすレ／幣■DOく225／ノ252蝕】纂憲護憲漂鎧是‡ヒ妄ないためであるっ水産庁の補助事業を利川すると・水産利用を盛り込む必要があり，水産年物の種苗生産つ養殖に必要な日量軋0001規模の深層水を揚水することになるが，水産利用以外では日量数100tが需要実態である。

剛水音が少ないほど取水にかかる費用は高くなり，したがって探鰍の単価は上がるこ取水量を多くすれば深層水の単価は下がるが，そのためには人量の深層水の利川用途を確保しなければならない√〉水をタンクに入れて車で運ぶのは，量が多くなると容易ではなく，輸送コストもかさむため，ある程度以ヒの量の深層水の供給では給水管でオンライン供給するのが経済的である。水産利

l．

1裁断町
北海過岩内町

100

3う（〉U

株式会社′クアミしこ′，（舶珊大別、3000

375

15り

34う

4（−00硬質ポリュチレン閂

270

jOO

268

100

500

10n

1∠（）D

332

4・40。細見装硬質ポルナレン管

7・7√）0羽帯鉛装ポリエチレン管

しっ2日口2

新潟県佐渡鳥C2CO3
石川県内浦町C）20D4￣衣県尾鷲有

川0

216

切

75

2188J

400

28り

C2005

昌莞志メント株式釦値鞘佗蓮懸新城雄三桟ニ317仙ポリェナしノライニング鋼管

3〉川0鉄鎖鎧袈確削ぎリュチレン¶⊥2・500鉄線籍劉蛸ポリエチレン菅

05日2702164り薫若葉吉葉ン門．′

台翠川料株J会社 ｛湾化崖憬〉

催質ポリエチレ／背」l・ 、

19997（海やから20伽）

靡轡旋転1）2・：：掛など先発の深層水事業利用の成功で，国内に次々と陸卜洋上取水施設

伸びてはいるが・供給側の新規参入者が圧倒的に多く，過当競争の感が強くなっているC「安全で美味しい飲料水Jをペソトボトル方式ではない方法で供．16︒︒刷 柵㈹ト ． 二・・：：

間に供給するための貯水槽の建設が計画されている＝事業のようであるr確かに，ペットボトル入り飲料水の需要はこのところ年々

光陰大町■株式会祉＼台湾花葦懸ノ

二・・

7ア￣ムでは，深層水利用の少ない夜間に揚水した分を貯水槽に蓄えておき谷ができ，深層水事業が広がったが・売上高の7割はペットボトル入りの飲札水

C20り6

上

内では室戸や沖縄久米島の施設に限られている〇また，室戸市高岡のアクア

2．125

02川〉5

北軌削那†町用以外に深層水のオンライン供給が幅広く行われているのは，現在のところ国

和解r鮎0視軸帆八脚▲計∫略業…卿榔不明

鉄線入射史質ポリエアレ／管給するとか・⊥夫して新たな需要を掘り起こす努力が欠けているノ飲料水以外

鉄和人り硬質ポリェチレン¶に，米国では急成長を兄せ始めた深層水による建物の空調とか，取水施設の建同⊥造努力に対応した深層水の新たな利用の開発努力が望まれるへ