海底音響探知 - 深海の霧を晴らす

制作：中国科学普及協会

著者: 郭正 (中国科学院音響研究所東シナ海研究ステーション)

プロデューサー: 中国科学博覧会

インターネットでは、地球は「青い惑星」と呼ばれることが多い。これは、地球の表面が「7 分の 1 が水で、3 分の 1 が陸地」であり、陸地が地球の表面の約 30% を占め、海が地球の表面の約 70% を占めていることを意味する。ですから、宇宙を見回すと、地球は青い惑星のように見えます。

海は地球に青さを添えるだけでなく、石油、天然ガス、可燃性氷、多金属地殻など、貴重な資源を多数含んでいます。そのため、海の謎を解明できれば、資源の開発と利用が容易になります。また、海底の地質構造や地形を理解することは、地球のプレートの動きや地層の変化などを研究する上でも重要です。

神秘的で広大な海をどうやって探検するのでしょうか?音響探知は海底探知の効果的な手段であり、研究上の価値が非常に高いです。

図1：南シナ海の可燃性氷と海底多金属クラストの試験採掘

（画像出典：1. Sohu https://m.sohu.com/a/249639518_100194551/?pvid=000115_3w_a

2. 山東海（https://mp.weixin.qq.com/s/oNCFBM-STiQCpaCmxzFm4Q）

海底音響探知の課題

「空は高く、鳥は自由に飛び、海は広く、魚は自由に跳ねる」ということわざは、誰もが知っています。しかし、なぜ「空は高い」ではなく「海は深い」と言わず、「海は広い」と言うのか考えたことがありますか？

これは、海が深くなるにつれて、水環境の圧力も増加するためです。深海の高圧に適応した一部の生物を除いて、他の生物はそのような高圧環境では必然的に生き残ることができません。さらに、光が不足し、温度が低いため、深海は必然的に極めて豊かな生命の楽園とは言えません。 （実は、鳥は空が高くても自由に飛ぶことはできません。同様の原理で、高高度では空気が薄いため、高高度で鳥が生き残ることは難しいのです。）

当然のことながら、「海の深さ」は、海底音響探知を行う上で直面する困難の 1 つとなります。普通の生物が海底のこのような高圧に耐えることは困難ですが、幸いなことに私たちはさまざまな検出機器を持っています。

図2 深海底とそこに生息する様々な深海生物：海底生物群集、アンコウ、ダンボ、マクラゲ

(画像出典: Sohu https://www.sohu.com/picture/240705294)

海底音響探知機器と簡単な原理

諺にもあるように、「仕事をうまくやり遂げたいなら、まず道具を研がなければならない」。海底音響探知研究を実施するには、確かに一連の技術的および設備的な準備が必要です。マルチビームソナー、浅層地下プロファイラー、サイドスキャンソナー、水中ロボット（遠隔操作車両、ROV）など、水中で「目と耳」として機能する機器が必要です。これらのデバイスのほとんどは、音響方法を使用して水中検出活動を行います。

図3 マルチビームソナー、サブサーフェスプロファイラー、サイドスキャンソナー、水中ロボット（ROV）

（画像出典：1. 青島ウォーターツール http://www.watertools.cn/index.php/product/info/311?one_id=248&two_id=323&parent_id=289

2. 青島ウォーターツール http://www.watertools.cn/index.php/product/info/303?one_id=248&two_id=294&parent_id=289

3.捜狐 https://www.sohu.com/a/349110652_743632

4.捜狐 http://it.sohu.com/a/442729792_100275934)

では、これらのデバイスはどのように機能するのでしょうか?

これらの水中探知ソナー装置の動作原理は、動物のエコーロケーションと共通点があります。つまり、海底に音波を発し、エコーを受信し、エコーを分析および処理して必要な結果を取得します。

なぜこれらのソナー装置は海底に音波を発射し、その反響を分析・処理することで、さまざまな地形や海底の構成を判断できるのでしょうか?

日常生活で見られる光の反射現象と同様に、音波も媒体の表面に伝播するときに反射を生じます。ソナー装置が海底に音波を送信すると、硬くて凸状の海底ではエコーが強くなります。柔らかく凹んだ海底ではエコーは弱くなります。隠れた海底では反響は発生しません。同時に、距離が近いほどエコーは強くなります。距離が遠くなるほど、エコーは弱くなります。これらの情報を総合的に分析・処理することで、海底の地形や海底の構成などの情報を得ることができます。

図4 海底平面図

(写真提供: Blue Ocean http://lcsonar.com/cesaocase/9​​8.html)

海底音響探知のいくつかの応用方向

海底音響探知は普遍的な技術として、多くの分野で広く利用されています。

海上橋梁や海上石油プラットフォームなどの大型施設を建設する前には、通常、海底の地形や底質の調査が行われます。このような場合には、サイドスキャンソナー、マルチビームソナー、浅層地層プロファイラーなどの機器が役立ちます。海底に鉱床があるかどうかを検出したり、鉱物の埋蔵量を調べたりする必要がある場合には、海底音響探知方法と装置も使用されます。蛟龍号と汾斗浙号の有人潜水艇は、深く潜る際には海底音響探知装置も搭載し、海底探知作業も行う。

つまり、工学、生産、科学研究の分野では、海底音響探知技術が広く使用されており、将来的にはさらに広範囲に応用されるでしょう。

編集者：郭 雅新