Sea floor

Japanese: 海底 - かいてい（英語表記）sea floor

The part of the Earth's surface that is covered by seawater. About 70% of the Earth's total surface area is covered by seawater, making it the ocean floor. Humans have built their lives on land, so they tend to be distracted by land and forget about the ocean floor. However, when looking at the Earth as a whole, we should think of land as an exceptional anomaly, and the ocean floor as the most normal part. Unfortunately, ocean water is significantly less transparent than the atmosphere, making visual investigation difficult. Because of this, our knowledge of the ocean floor is far inferior to that of land, and some even go so far as to say that we know more about the moon, which is 380,000 kilometers away from the Earth, than we do about the ocean floor, as far as the bright parts are concerned. However, with the recent remarkable development of science and technology, investigations have become increasingly active. The background to this is the fact that resources on land are being depleted, and we are being forced to use ocean floor resources, and the need to dump industrial waste that is piling up on land onto the ocean floor.

[Tadashi Yasui]

Submarine topography

History of ocean floor exploration

Navigation has always been the easiest and most economical means of mass transportation. To navigate safely, it is necessary to know the depth of the ocean. It is not hard to imagine that the practice of "bathymetry" to measure the depth of the ocean was invented at the same time as ships. Wall paintings in ancient tombs and descriptions in the Bible suggest that the depth of the ocean was measured by lowering a weighted rope into the water at the bow of the ship, and measuring the length of the rope that was let out before it hit the bottom. This was used to ensure the safe navigation of a ship and to determine how far it was from land. Naturally, the underwater topography of shallow waters close to the coast was investigated first.

In the 19th century, a project was started to lay undersea electric cables to speed up the exchange of information between continents by telegraph. Starting in 1851, soundings of the North Atlantic were conducted vigorously over several iterations along the planned cable route. At the time, the only method of sounding was a hemp rope with a weight attached to the end, which was cast into the sea. The depth was determined based on the length of the rope that was let out before it hit the bottom, and the bottom sediment was determined by a sample that adhered to the tallow in the depression at the end of the weight. A steam engine was used to retrieve the rope, but the labor and time required for one sounding was enormous, and there were problems with accuracy. Despite this, they discovered the Mid-Atlantic Ridge in the center of the Atlantic Ocean, and it became a big topic that they had discovered the legendary continent of Atlantis.

The invention of the echo sounder after World War I and its improvements with electronic technology after World War II made it possible to measure depth without labor and obtain continuous, accurate records. As a result, knowledge of the ocean floor has increased dramatically, and it has been discovered that the deep sea floor, which was previously thought to be flat before there was any data, has mountains and hills, as well as valleys and rivers, just like on land.

[Tadashi Yasui]

Continental shelf and continental slope

The ocean floor topography can be broadly divided by depth into the continental shelf, the deep sea floor, the continental slope that connects the two, the trench between the continental slope and the deep sea floor, and the mid-ocean ridge that stretches endlessly through the middle of the deep sea floor.

The continental shelf is a shallow sea that continues from the coast, and although it is covered by seawater, it is considered to be an extension of the continental plateau on the coast of the mainland. It has a very gentle slope, with an average depth of 2 meters per 1,000 meters offshore. It is also flat, with almost no banks or reefs that are more than 20 meters high.

As one travels offshore from the continental shelf, the slope of the ocean floor suddenly becomes steeper, dropping off into the deep sea floor. This is the continental slope. The average depth of the boundary between the continental shelf and the continental slope is about 140 meters. Although the slope is steep, it is only 70 to 80 meters per 1000 meters on average, which is not so great compared to the land topography. However, it is not uncommon for the relative height to be 4000 to 5000 meters, so if one could see it directly, it would undoubtedly be a magnificent sight.

The continental slope eventually transitions into the deep sea floor, but offshore of island arcs such as Japan, it first drops into a narrow, long, deep depression called a trench, and then becomes shallow again and becomes the deep sea floor. From the continental shelf to the continental slope, wide V-shaped depressions called submarine canyons continue to the deep sea floor in places. They can be an extension of a river on land or an extension of an old river mouth. Sometimes seawater and shallow sea sediments mix and flow down the submarine canyon, carrying terrestrial sediments into the deep sea. This flow of seawater and mud and sand is called a turbidity current or turbidite. In particular, when a part of the continental slope collapses due to an undersea earthquake or other event, mixing in a large amount of mud and sand, the turbidity current becomes large, sometimes flowing down as a torrent of more than 20 meters per second, not only causing severe erosion of the seabed but also cutting undersea electric cables.

[Tadashi Yasui]

Deep sea floor topography

When the continental slope transitions directly onto the deep sea floor, the mud and sand carried by the turbidity currents are deposited on the deep sea floor. If there is an uplift not far from the continental slope, the sediments are blocked and form a thick layer of sediment, which covers up small irregularities in the bedrock and forms a flat abyssal plain. Uplifts that are not covered by sediments are called knolls, seamounts, guyots (flat-topped seamounts), oceanic plateaus, seamount groups, seamount chains, or ocean mountains, depending on their shape and density, and depressions are called ocean basins or troughs. Turbidity currents that flow down submarine canyons sometimes erode the deep sea floor with the momentum of the aftereffect, creating a shallow riverbed-like depression and alluvial levee-like uplifts on both sides of it, which may connect to the submarine canyon as a deep sea channel.

When there is a trench between the continental slope and the deep sea floor, most of the terrestrial sediments are held back by the trench, with only a small amount reaching the deep sea floor offshore. As a result, the unevenness of the seabed basement is preserved without being buried, forming a deep-sea knoll region with an average height of 300 meters and an average diameter of several kilometers that continues over a wide area. In the Atlantic Ocean, which has no trench on the border with the continents, most of the deep sea floor is abyssal plain, while in the Pacific Ocean, which is surrounded by trenches, 80% of the deep sea floor is a deep-sea knoll region.

In the middle of the ocean, the mid-ocean ridge stretches across the three oceans, encircling the Earth, with a height difference of 3,000 meters and a width of about 1,100 kilometers, for a total length of 75,000 kilometers. The central part, which is the axis of the mid-ocean ridge, is a valley with a width of 20 to 30 kilometers and a height difference of about 2,000 meters, and is called a rift (axial valley). In places, the mid-ocean ridge has horizontal fault-like discontinuities that extend for tens to hundreds of kilometers. On both sides of this fault, there is a very clear discontinuity in the water depth and topography, and these parts have been called fracture zones from the topography point of view, but from the origin point of view they are transform faults. The actual topography of the ocean floor is complex, and there are still some parts that are not yet known in detail.

[Tadashi Yasui]

Seabed sediment

Bottom Sediment Survey

The bottom sediments of the seabed are broadly divided into rocks and sediments. In the past, the only way to classify bottom sediments was to apply beef tallow to the indentations on the bottom of the sinker used for sounding and examine the material that adheres to the bottom when the sinker hits the bottom, so only a very simple classification was possible. Later, a grab-type mud sampler was invented, which made it possible to collect a relatively large amount of soft bottom sediments, and the composition of the surface layer of the seabed became clear. Furthermore, the use of piston corers, which drive metal pipes into the seabed, made it possible to collect cores (columnar samples) of more than 10 meters deep without disturbing the order of sediment stratification, gradually clarifying the history of sedimentation. As for rocks, in the past, the only way to determine the type of rocks on the surface layer was to drag a bucket-shaped dredger with teeth around the edge of its opening over the exposed seabed to collect rock fragments that happened to be chipped or to collect gravel that happened to be caught in the grab-type mud sampler. Only recently has it become possible to drill down to a depth of more than 1,000 meters into sediments and tens of meters into rocks on the deep sea floor, not to mention the continental shelf, and the type and age of the bedrock is gradually becoming clear.

[Tadashi Yasui]

Composition

The materials that make up the ocean floor can be divided into three categories according to their origin: (1) debris formed by the erosion of land, carried into the ocean via rivers and the atmosphere, and then settled; (2) the remains of organisms in the ocean that settled; (3) materials dissolved in seawater that precipitated; (4) space materials that fell to the ocean's surface and settled; (5) materials that were dumped artificially and deposited; and (6) materials that were added to the ocean directly or via the air through volcanic activity. These types of space materials do not exist alone, but are in a complex and intertwined state. Of these, type (4) space materials include tektites, which are fragments that melt when space dust or meteorites collide and solidify in the atmosphere, but these are present in very small amounts and are present among other materials. In addition, the amount of anthropogenic material (5) is not large, but thick deposits of coal refuse discarded from former high-speed passenger ships have accumulated on the seabed along the shipping route between Europe and North America in the North Atlantic, preventing the extraction of the sediments underneath.

Once suspended in seawater, debris sinks at a speed proportional to the square of the particle diameter. For example, coarse sand with a grain size of about 1 mm takes only 20 minutes to sink 1000 meters, but clay with a grain size of 2/1000 mm takes more than 9 years to sink 1000 meters. If seawater is stationary, debris that flows into the sea will settle and accumulate at that location, but since it is generally carried by ocean currents, the coarser debris is deposited closer to the shore and the finer debris is deposited further offshore. Conversely, the distribution of grain sizes of bottom sediments can provide clues to the route and process of deposition. For this reason, bottom sediments are classified by grain size. Of course, actual bottom sediments are a mixture of grain sizes, so various methods have been devised to express their composition.

Since most of the debris added from land is deposited in coastal areas, the terrestrial material that settles on the deep seafloor of the open ocean is mostly fine silt and clay, and the amount is extremely small, so the proportion of the remains of marine organisms and precipitates of dissolved substances in the sea is large. Organic matter, such as the remains of organisms, that contains 30% or more of organic material is called organic sediment.

[Tadashi Yasui]

Inorganic deposits

It is also called red clay due to its reddish brown to dark brown color. It is found on the deep seafloor and has the same composition as clay minerals on land, consisting of fine particles with diameters of 2/1000 of a millimeter or less. This is because calcium carbonate, the main component of biological remains, dissolves in the bottom water under low temperature and high pressure and does not settle on the seafloor, becoming mainly terrestrial sediments. Dissolution begins at a depth of about 5,000 meters, so it is most common in the Pacific Ocean, where many areas are deeper than this, and about half of that area is covered with red clay.

[Tadashi Yasui]

Organic Deposits

It is also called soft mud because it has a state similar to yokan. Most of the organic sediments are calcareous soft mud, which accounts for about 48% of the entire seafloor. In the Atlantic Ocean, which is particularly shallow, nearly 70% of the seafloor is covered with calcareous soft mud. Most of the composition is the precipitation of spherical calcareous shells of foraminifera, but in some places, near-pure calcium carbonate is deposited because calcium carbonate dissolved in the seawater precipitates under special shallow conditions. The calcium carbonate content is high, reaching an average of 82%, and it is white in color. Because it contains the remains of living organisms, the grain size is coarse, uneven, and rough to the touch. Siliceous soft mud is prominent on the deep seafloor near the high-latitude subpolar front, where diatoms grow explosively in early spring, dissolving calcium carbonate.

[Tadashi Yasui]

Terrestrial sediments

Coarse terrestrial sediments such as gravel are sometimes collected mixed with red clay or soft mud from the open ocean. These may occur when sediments that settle on the continental shelf and then flow intermittently down through submarine canyons or deep-sea channels, or when a part of the continental slope collapses during an undersea earthquake or other event, resulting in secondary deposition of turbidity currents that reach offshore, or when a continental glacier that had taken up sand and gravel is pushed out to sea and melts as it drifts, depositing only the sand and gravel on the seafloor.

[Tadashi Yasui]

Deposition rate

The rate at which sediments accumulate on the deep sea floor far from the coast is only a few millimeters per 1000 years for the finest red clay and a few centimeters per 1000 years for organic-rich calcareous mud, but is much faster on the periphery of land, generally several tens of centimeters per 1000 years. In some places, such as depressions at the foot of the continental slope, a sedimentation rate of several meters per 1000 years has been estimated, but this is due to the accumulation of large amounts of secondary sediments caused by turbidity currents, and this rate of sedimentation is not always maintained. Close to land, sediments accumulate at least several tens of centimeters per 1000 years, so that over the years, extremely high pressure is applied from above, and unsolidified sediments gradually change into solidified sediments and then into sedimentary rocks. If the initial deposits contain a lot of gravel they become conglomerate; if they are mostly sand they become sandstone; if they are mud they become slate or shale; if they contain a lot of volcanic ash they become tuff; and if they contain a lot of shells and foraminifera remains they become limestone.

When volcanic activity on the seafloor erupts magma directly onto the seafloor, it becomes a volcanic island or a seamount, with the bottom rocks exposed. Over time, suspended matter in the seawater and the remains of living organisms settle and become covered with sediments, but strong tidal and bottom currents can prevent this from happening, and they can also strip away and wash away the sediments that have already settled, so the rocks remain exposed for a considerable period of time. Even with the same volcanic rocks, those on the seafloor near continents and island arcs are mainly made up of andesite, while those in the oceans are mainly made up of basalt.

Under the sediments and sedimentary rocks lies bedrock. Drilling has been carried out in areas where the upper layers are thin, and samples of bedrock have been taken, leading to the same conclusion that the areas near the continents and island arcs are andesite, while the offshore areas are basalt.

[Tadashi Yasui]

The origins of the seafloor

Land and seabed

In the days when bathymetry required a great deal of effort and there was little bathymetry data, the ocean floor topography was thought to have only gentle undulations. Since only sedimentation occurs on the ocean floor, and not the erosion seen on land, it was naturally thought that there were no steep topographies on the ocean floor. However, as bathymetry technology advanced, the range in which depth could be measured expanded from points to lines, and from lines to surfaces, and it became possible to grasp topography in a relatively detailed manner, it became clear that the ocean floor also contained large mountain ranges, steep cliffs, volcanoes, and canyons that were more majestic than those on land. Therefore, it is not surprising that the idea emerged that the areas where land had collapsed were covered by seawater and became the sea.

On the other hand, there are also facts that show that the ocean floor and land are fundamentally different, such as the bedrock of the ocean floor being basalt, while that of the continental part being andesite. When an earthquake occurs, seismic waves travel as elastic waves inside the Earth, and if the material is heterogeneous, they are repeatedly reflected and refracted, gradually attenuating. By observing and analyzing these waves at various points on the surface of the Earth, it is possible to estimate the wave speed and thickness of the internal material. Although it is not known when and where an earthquake will occur, it is possible to generate elastic waves similar to those of a small earthquake by exploding explosives. Therefore, explosion seismology was developed, in which many receivers (geophones) are arranged at appropriate intervals on the surface of the Earth or near the sea surface, explosives are exploded, and the structure of the Earth and the land is studied to a depth of several hundred kilometers underground. As a result, it has become clear that the land and the sea floor are essentially different in structure, although the only difference between them is whether they are covered by seawater or not.

[Tadashi Yasui]

Differences in crustal structure from the mainland

On average, from the surface of the ocean there is a 4.5 km layer of seawater with a density of 1.03 and a longitudinal wave speed of 1.5 km per second, below which is a 450 m layer of soft sediments with a density of 2.3 and a longitudinal wave speed of 2 km per second, below which is a layer of great variation with a density of 2.7 and a longitudinal wave speed of 4 to 6 km per second, where sediments and volcanic material are mixing and hardening, below which there is a 4.7 km layer of basaltic rock with a density of 2.98 and a longitudinal wave speed of 6.7 km per second, below which there is peridotite with a density of 3.4 and a longitudinal wave speed of 8.1 km per second. The transition between the basalt and peridotite layers is called the Mohorovicic Discontinuity, or Moho for short, after the man who discovered that there is a jump in the speed of underground seismic waves at depth.

In contrast, under the land, about 18 kilometers from the surface, granite rocks with a density of about 2.73 and a longitudinal wave speed of about 5.9 kilometers per second are found, and below that is a layer of rocks with a density of 2.98 and a longitudinal wave speed of 6.7 kilometers per second for 17 kilometers, and below that is a layer of peridotite. The layer below this granite is made up of gabbro, which has the same density, wave speed, and chemical composition as basalt, but a different crystal structure. Therefore, the Moho, which forms the boundary between low-density rocks and large rocks, is 11.4 kilometers below sea level in the ocean, but 35 kilometers below the surface on land, and the continental masses made of light-density granite and gabbro float on the heavy peridotite layer, just like ice floats on water. Therefore, it is more natural to think that the sea did not form when land collapsed and became covered by seawater, but that the seabed and the continents were originally completely separate entities.

[Tadashi Yasui]

Plate Theory

Based on the oldest rocks found on land, the continents are thought to have existed about 4 billion years ago. It is difficult to imagine that the ocean and land were formed separately, so the ocean must have existed for a similar period of time, but rocks extracted from the ocean floor are at most 100 million years old, and no rocks older than that have been found. According to explosion seismology, even if you add up the layers of soft sediments and sediments that are starting to harden, the total is about 2 kilometers, but the rate at which the sediments accumulate is several millimeters per thousand years, even in the slowest places, so we can only recognize sediments from the last few hundred million years, and the whereabouts of sediments older than that are unknown.

There are many other differences in the properties of land and the ocean floor. Geomagnetic anomalies are small or irregular on land, but on the ocean floor they form regular stripes parallel to the axial valley of the mid-ocean ridge. The heat flow that flows out from the earth across the surface, or crustal heat flow, is also proportional to the amount of radioactive elements in the rocks that make up the surface of the earth on land and can be explained by the total amount of heat generated by the radioactive elements in the crust, but on the ocean floor it cannot be explained by the amount of heat generated by the crustal rocks, and it becomes smaller the further away from the mid-ocean ridge.

The ocean floor spreading theory was devised as a hypothesis to comprehensively explain many of these phenomena, and the plate theory is a further generalization of this theory. The Earth's surface is covered with a plate-like material called the lithosphere, which is about 100 kilometers thick. Under the plates is a material called asthenosphere, which is elastic in the usual sense, but can be considered as a fluid over a very long time period. Therefore, when the movement is very slow, such as with plates, there is no friction at the boundary. The oceanic lithosphere is generated by the eruption and intrusion of magma that wells up from deep inside the Earth along the axial valley. Since it is generated almost continuously, the lithosphere spreads on both sides of the axial valley. Immediately after magma is added, the entire plate is hot, so it is low in density and thick, and therefore the water depth is shallow and it does not exhibit magnetism.

In the axial valley, the amount of heat discharged through the ocean floor and the crustal heat flow are large, so the lithosphere cools rapidly and its temperature drops below the Curie temperature (573°C). At that time, it acquires magnetism according to the polarity of the geomagnetic field at that location. Since the Earth's magnetic field has switched between north and south poles at a rate of more than 10 times in the past 3 million years, the expanding lithosphere also becomes striped with alternating positive and negative magnetization parallel to the axial valley, and when the geomagnetic field is measured at the sea surface, striped anomalies appear. As you move further away from the axial valley, the temperature of the lithosphere drops further, the crustal heat flow decreases, and the thickness decreases due to thermal contraction, and the water depth increases. When the oceanic lithosphere comes into contact with the continental lithosphere, if it is sufficiently cooled and its density is greater than that of the continental lithosphere, it will sink below it, forming a trench. Even if it comes into contact with a continent, if there is no difference in the density of the lithosphere, it will become one with the continent and form the same plate.

This movement of plates is also supported by the fact that earthquakes along the axial valley are caused by forces that push the plates apart, while earthquakes near the ocean trenches are caused by forces that push the plates together. Drilling on the deep seafloor has also demonstrated that the age of the sediments directly above the bedrock is youngest near the mid-ocean ridge, and gets older the further away it is.

Submersible research vessels have made it possible to directly view the ocean floor, which had been dark for many years. In the axial valley of the Mid-Atlantic Ridge, pillow lava was seen to be generated intermittently, and off the coast of Mexico on the East Pacific Rise, a type of mid-ocean ridge on the Pacific side, several large volcanic columns were seen bubbling up into the sea with tremendous force. Both phenomena demonstrate the vigorous volcanic activity taking place in the mid-ocean ridge. Conversely, in the Middle American Trench, multiple normal faults parallel to the trench have formed on the seafloor just before the trench, and at the bottom of the trench, in the center of the smooth sedimentary surface, a very clear band of grooves where sediments have been disturbed continues in the axial direction of the trench, clearly showing the state in which the seafloor sediments are being sucked under the seafloor.

The speed of ocean floor movement is estimated to be between a few centimeters and tens of centimeters per year, depending on the basis of the estimation. The difference in speed is thought to be proportional to the distance from the central axis of rotation of the plates.

[Tadashi Yasui]

Seabed utilization and development

Seabed Resources

In the past, the use of the seafloor was limited to the continental shelf, and only in shallow areas near the coast. Mining was limited to tracking mineral deposits that extended from the coast on land into the sea. For example, mining was carried out on a small scale, such as undersea coalfields dug from onshore to find coal veins, oil and natural gas wells dug into the seabed at a depth of a few meters, and placer deposits of iron sand, tin sand, gold sand, diamond sand, etc. Recently, due to the depletion of mineral resources on land and the decrease in unused land in coastal plains, large-scale utilization of the seafloor is being planned. The background to this is that advances in science and technology are revealing the true nature of the deep seafloor, which was previously unknown, and methods of using it are becoming feasible, which is a major driving force behind this.

Oil and natural gas extraction is also gradually moving from coastal areas to deeper offshore areas. Nowadays, drilling alone is possible at depths of several thousand meters, but building and maintaining platforms for oil extraction is only possible in shallower waters due to financial constraints. To date, the deepest oil field is the Cognac oil field, which was built in 1978 at a depth of 312 meters on the northern coast of the Gulf of Mexico and is still in operation. North Sea oil fields are carried out on the continental shelf at a depth of about 150 meters, but because of their high latitude and the area frequently hit by storms, there have been several accidents where platforms have washed away or collapsed, demonstrating the ferocity of nature.

It is said that there are still about 400 billion kiloliters of oil reserves buried under the seabed, most of which is estimated to be in deeper waters and in the Arctic Ocean. Both of these are places with harsh natural environments, and efforts are continuing to overcome these conditions to discover and utilize the reserves.

Another major attraction of the seabed resources are heavy metals. It has been known since the end of the 19th century that there are areas where manganese nodules, which are sediments composed mainly of oxides and hydroxides of manganese and iron, are laid out on the seabed in layers like tree rings, with the exoskeletons of rocks and foraminifera as cores. They range in size from tiny ones measuring just a few tens of millimeters in diameter to gigantic ones weighing over 800 kilograms even when dried, but the average size is about the size of a potato. They are concentrated in areas with red clay sediments that have a slow rate of sedimentation, but areas with strong deep-sea bottom currents are considered particularly promising, and areas such as the central Pacific Ocean, near the Marquesas Islands, near the Drake Passage, the equatorial waters of the eastern Indian Ocean, and off the coast of the Cape of Good Hope have attracted attention. Manganese itself is cheap and not worth mining from the deep seabed, but it contains nearly 1% nickel, 0.5% copper, and trace amounts of cobalt and molybdenum. It is estimated that 290 million tons of nickel, five times the amount found on land, and approximately 100 million tons of cobalt, a whopping 60 times the amount found on land, lie dormant on the seabed.

In 1964, a high-temperature concentrated salinity water with a water temperature of 56°C and a salinity of 261/1000 (normal bottom water temperature of about 2°C and a salinity of about 35/1000) was observed in the middle of the Red Sea, at a depth of 2,167 meters, and a high-temperature concentrated salinity (regular bottom water is about 2°C and a salinity of about 1,000) and since sediments rich in heavy metals were collected at the same time, it has been estimated that there are hydrothermal deposits in the mid-axis valley of the seabed. Recently, due to the efforts of submersible research vessels, a line of hot hydrothermal eruption columns over 400°C was discovered, along with a row of hot hydrothermal eruption columns over 400°C, along with a row of zinc and about 6% copper and about 0.1% cobalt. It is said to be a high-grade deposit with a large amount of gold, silver, vanadium, and iridium, and is said to be researching and preparing to develop the actual situation as a mineral resource for the 21st century.

[Yasi Masaru]

Waste dumping underwater

Another form of seabed use is the problem of industrial waste dumping. Normal waste is also used to landfill on the coast of the continental shelf, but the biggest problem is deep-sea dumping of radioactive waste. High-level waste such as spent nuclear fuel is used to reprocess plants, but low-level waste such as those used for cleaning are stored for a certain period of time before being dumped. As in the United States, the country is vast and unused land such as deserts, and there are also plenty of stable land masses that do not fluctuate, such as shields, and in Japan, it is possible to dump buried reserves.

The Organization for Economic Cooperation and Development's Nuclear Energy Agency (OECD/NEA) has already been dumping low-level radioactive waste on the seabed at a depth of about 4,000 meters, off the Iberian Peninsula in the Atlantic Ocean since 1967. In Japan, preparations are being made to dump low-level waste into the seabed, and the seabed at a depth of about 6,000 meters, at a depth of 30 degrees north latitude and around 147 degrees east (about 850 kilometers northeast of the Boso Peninsula) is called Point B, making it a promising candidate site.

Some radioactive waste has a long half-life, and it is dangerous to dump it unlimitedly on the seabed, so the United Nations International Atomic Energy Agency (IAEA) has taken the lead in creating the London Dumping Convention, which has set various restrictions on dumping, calling for countries to comply. As long as these restrictions are followed, there will be no danger for at least 40,000 years, but on the other hand, an even safer dumping method is being considered by the US and the IAEA to return it to the asthenosphere from the trench along with the marine plate.

[Yasi Masaru]

International use of the seabed

In an age where humans lack great technology, the seabed could only be considered the same as a worthless desert, and it was considered free to do anything from three nautical miles (about 5.6 km) from the coast, as the high seas. Since the UN General Assembly in 1967, when the use of the seabed was increasing due to advances in science and technology, a representative of Malta proposed and adopted that the deep seabed should be placed under the control of the United Nations and used only as a common property for humanity for peace purposes, the issue of the seabed became one of the issues of the International Congress of the Law of the Sea, but in 1982, an agreement was finally reached.

The coastal seas were established outside the territorial waters of 12 nautical miles (approximately 22 kilometers) that were treated the same as on land, with the shape of the continental shelf, with mineral and subterranean biological resources belonging to coastal countries, ranging from 200 nautical miles (approximately 370 kilometers) to less than 350 nautical miles (approximately 648 kilometers). The seabed resources on the outside of the high seas were developed internationally as property shared by humanity, and the benefits raised therefrom were used for developing countries with little resources. The International Seabed Organization was organized and managed.

As seabed use and development become more active, conflicts will arise with the traditional ocean use, disruptions will arise in the traditional economic order centered on land resources, and many problems will arise that will require resolution, but it is necessary to strive to conform to the United Nations' philosophy as the last resource on Earth.

[Yasi Masaru]

"Iwanami Lectures: Earth Sciences 11: The Changing Earth II: Ocean Underground" (1979, Iwanami Shoten)" (edited by Ueda Seiya, Kobayashi Kazuo, et al.)" ▽ "Sato Tomohiro, "Maps of the Sea" (Chuoko Shinsho)" ▽ "Sato Tomohiro, "Deep Sea Bed and the Continental Shelf" (1981, Kyoritsu Publishing)" ▽ "Kobayashi Kazuo, "What's happening at the Deep Sea Bed" (Kodansha, Bluebacks)"

Seabed classification
©Shogakukan ">

Seabed classification

Seabed geology age
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Seabed geology age

Classification by particle size of sediment
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Classification by particle size of sediment

Classification of deep sea sediments by origin
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Classification of deep sea sediments by origin

Comparison of land and oceanic crustal structures
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Comparison of land and oceanic crustal structures

Source: Shogakukan Encyclopedia Nipponica About Encyclopedia Nipponica Information | Legend

Japanese:

地球の表面で、海水に覆われているところ。地球の全表面積のうち約70％は海水に覆われ、海底となっている。人間は陸上に生活の場を築いてきたので、陸地に関心を奪われ、ともすると海底のことを忘れがちである。しかし、地球全体を眺めると、陸地は例外的な異常部で、海底がもっとも普通の状態であると考えるべきである。残念なことに、海水は大気に比べて著しく透明度が低く、視覚による調査が困難だった。このため、私たちの海底に関する知識は、陸地に関する知識よりはるかに劣り、ときには、地球から38万キロメートルも離れた月でさえ、明部に関する限り、海底よりは多くのことがわかっていると極言する人すらある。しかし、最近の目覚ましい科学技術の発達で、調査も急激に活発になってきた。その背景には、陸上の資源が枯渇してきて、海底資源の利用を余儀なくされつつある事実や、陸上に山積しつつある産業廃棄物を海底に投棄する必要性などが存在している。

［安井　正］

海底地形

海底探査の歩み

航海が、もっとも容易で、もっとも経済的な大量輸送手段であることは、今も昔も変わらない。航海の安全には、海の深さを知ることが必要である。海の深さを測る「測深」が船の発明と時を同じくして生まれたことは、想像にかたくない。船の先端で、ロープにおもりをつけたものを水中に垂らし、その着底までに繰り出されたロープの長さにより海の深さを測り、船の安全航行や陸からの遠近を知る手掛りとしていたことが、古代墳墓の壁画や聖書の記述からもうかがえる。当然のことながら、海岸に近い浅海の海底地形がまず調べられていった。

　19世紀に入ると、海底電線を敷設して、電信により大陸間の情報交換を迅速化する事業が始められた。1851年から数次にわたり、敷設予定経路に沿って、北大西洋の測深が精力的に行われた。当時の測深は、麻ロープの先端におもりをつけて海中に投じ、着底までに繰り出されたロープの長さを基にして深さを、またおもりの先端のへこみの牛脂に付着してきた試料により底質を知る「索測深」が唯一の方法であった。ロープの回収に蒸気エンジンが使われてはいたが、1回の測深に要する労力も時間も莫大(ばくだい)であったうえに、精度にも問題があった。にもかかわらず、大西洋の中央部の大西洋中央海嶺(かいれい)を探り当て、伝説中のアトランティス大陸を発見したとたいへんな話題になった。

　第一次世界大戦後に音響測深機が発明され、第二次世界大戦後の電子技術により改良されて、測深は、労力も要らず、連続的に精確な記録が得られるようになった。その結果、海底地形に関する知識も飛躍的に増大して、かつて資料のないころは平坦(へいたん)と考えられた深海底にも、陸上と同じように、山や丘もあるし、谷や川のような地形もあることがわかってきた。

［安井　正］

大陸棚と大陸斜面

海底地形を深さ別に大きく分けると、大陸棚、深海底、この両者をつなぐ大陸斜面、大陸斜面と深海底の間にある海溝、深海底の真ん中に延々と続く中央海嶺とになる。

　大陸棚は、海岸に引き続いた浅い海で、海水に覆われてはいるが、陸地の海岸部にある大陸台地の延長と考えられている。たいへんに緩やかな斜面で、平均勾配(こうばい)は沖へ1000メートル行くと2メートル深くなる割合である。おまけに平坦で、比高が20メートル以上の堆(たい)や礁(しょう)はほとんどない。

　大陸棚を沖に向かっていくと、急に海底の傾斜が大きくなり、深海底へ落ち込んでいく大斜面となる。これが大陸斜面である。大陸棚と大陸斜面との境の深さは、平均で約140メートルである。傾斜が大きいといっても、平均で1000メートル当り70～80メートルの割合で、陸上の地形に比べれば、それほど大きなものではない。しかし、比高が4000～5000メートルあることは珍しくはないから、もし直接眺めることができれば、一大景観であることは間違いない。

　大陸斜面は、やがて深海底へと移行していくが、日本のような島弧の沖合いでは、いったん海溝とよばれる狭く細長くて深い凹部へ落ち込んだのち、ふたたび浅くなって深海底となる。大陸棚から大陸斜面にかけては、所々に海底谷(かいていこく)とよばれる幅広くV字型のへこみが深海底へと続いている。陸上の河川の延長上のこともあるし、旧河口の延長上のこともある。ときどき、海水と浅海の沈殿物とが混ざり合って海底谷を流れ落ち、陸性堆積(たいせき)物を深海に運び込む。この海水と泥砂との流れを混濁流またはタービダイトturbiditeとよぶ。とくに海底地震などにより大陸斜面の一部が崩れて大量の泥砂が混入すると、混濁流の規模が大きくなり、ときには秒速20メートル以上の激流となって流れ落ち、海底を大きく侵食するばかりでなく、海底電線が切断されたりする。

［安井　正］

深海底の地形

大陸斜面が直接深海底に移行しているときには、混濁流によって運び込まれた泥砂は深海底に堆積する。大陸斜面からあまり遠くない所に高まりがあると、堆積物はせき止められて厚い堆積層となり、基盤の小さな凹凸を覆い隠して、平坦な深海平原となる。堆積物で覆い隠されない高まりは、その形状と密集度とにより、海丘、海山、ギヨーguyot（平頂海山）、海台、あるいは海山群、海山列、海山脈などとよばれ、へこみは海盆、トラフtroughなどとよばれる。海底谷を流れ落ちた混濁流は、ときには余勢を駆って深海底をも侵食し、河床状の浅いへこみと、その両側に沖積堤状の高まりをつくり、深海チャネルとして海底谷につながっている場合もある。

　大陸斜面と深海底との間に海溝のある場合は、陸性の堆積物は大部分が海溝でせき止められて、沖合いの深海底にはすこししか到達しない。したがって、海底の基盤の凹凸も埋没されることなく保存されて、平均比高300メートル、平均直径数キロメートルの海丘が広い範囲にわたって続く深海海丘域となっている。大陸との境に海溝のない大西洋では深海底の大部分が深海平原となり、海溝に取り囲まれている太平洋では深海底の80％は深海海丘域となっている。

　大洋の中ほどには、三大洋にまたがって地球を取り巻く形で、比高3000メートル、幅約1100キロメートルの中央海嶺が延々と連なり、総延長は7万5000キロメートルにも及んでいる。中央海嶺の軸にあたる中央部は、幅が20～30キロメートル、比高約2000メートルの谷となっており、リフト（中軸谷）とよんでいる。中央海嶺は、所々で数十キロメートルから数百キロメートルにも及ぶ水平断層のような食い違いが生じている。この断層の両側では水深や地形にも非常にはっきりした不連続が生じていて、この部分を地形からは断裂帯とよんできたが、成因のほうからはトランスフォーム断層にあたる。実際の海底地形は複雑でまだ詳しいことのわからない部分もある。

［安井　正］

海底の底質

底質調査

海底の底質は、岩石と堆積物とに大別される。底質は、かつては索測深に用いるおもりの底面のへこみに牛脂を塗って、着底時に付着してくる物質を調べる以外に方法がなかったので、非常に単純な分類しかできなかった。その後、つかみ取り式の採泥器が考案されて、軟らかい底質の場合には、ある程度は多量の採取が可能になって、海底表層部の組成がわかってきた。さらに、金属パイプを海底に打ち込むピストン・コアラーが使用されるようになって、堆積物の成層の順序を乱すことなく、10メートル以上のコア（柱状試料）が採取できるようになり、堆積の歴史が徐々に明らかにされてきた。岩石についても、以前は開口部の周縁に歯の付いたバケツ状のドレッジャーで岩盤の露出した海底を引き回して、たまたま欠けた岩片を採取したり、つかみ取り採泥器に偶然挟まれてきた礫(れき)を回収したりして、表層の岩石の種類を知ることができる程度であった。最近になってようやく、大陸棚はもちろんのこと、深海底でも堆積物ならば1000メートル以上、岩石でも数十メートルに達するボーリングが可能になって、基盤の岩石の種類や年代もしだいに判明しつつある。

［安井　正］

構成物質

海底を構成する物質を起源別に分けると、(1)陸が侵食されてできた岩砕が、河川、大気などを通じて海中に搬入されて沈殿した。(2)海中の生物の遺骸(いがい)が沈殿した。(3)海水中の溶存物質が析出して沈殿した。(4)海面に降下した宇宙物質が沈殿した。(5)人為的に投棄されたものが沈積した。(6)火山活動により、直接または空中を経由して海中に付加された。などがあるが、これらが単独に存在するわけではなく、複雑に入り組んだ状態となっている。このうち(4)の宇宙物質としては、宇宙塵(じん)や隕石(いんせき)が衝突したときに、衝撃で溶けた破片が大気中で固まったテクタイトなどがあるが、ごく微量で他の物質の間に介在する程度である。また(5)の人為的投下物質も量としては多くはないが、北大西洋のヨーロッパ―北アメリカ間の航路沿いの海底には、かつての高速客船から捨てられた石炭がらが分厚く沈積して、その下にある堆積物の採取を阻んでいる。

　いったん海水中に浮遊した岩砕は、その粒子の直径の2乗に比例する速度で沈降する。たとえば粒径1ミリメートルくらいの粗砂は1000メートル沈むのに約20分しかかからないが、粒径1000分の2ミリメートルの粘土は1000メートル沈むのに9年あまりもかかる。海水に動きがなければ、海中に流入した岩砕はその場所で沈殿して堆積するが、一般には海流にのって運搬されるから、粗いものほど海岸近くに、細かいものほど沖のほうに堆積する。逆に、底質の粒径の分布から、堆積するまでの経路や過程を知る手掛りが得られる。このため、底質を粒径により分けることが行われている。もちろん、実際の底質は各種の粒径のものが入り混じっているので、その組成を表す方法がいろいろ考案されている。

　陸から加えられる岩砕の大部分は沿岸部で堆積するから、外洋の深海底に沈殿する陸性の物質は、シルトや粘土の細かいものばかりで、量も著しく微量になるので、海中の生物の遺骸や海中の溶存物質の析出したものなどの占める割合が大きくなる。生物の遺骸など有機性の物質が30％以上含まれているものは、有機堆積物と名づけられている。

［安井　正］

無機堆積物

赤褐色ないし暗褐色を呈しているところから、赤粘土ともよばれている。水深の深い海底にみられ、陸上の粘土鉱物と同じ組成で、直径が1000分の2ミリメートル以下の微粒子からなる。生物遺骸の主成分である炭酸カルシウムが低温・高圧下で底層水に溶解されて海底に沈殿せず、陸性堆積物が主になるからである。溶解を始める深さは約5000メートルであるから、それ以上の深さのところの多い太平洋にもっとも多く、その約半分は赤粘土で覆われている。

［安井　正］

有機堆積物

羊かんのような状態をしており、軟泥ともよばれている。有機堆積物のうちの大部分は石灰質軟泥で、全海底の約48％を占め、とくに水深の割合に浅い大西洋では70％近い海底は石灰質軟泥で覆われている。その組成の大部分は有孔虫の球形の石灰質外殻が沈殿したものであるが、浅い特殊な環境のもとでは、海水中に溶解されている炭酸石灰が析出して沈殿し、純粋に近い炭酸石灰の堆積している所もある。炭酸石灰の含有量は高く、平均でも82％に達し、白色を呈している。生物の遺骸を含むため、粒径は粗く、不ぞろいでざらざらした感触である。春先に珪藻(けいそう)が爆発的に増殖する高緯度の亜寒帯前線付近で炭酸石灰を溶解する深海底では珪質軟泥が目だっている。

［安井　正］

陸性堆積物

ときには外洋の赤粘土や軟泥に混じって礫(れき)などの粗い陸性堆積物が採取されることがある。大陸棚上に沈殿しいったん落ち着いたものが、海底谷や深海チャネルを通って間欠的に流れ落ちたり、海底地震のときなどに大陸斜面の一部に崩壊がおこり、混濁流として沖合いにまで達したものが二次的に堆積した場合と、砂礫を取り込んでいた大陸氷河が海上に押し出され、漂流中に溶けて砂礫だけが海底に堆積した場合とがある。

［安井　正］

堆積速度

沿岸から遠い深海底の堆積物の積もる速さ（堆積速度）は、粒径のもっとも細かい赤粘土の所では1000年につき数ミリメートル、有機物の多い石灰質軟泥でも1000年につき数センチメートルにすぎないが、陸地の周縁部ではもっと大きくなり、一般的には1000年につき数十センチメートルである。なかには、大陸斜面の脚部にある凹部などで1000年につき数メートルの堆積速度が推定されることがあるが、混濁流などにより二次堆積物が大量にたまったもので、この堆積速度がつねに保たれているわけではない。陸に近い所では、少なくとも1000年に数十センチメートルずつ堆積物が積もっていくから、年月のうちに上部からたいへん高い圧力を加えられ、未凝固堆積物もしだいに凝固堆積物を経て堆積岩へと変化していく。最初の堆積物に礫がたくさん混じっていた場合には礫岩に、大部分が砂の場合は砂岩に、泥の場合は粘板岩や頁岩(けつがん)に、多量の火山灰が含まれていた場合には凝灰岩に、貝殻や有孔虫の遺骸が多量に含まれていた場合には石灰岩となる。

　海底の火山活動で、岩漿(がんしょう)が海底に直接噴出すると、火山の孤島となるか海山となり、底質は岩石が露出する形になる。その後年代がたつと海水中の懸濁物質や生物の遺骸が沈殿して堆積物で覆い隠されていくが、潮流や底層流が強いと堆積を妨げられ、またいったん沈殿した堆積物をもはぎ取って洗い流すので、相当の期間は露岩のままである。同じ火山性の岩石でも、大陸や島弧に近い海底のものは、主として安山岩に近い組成でできているが、大洋の中のものは主として玄武岩に近い組成となっている。

　堆積物と堆積岩の下にも基盤となる岩石がある。上層の厚みの薄い所をねらってボーリングを行い、基盤岩の一部を採取した結果、大陸や島弧近くは安山岩質で沖合いは玄武岩質という、同様な結論になりつつある。

［安井　正］

海底の生い立ち

陸地と海底

測深にたいへんな労力を要して測深資料が少なかった時代には、海底地形には非常になだらかな起伏しかないように思われていた。海底においては堆積作用のみが行われ、陸上にみられる侵食作用は行われてはいないから、海底に峻嶮(しゅんけん)な地形のないのは当然のようにも考えられた。しかし測深技術の進歩とともに、深さのわかる範囲が点から線へ、線から面へと広がって、ある程度細かい地形がつかめるようになると、海底にも、陸上よりも雄大な大山脈や急な崖(がけ)、火山、峡谷などがあることが明らかになってきた。したがって、陸の陥没したところが、海水に覆われて海になったとする考え方が出ても不思議ではない。

　しかし一方では、海洋底の基盤岩石は玄武岩質であるのに、大陸部は安山岩質となるなど、海洋底と陸とが根本的に異なることを示す事実もある。地震がおこると地震波は地球内部を弾性波として進み、物質が不均質の場合には反射と屈折を繰り返し、しだいに減衰していく。この波動を地表のあちらこちらで観測、解析すると、内部物質中の波速とその厚みを推定することができる。地震はいつ、どこでおこるかわからないが、火薬を爆発させれば、小さな地震と同じような弾性波をおこすことができる。そこで、地表または海面付近に、多くの受波器（ジェオ・フォーン）を適当な間隔に配列し、火薬を爆発させて、地下数百キロメートルの深さまでの構造を研究する爆破地震学が発達した。その結果、陸地と海底とは、見かけのうえでは海水に覆われている・いないの違いにすぎないが、本質的に構造そのものが異なることがわかってきた。

［安井　正］

陸との地殻構造の相違

平均的にみて、海の場合は表面から、密度1.03、縦波の速さ毎秒1.5キロメートルの海水の層4.5キロメートルがあり、その下に密度2.3、縦波の速さ毎秒2キロメートルの軟らかな堆積物の層が450メートル、さらにその下は密度2.7で縦波の速さ毎秒4～6キロメートルと変化の大きい層になり、堆積物と火山物質とが混じり合って固まりつつある状態にある。その下に密度2.98、縦波の速さ毎秒6.7キロメートルの玄武岩質の岩石の層が4.7キロメートルにわたり存在し、その下に密度3.4、縦波の速さ毎秒8.1キロメートルの橄欖(かんらん)岩が現れる。玄武岩質の層と橄欖岩の層との変わり目は、地下の地震波の速さに飛躍のおこる深さがあることを発見した人の名にちなみ、モホロビチッチ不連続面、または略してモホ面とよばれている。

　これに対して陸の下では、地表から約18キロメートルは、密度約2.73、縦波の速さ毎秒約5.9キロメートルの花崗(かこう)岩質の岩石で占められ、その下は密度2.98、縦波の速さ毎秒6.7キロメートルの岩石の層が17キロメートルあり、さらにその下に橄欖岩の層が現れる。この花崗岩の下の層は、密度と波の速さも化学組成も玄武岩と同じであるが、結晶状態の異なる斑糲(はんれい)岩からなっている。したがって、密度の小さい岩石と大きい岩石との境をなすモホ面は、海では海面下11.4キロメートルにあるのに、陸では地表下35キロメートルの深い所にあり、密度の軽い花崗岩と斑糲岩からなる大陸塊が、あたかも氷が水に浮くように、重い橄欖岩の層の上に浮いている形になっている。したがって、海は陸が陥没して海水に覆われたものではなく、海底と大陸とはもともとまったく別であると考えるほうが自然である。

［安井　正］

プレート理論

大陸は、陸上でみつかった最古の岩石から、約40億年前には存在したと考えられている。海と陸とが別個にできたとは考えにくいから、海も同じぐらい昔からあったはずではあるが、海底から採取された岩石は古いものでもせいぜい1億年前で、それ以上のものはみつかっていない。また爆破地震学によれば軟らかい堆積物と固まりかけている堆積物との層をあわせても、約2キロメートルであるが、堆積物の積もる速さは、遅い所でも1000年につき数ミリメートルはあるから、せいぜい最近数億年分の堆積物が認められるだけで、それより古い堆積物は行方がわからないことになる。

　陸と海底との性質の相違はほかにもたくさんある。地磁気の異常は、陸上では小さいか不規則であるが、海底では規則正しく中央海嶺(かいれい)の中軸谷に平行する縞(しま)状となる。地表を横切って地中から外へ流れ出る熱流量、地殻熱流量も、陸上では地表付近を構成する岩石の放射性元素の量に比例し、地殻の有する放射性元素の発熱量の総和から説明がつくが、海底では地殻の岩石の発熱量では説明がつかず、かつ中央海嶺から遠ざかるにしたがって小さくなっている。

　このような多くの現象を包括的に説明する仮説として考え出されたのが海洋底拡大説であり、さらにそれを一般化したのがプレート理論である。地球表面は厚さ約100キロメートルのリソスフェアlisosphereとよばれるプレート状の物質で覆われている。プレートの下はアセノスフェアasthenosphereと名づけられる物質で、通常の感覚では弾性体であるが、非常に長い時間で考えれば流動体とみなすことができる。したがってプレートのように非常に動きの遅い場合には、その境界に摩擦は生じない。海洋リソスフェアは、中軸谷に沿って地球深部からわき上がってくるマグマの噴出、嵌入(かんにゅう)などによって生成される。ほぼ連続的に生成されるので、リソスフェアは中軸谷の両側に広がっていく。マグマが付加された直後は、プレート全体が高温であるから、密度も小さく厚みもあり、したがって水深も浅く、磁性も示さない。

　中軸谷では、海底を通じての熱放出量、地殻熱流量が大きいので、リソスフェアは急激に冷却されて、温度がキュリー温度（573℃）より低くなる。そのときに、その場所の地磁気の極性に応じた磁性を獲得する。地球の磁場は、過去300万年に十数回の割合で南北両極が入れ替わっているから、拡大するリソスフェアも、それに応じて中軸谷に平行して正逆交互に帯磁した縞(しま)状の構成となり、海面で地磁気を測定すると、縞模様の異常が現れるようになる。さらに中軸谷から遠ざかると、リソスフェアの温度はますます下がり、地殻熱流量も小さくなり、また熱収縮で厚みも減り、水深は深くなっていく。大陸リソスフェアと接するときに、海洋リソスフェアが十分に冷却されていて、大陸リソスフェアの密度より大きくなっていると、その下へ沈降していき、そこに海溝が生ずる。大陸と接しても、リソスフェアの密度に差がなければ、大陸と一体となって同一のプレートを構成する。

　このプレートの動きは、中軸谷に沿った地震が、両側に押し広げられるような力でおこされるのに対し、海溝付近の地震は、互いにぶつかり合うような力でおこされることでも裏づけられる。深海底でボーリングを行った結果でも、基盤岩の直上の堆積物の年代は、中央海嶺付近がいちばん新しく、遠ざかるにしたがって古くなっていることが実証された。

　潜水調査船は、長年暗黒であった海底を直接目で見ることを可能にした。大西洋中央海嶺の中軸谷では、枕(まくら)状溶岩が間欠的に生成されているさまが見られたし、太平洋側の中央海嶺の一種、東太平洋海膨(かいぼう)のメキシコ沖では、海中をすさまじい勢いでわき上がる大噴気柱が何本も目撃されている。いずれも中央海嶺で行われている火成活動の活発さを実証する現象である。また逆に、中米海溝においては、海底が海溝直前で海溝に平行した幾重もの正断層を生じており、また海溝の底部では平滑な堆積面の中央部に、海溝の軸方向に、堆積物の攪乱(かくらん)された溝が非常に明瞭(めいりょう)に帯状に続き、海底堆積物が海底下に吸い込まれていく状態を如実に示している。

　海底の移動の速さは、推定の根拠によっていろいろな値が出されているが、ほぼ1年に数センチメートルから十数センチメートルと見積もられる。速さの相違は、プレートが回転運動をしており、回転の中心軸からの距離に比例すると考えられている。

［安井　正］

海底の利用と開発

海底資源

かつて海底の利用は大陸棚、それも海岸付近の浅い所に限られていた。陸上の沿岸部にある鉱床が海域にまで延びているのを追って採鉱を進める程度であった。たとえば、石炭の鉱脈を陸上から掘り進んだ海底炭田、水深数メートル程度の海底に掘られた油井や天然ガス井、漂砂鉱床としての砂鉄、砂錫(さすず)、砂金、砂ダイヤなどの採鉱など、いずれも小規模なものであった。最近は陸上の鉱物資源の枯渇、沿岸平野部にある未利用地の減少などのために、大規模な海底利用が計画されつつある。その背景としては、科学技術の進歩により、いままで未知とされた深海底の実態が明らかにされつつあるとともに、その利用方法にも実現性が出てきたことが大きな推進力となっている。

　石油、天然ガスの採掘も、沿岸部からしだいに沖合いの深い所に進出しつつある。いまやボーリングだけならば数千メートルの深海底でも可能であるが、採油のためのプラットフォームを建設維持することは、資金的に、もっと浅い海域でしかできない。現在までのところ、1978年にメキシコ湾の北岸の水深312メートルに建設され、操業中のコニャック油田が最深である。北海油田は水深150メートル前後の大陸棚で行われているが、高緯度で暴風雨の常襲海域であるため、プラットフォームの流出、倒壊などの事故が数次にわたっておこり、自然の恐ろしさを現示している。

　海底にはまだ約4000億キロリットルの石油が発見されずに埋蔵されているといわれ、その大部分はさらに水深の深い所と北極海にあると推定されている。いずれも自然環境のより厳しい所で、それを克服して発見、利用する努力が続けられている。

　海底資源のもう一つの目玉は重金属である。マンガンと鉄の酸化物および水酸化物を主成分とする沈殿物が、岩石や有孔虫の外殻などを核として年輪状に層をなして塊となっているマンガン団塊が海底に敷き詰められた海域があることは、19世紀末から知られていた。直径が1000分の数十ミリメートルの細かなものから、乾燥してもなお800キログラムを超す巨大なものまであるが、ジャガイモくらいの大きさが普通である。堆積速度の遅い赤粘土の底質の所に密集しているが、深海底層流の強い所はとくに有望視され、中部太平洋、マルケサス諸島付近、ドレーク海峡付近、東インド洋赤道海域、喜望峰沖などが注目を集めている。マンガン自体は価格も安く深海底から採鉱する価値はないが、1％近いニッケル、0.5％の銅のほかに、微量ながらコバルト、モリブデンが含まれており、とくにニッケルは陸上埋蔵量の5倍にあたる2.9億トン、コバルトは陸上埋蔵量の実に60倍の約1億トンが海底に眠っていると推定される。

　1964年に、紅海の中央部、深さ2167メートルの海底で、水温56℃、塩分1000分の261の高温濃塩分水（普通の底層水は、水温約2℃、塩分約1000分の35）が観測され同時に重金属に富む堆積物が採取されて以来、海底の中軸谷に熱水鉱床があるらしいことが推定されていた。最近になって潜水調査船の活躍により、東太平洋のメキシコ沖の約2600～2700メートルの中軸谷付近で、400℃を超える熱水の噴出柱の列とともに、約29％の亜鉛、約6％の銅さらに0.1％前後のコバルトを含む硫化鉄鉱床が発見された。金、銀、バナジウム、イリジウムなども多い高品位な鉱床といわれ、21世紀の鉱物資源として実態の調査と開発の準備が進められていると伝えられる。

［安井　正］

廃棄物の海底投棄

海底利用の他の形態として、産業廃棄物の海底投棄も問題化している。通常の廃棄物は大陸棚沿岸部の埋立てにも利用されているが、いちばん大きな問題は、放射性廃棄物の深海底投棄である。使用済み核燃料のような高レベルのものは再処理工場に回されるが、清掃に使用したものなど低レベルの廃棄物は、一定期間保管したのちに捨てられる。アメリカのように国土も広大で砂漠などの未利用地も広く、また楯状地(たてじょうち)などの変動のない安定地塊にも恵まれていれば、埋蔵投棄も可能であるが、日本などでは海洋投棄によらざるをえない。

　すでに経済協力開発機構の原子力機関（OECD／NEA）では、1967年以来、低レベルの放射性廃棄物を、大西洋のイベリア半島沖、深さ約4000メートルの海底に投棄を続けている。日本でも低レベル廃棄物を海底に投棄する準備を進め、北緯30度、東経147度付近（房総半島の北東約850キロメートル）の水深約6000メートルの海底を、B点と名づけ有力候補地としている。

　放射性廃棄物のなかには半減期の長いものもあり、無制限に海底に投棄することは危険であるので、国連の国際原子力機関（IAEA）が中心となってロンドン投棄協約London Dumping Conventionをつくり、投棄に種々の制限を設け各国に遵守を呼びかけている。この制限を守る限り、今後少なくとも4万年は危険はないものとしているが、一方ではさらに安全な投棄法として、海洋プレートといっしょに海溝部からアセノスフィアへ還元してやる画期的な方法についても、アメリカやIAEAで検討されている。

［安井　正］

海底の国際利用

人間がたいした技術をもたない時代には、海底は価値のない砂漠と同じにしか考えられず、沿岸から3海里（約5.6キロメートル）以遠は公海として、何をするのも自由とされていた。科学技術の進歩から海底の利用価値の高まりつつあった1967年の国連総会でマルタの代表が、深海底を国連の管理下に置いて人類の共有財産として平和目的にのみ利用すべきである、と提案し採択されて以来、海底問題は国際海洋法会議の争点の一つとなったが、1982年に至りようやく合意が成立した。

　国家の主権を認め、陸上と同じに扱う12海里（約22キロメートル）の領海の外側に、大陸棚の形状により200海里（約370キロメートル）以上350海里（約648キロメートル）以内の、海底の鉱物資源や底棲(ていせい)生物資源が沿岸国に所属する海域を設けた。その外側の公海の海底資源は、人類共有の財産として国際的に開発して、そこからあがる利益は資源に恵まれない発展途上国のために使おうという考えのもとに、国際海底機構を組織して管理にあたらせることとなった。

　海底の利用、開発が活発になるにつれ、海洋の在来の利用形態との間に対立を生じたり、陸上資源を中心にした従来の経済秩序に混乱が生じたり、解決を要する問題がたくさん出てくるであろうが、地球上における最後の資源として、国連の理念に沿うよう努力することが必要である。

［安井　正］

『上田誠也・小林和男他編『岩波講座　地球科学11　変動する地球Ⅱ　海洋底』（1979・岩波書店）』▽『佐藤任弘著『海底の地図』（中公新書）』▽『佐藤任弘著『深海底と大陸棚』（1981・共立出版）』▽『小林和男著『深海底で何が起こっているか』（講談社・ブルーバックス）』