海洋学

海洋学（古代ギリシャ語の ὠκεανός ( ōkeanós )  「海洋」とγραφή ( graphḗ )  「記述」に由来）は、海洋学、海上科学、海洋科学、海洋科学とも呼ばれ、物理学、化学、生物学、地質学を含む海洋の科学的研究です。

これは地球科学であり、海流、波、地球物理的流体力学、 海洋内および海洋境界を越えたさまざまな化学物質と物理的特性の流動、生態系のダイナミクス、プレートテクトニクス、海底地質学など、幅広いトピックをカバーしています。

海洋学者は、天文学、生物学、化学、地理学、地質学、水文学、気象学、物理学からの洞察を取り入れながら、幅広い分野を活用して世界の海洋に対する理解を深めています。

人類が海や海洋の波や流れについて初めて知識を得たのは先史時代である。潮汐に関する観察は、紀元前384年から322年にかけてアリストテレスとストラボンによって記録されている。 ^[1]初期の海洋探査は主に地図作成のためであり、主に海面と漁師が網で引き上げた動物に限られていたが、鉛の釣り糸による深度測定は行われていた。

ポルトガルの大西洋航海作戦は、大西洋の海流と風を研究する、何十年にもわたって続けられた体系的な科学的大規模プロジェクトの最も初期の例です。

ペドロ・ヌネス（1502-1578）の業績は、航海術の文脈では、2次元地図上に表現された球面上の2点間の最短経路である航程曲線の決定で記憶されている。^{[2] [3]}ヌネスは『球体論』（1537年）を出版したが、これは主に他者の以前の著作の注釈付き翻訳であり、航海の幾何学的および天文学的方法に関する論文を収録している。ヌネスはそこで、ポルトガルの航海術は冒険的な試みではなかったと明言している。

「ナム・セ・フェゼラム・インド・ア・チェルタル: マス・パートティアム・オス・ノッソス・マレアンテス・ムイ・エンシナドス・プロイドス・デ・エストロメントス・レグラス・デ・アストロロジー・ジオメトリア・ク・サム・アス・クサス・ク・オス・コスモグラフォス・ハム・ダダール・アペルセビダス(...) 特別な情報を得るために必要な情報de que os antigos vsauam" (これらは偶然に行われたわけではありません: しかし、私たちの船員たちは十分に教えられ、宇宙飛行士が提供するであろう占星術 (天文学) と幾何学の道具と規則を備えて出発しました (...) そして彼らは正確な海図をとりました古代人が使用したルートではなくなりました）。^[4]

彼の信頼性は、1527年以降、王室の任命により水先案内人や上級船員の指導に個人的に関わっていたことと、数学者および天文学者としての能力が認められていたことによる。^[2]カナリア諸島 南部（またはブジュドゥール南部）から帆だけで戻る際の主な問題は、風と海流の状況の変化によるものである。北大西洋の環流と赤道反流^{[5] は}アフリカ北西部の隆起部に沿って南に押し寄せるが、北東貿易風が南東貿易風と出会う場所（無風帯）^[6]での不確かな風は、帆船を海流に翻弄させる。卓越した海流と風が組み合わさると、北方への前進は非常に困難、あるいは不可能になる。この問題を克服し、アフリカを迂回してインドに至る航路を実行可能な海上貿易ルートとして確保するために、ポルトガル人は体系的な探検計画を考案した。カナリア諸島の南の地域からの帰路は「ボルタ・ド・ラルゴ」または「ボルタ・ド・マール」となった。1427年のアゾレス諸島の「再発見」は、アフリカ西岸（順に「ボルタ・デ・ギネ」および「ボルタ・ダ・ミナ」と呼ばれた）からの帰路上にあるこの諸島の戦略的重要性の高まりを反映しているに過ぎない。また、 1436年にアゾレス諸島の西にあるサルガッソ海（当時は「マル・ダ・バガ」とも呼ばれた）に言及していることから、帰路の西の範囲が明らかになっている。^[7]これは、帆を上げてアフリカ西岸から北緯まで南東および北東の風を利用し、西風が船乗りたちをヨーロッパ西岸に運ぶために必要であった。^[8]

ポルトガルの航海は秘密主義で、地図や航路の漏洩は死刑に処せられたため、すべての機密文書は王立公文書館に集中していたが、1775年のリスボン地震で完全に破壊された。しかし、大西洋の海流と風を地図化するというポルトガルの遠征の組織的性質は、季節の変化を理解していることで証明されており、季節的な卓越風を考慮して、一年の異なる時期に出航する遠征隊は異なる航路をとった。これは、15世紀後半から16世紀初頭には早くも起こっていた。バルトロメウ・ディアスは1487年8月にアフリカ沿岸を南下し、ヴァスコ・ダ・ガマはシエラレオネの緯度から外洋航路をとり、南大西洋の外洋で3か月を過ごし、ブラジル側で南西風が南に逸れる（ブラジル海流は南下 - ガマは1497年7月に出航した）ことを利用した。ペドロ・アルバレス・カブラル（1500年3月出発）は、カーボベルデの緯度から西へのさらに大きなアーチを通り、夏のモンスーン（ガマが出航した当時はモンスーンが通ったルートを塞いでいた）を避けた。^[9]さらに、組織的な探検隊が北大西洋西部へと進出した（テイヴェ、1454年、ヴォガド、1462年、テレス、1474年、ウルモ、1486年）。^[10]船の補給や、1493年から1496年という早い時期の南大西洋の太陽赤緯表の発注に関する文書^{[11]はすべて、}バルトロメウ・ディアスがアフリカ南端を発見してからガマが出発するまでの10年間に、よく計画された組織的な活動が行われていたことを示唆している。さらに、バルトロメウ・ディアスがその地域でさらに航海した形跡もある。^{[7]この体系的な知識の最も重要な結果は、1494年の}トルデシリャス条約の交渉であり、境界線が270リーグ西に移動し（アゾレス諸島の西100リーグから370リーグへ）、現在のブラジルがポルトガルの支配地域に加わった。外洋探検から集められた知識により、偶然ではなく事前に計画されたルートとして、陸地が見えないまま長期間航海したという十分に文書化された情報が可能になった。たとえば、バルトロメウ・ディアスがモッセル湾に到着するまでに30日間かかったこと、ガマがブラジル海流（南向き）を利用するために南大西洋で3か月過ごしたこと、カブラルがカーボベルデからブラジルのモンテ・パスコアルに上陸するまでに29日かかったことなどである。

1761年から1767年にかけて行われたデンマークのアラビア遠征は、世界初の海洋学遠征であると言える。グロンランド号には博物学者のペーター・フォルスコールを含む科学者グループが乗船しており、フォルスコールはフレゼリク5世から、乳白色の海、つまりマリールの原因究明を含む、外洋の海洋生物の研究と記述という明確な任務を与えられた。この目的のため、遠征隊は外洋と深海の海底からサンプルを採取するために特別に設計された網とスクレーパーを装備していた。^[12]

メキシコ湾流は1513年にフアン・ポンセ・デ・レオンによって初めて発見され、船乗りの間ではよく知られていたが、ベンジャミン・フランクリンが初めて科学的研究を行い、その名をつけた。フランクリンは大西洋を何度か横断した際に水温を測定し、メキシコ湾流の原因を正しく説明した。フランクリンとティモシー・フォルジャーは1769年から1770年にかけてメキシコ湾流の最初の地図を印刷した。^{[13] [14]}

太平洋の海流に関する情報は、ジェームズ・クックやルイ・アントワーヌ・ド・ブーゲンビルなどの18世紀後半の探検家によって集められました。ジェームズ・レンネルは海洋学に関する最初の科学的な教科書を書き、大西洋とインド洋の海流を詳しく解説しました。 1777年の喜望峰周辺の航海中、彼は「ラグラスの岸と海流」の地図を作成しました。彼はまた、シリー諸島付近の断続的な海流（現在はレンネル海流として知られています）の性質を理解した最初の人物でもあります。 ^[15]潮汐と海流は明確に区別されています。潮汐は、月と太陽（太陽の影響ははるかに小さい）の重力の組み合わせによって生じる海面の上昇と下降であり、地球と月が互いの周りを回ることでも発生します。海流は、風、コリオリの力、波の砕け散り、ケーブリング、温度や塩分濃度の差など、水に作用するさまざまな力によって生成される、海水の連続的で方向性のある動きです。^[16]

ジェームズ・クラーク・ロス卿は1840 年に深海で初の近代的な測深を行い、チャールズ・ダーウィンは1831 年から1836 年にかけてのHMSビーグル号の 2 回目の航海の結果として、サンゴ礁と環礁の形成に関する論文を発表しました。ロバート・フィッツロイはビーグル号の3 回の航海に関する 4 巻の報告書を発表しました。1841 年から 1842 年にかけて、エドワード・フォーブスはエーゲ海で浚渫を行い、海洋生態学の基礎を築きました。

マシュー・フォンテーン・モーリーは、アメリカ海軍天文台の初代所長（1842年 - 1861年）として、海洋気象学、航海学、卓越風や海流の図化の研究に時間を費やした。1855年に出版された彼の教科書『海の物理地理学』は、最初の包括的な海洋学研究の1つであった。多くの国々が海軍天文台のモーリーのもとに海洋観測結果を送り、モーリーとその同僚は情報を評価し、その結果を世界中に配布した。^[17]

海洋に関する知識は、主に浅い場所の水面から数ファゾムと海底のわずかな部分に限られていました。海洋の深さについてはほとんど何もわかっていませんでした。19 世紀半ばに英国海軍が世界中の海岸線をすべて測量しようと努力した結果、海洋の大部分は非常に深いという漠然とした考えが強化されましたが、それ以上のことはわかっていませんでした。探検によって極地やアフリカに対する一般大衆と科学者の関心が高まるにつれ、未踏の海洋の謎も深まりました。

近代海洋学の基盤を築く上で決定的な出来事となったのは、1872～1876年のチャレンジャー号遠征である。最初の真の海洋学航海であったこの遠征は、学問と研究の分野全体の基礎を築いた。^[18]英国政府は、王立協会の勧告に応えて、 1871年に世界の海洋を探検し、適切な科学的調査を行うための遠征を発表した。チャールズ・ワイヴィル・トムソンとサー・ジョン・マレーがチャレンジャー号遠征を開始した。英国海軍からリースされたチャレンジャー号は、科学的研究のために改造され、博物学と化学のための別々の研究室が備えられた。^[19]トムソンの科学的監督の下、チャレンジャー号は調査と探検のために約7万海里（13万km）を航海した。地球を一周する旅では、^[19] 492回の深海探査、133回の底浚渫、151回の外洋トロール、263回の連続水温観測が行われた。^[20]約4,700種の海洋生物が発見された。その結果が、「1873年から1876年にかけてのチャレンジャー号の探検航海の科学的成果に関する報告書」である。この出版を監督したマレーは、この報告書を「15世紀と16世紀の有名な発見以来、地球に関する知識における最大の進歩」と評した。彼はその後、エディンバラ大学で海洋学という学問分野を設立し、同大学は20世紀に入っても海洋学研究の中心地であり続けた。^{[21]マレーは海溝、特に}大西洋中央海嶺を研究し、海洋の堆積物の地図を作成した最初の人物である。彼は塩分濃度と温度の観測に基づいて世界の海流を地図に描こうとし、サンゴ礁の発達の本質を正しく理解した最初の人物となった。

19 世紀後半には、他の西洋諸国も科学調査隊を派遣しました (民間の個人や団体も同様です)。最初の海洋調査船、アルバトロス号は 1882 年に建造されました。1893 年、フリチョフ・ナンセンは、彼の船、フラム号を北極の氷の中に凍結させました。これにより、彼は長期間にわたって静止した地点で海洋学、気象学、天文学のデータを取得できるようになりました。

1881年、地理学者ジョン・フランコン・ウィリアムズは、画期的な著書『海洋の地理』を出版した。^{[22] [23] [24]} 1907年から1911年にかけて、オットー・クリュメルは『海洋学ハンドブック』を出版し、海洋学に対する一般の関心を高める上で影響力を持った。^{[25] 1910年に}ジョン・マレーとヨハン・ヨルトが率いた4か月間の北大西洋探検は、それまでに実施された海洋学および海洋動物学の研究プロジェクトの中で最も野心的なものであり、1912年の古典的な著書『海の深さ』につながった。

海の深さを音響で初めて測定したのは 1914 年です。1925 年から 1927 年にかけて、「メテオ」探検隊が音響測深機を使用して大西洋中央海嶺を調査し、70,000 の海洋深さの測定値を収集しました。

1934年、米国で博士号を取得した最初の女性（スクリップス研究所）であるイースター・エレン・カップは、珪藻類に関する主要な研究^[26]を完成させ、それは彼女が1999年に亡くなるまでこの分野の標準的な分類法として残っていた。1940年、カップはスクリップス研究所の職を解かれた。スバードラップは特にカップを誠実で勤勉な労働者として称賛し、この決定は彼女の科学者としての能力を反映したものではないと述べた。スバードラップはカップが空けた講師のポストを利用して、スクリップス研究所では新しい研究プログラムではなかった海洋藻類を研究する生物学者マーストン・サージェントを雇った。経済的なプレッシャーは、スバードラップが他の2人の若いポスドク学生、ウォルター・ムンクとロジャー・レヴェルを雇い続けることを妨げなかった。カップのパートナーであるドロシー・ローゼンベリーは彼女に高校教師の職を見つけ、彼女はそこで生涯を過ごした。 （ラッセル、2000年）

スヴェルドラップ、ジョンソン、フレミングは1942年に『海洋』 ^[27]を出版し、これは大きな画期的な出来事となった。MNヒルが編集した『海』（全3巻、海洋物理、海水、地質学をカバー）は1962年に出版され、ローズ・フェアブリッジの『海洋学百科事典』は1966年に出版された。

大西洋中央海嶺に沿って走る大地溝帯は、1953年にモーリス・ユーイングとブルース・ヒーゼンによって発見され、水深データを使用してヒーゼンとマリー・サープによって地図に描かれました。1954年には、ソ連北極研究所によって北極海の下の山脈が発見されました。海底拡大の理論は、1960年にハリー・ハモンド・ヘスによって開発されました。海洋掘削プログラムは1966年に開始されました。深海熱水噴出孔は、1977年にジャック・コーリスとロバート・バラードによって潜水艇DSV アルビンで発見されました。

1950 年代、オーギュスト・ピカールはバチスカーフを発明し、バチスカーフ トリエステ号を使って海の深部を調査しました。米国の原子力潜水艦 ノーチラス号は、1958 年に北極点までの氷の下を航海しました。1962 年には、355 フィート (108 m) の円柱ブイである FLIP (浮体式計測プラットフォーム) が初めて配備されました。

1968 年、タニヤ・アトウォーターは初の女性のみによる海洋学探検隊を率いました。それまでは、ジェンダー政策により、女性海洋学者の航海への参加は大幅に制限されていました。

1970 年代から、海洋の状態の数値予測を可能にし、全体的な環境変化の予測の一環として、海洋学への大規模コンピュータの応用に重点が置かれてきました。初期の技術にはアナログ コンピュータ ( Ishiguro Storm Surge Computerなど) が含まれていましたが、現在では一般的に数値手法 ( SLOSHなど) に置き換えられています。太平洋には、エルニーニョ現象の予測を可能にするために海洋ブイ アレイが設置されました。

1990 年に世界海洋循環実験(WOCE)が開始され、2002 年まで継続されました。Geosatの海底マッピング データは 1995 年に利用可能になりました。

海洋の研究は、地球のエネルギーバランスの変化と、それに関連する気候、生物圏、生物地球化学の地球規模および地域的な変化を理解する上で極めて重要です。大気と海洋は、蒸発と降水、熱流束（および太陽放射）によって結びついています。最近の研究では、海洋酸性化、海洋熱量、海流、海面上昇、海洋炭素循環、水循環、北極海の海氷減少、サンゴの白化、海洋熱波、異常気象、海岸浸食、および進行中の気候変動と気候フィードバックに関する他の多くの現象に関する知識が進歩しました。

一般的に、さらなる科学的研究を通じて世界の海洋を理解することは、地球資源のより良い管理と持続可能な利用を可能にします。 ^[28]政府間海洋学委員会は、加盟国の国家研究費総額の1.7％が海洋科学に集中していると報告しています。^[29]

海洋学の研究は次の 5 つの分野に分かれています。

生物海洋学は、海洋環境の物理的、化学的、地質学的特性の観点から海洋生物の生態と生物学を調査します。

海洋化学は海洋の化学を研究する学問です。海洋化学は主に海水の特性とその変化を研究し理解することに重点が置かれていますが、海洋化学は主に地球化学サイクルに焦点を当てています。以下は海洋化学が研究する中心的なトピックです。

海洋酸性化とは、大気中への人為的な二酸化炭素（CO2 _）排出によって引き起こされる海洋のpHの低下を指します。^[30]海水はわずかにアルカリ性で、産業革命以前のpHは約8.2でした。最近では、人為的な活動により大気中の二酸化炭素含有量が着実に増加しており、追加された_CO2の約30～40％が海洋に吸収され、炭酸を形成し、海洋酸性化によってpHを低下させます（現在8.1未満^[31]）。^{[32] [33] [34]} pHは2100年までに7.7に達すると予想されています。^[35]

海洋動物の骨格にとって重要な要素はカルシウムですが、炭酸カルシウムは圧力によって溶解性が高くなるため、炭酸塩の殻や骨格は炭酸塩補償深度より下で溶解します。^[36]炭酸カルシウムはpHが低いほど溶解性が高くなるため、海洋酸性化はカキ、ハマグリ、ウニ、サンゴなどの石灰質の殻を持つ海洋生物に影響を与える可能性が高く、^{[37] [38]}炭酸塩補償深度は海面近くにまで上昇します。影響を受けるプランクトン生物には、翼足動物、円石藻類、有孔虫が含まれ、すべて食物連鎖において重要です。熱帯地域では、サンゴが炭酸カルシウムの骨格を形成する能力が低下するため深刻な影響を受ける可能性が高く、^{[39]今度は他の}サンゴ礁の住人に悪影響を及ぼします。^[35]

現在の海洋化学変化の速度は地球の地質学史上前例のないものと思われるため、海洋生態系が近い将来の変化する状況にどれだけ適応できるかは不明である。^{[40]特に懸念されるのは、酸性化と予想される}海水温の上昇と酸素レベルの低下という追加のストレス要因の組み合わせが海にどのような影響を与えるかである。^[41]

地質海洋学は、プレートテクトニクスや古海洋学を含む海底の地質学を研究する学問です。

海洋物理学は、温度・塩分構造、混合、表面波、内部波、表面潮汐、内部潮汐、海流など、海洋の物理的特性を研究します。以下は、海洋物理学が研究する中心的なテーマです。

海洋学における初期の海洋探検以来、海流と温度測定の研究が大きな関心事となってきました。潮汐、コリオリの力、風向と風速の変化、塩分、温度が海流を決定する主な要因です。熱塩循環(THC) ( thermo-は温度、-halineは塩分濃度) は海洋盆地を結び、主に海水の密度に依存しています。このシステムは温度と塩分以外の駆動要因をより正確に説明できるため、「子午線循環」と呼ばれることが多くなっています。

• 持続的な海流の例としては、風によって駆動される西岸境界流であるメキシコ湾流と黒潮が挙げられます。

海洋熱量（OHC）とは、地球のエネルギーバランスの変化によって海洋に蓄えられた余分な熱のことです。海洋熱の増加は熱膨張により海面上昇に重要な役割を果たします。海洋温暖化は、 1971年以降の地球温暖化に関連するエネルギー蓄積の90％を占めています。^{[42] [43]}

古海洋学は、循環、化学、生物学、地質学、堆積パターン、生物生産性の観点から、地質学的過去の海洋の歴史を研究する学問です。環境モデルやさまざまな指標を用いた古海洋学研究により、科学界はさまざまな間隔で過去の気候を再構築することで、地球の気候における海洋プロセスの役割を評価することができます。古海洋学研究は、古気候学とも密接に結びついています。

海洋学の最も古い国際組織は、 1902年に設立された国際海洋探査評議会に始まり、1919年には地中海科学委員会が続いた20世紀初頭に設立されました。イタリアのナポリにあるアントン・ドーン動物学研究所（1872年）、フランスのロスコフ生物学研究所（1876年）、フランスのバニュルス＝シュル＝メールにあるアラゴ研究所（1882年）、イギリスのプリマスにある海洋生物学協会研究所（1884年）、ノルウェーのベルゲンにあるノルウェー海洋研究所（1900年）、ドイツのキールにある国際海洋研究研究所（1902年）など、海洋研究機関はすでに存在していました。大西洋の反対側では、 1903年にスクリップス海洋研究所が設立され、続いて1930年にウッズホール海洋研究所、 1938年にバージニア海洋科学研究所、 1949年にコロンビア大学のラモント・ドハティ地球観測所、そして後にワシントン大学海洋学部が設立されました。オーストラリアでは、 1972年に設立されたオーストラリア海洋科学研究所（AIMS）がすぐに海洋熱帯研究の主要プレーヤーになりました。

1921 年に、水路測量および航海図作成の標準を開発するために、 国際水路局(1970 年以降は国際水路機関と呼ばれる) が設立されました。

• Boling Guo、Daiwen Huang。大気海洋科学における無限次元動的システム、2014年、World Scientific Publishing、ISBN 978-981-4590-37-2。サンプル章 
• ハンブリン、ジェイコブ・ダーウィン（2005）海洋学者と冷戦：海洋科学の弟子たち。ワシントン大学出版局。ISBN 978-0-295-98482-7 
• ラング、マイケル A.、イアン G. マッキンタイア、クラウス リュッツラー編。スミソニアン海洋科学シンポジウム議事録。スミソニアン海洋科学への貢献、第 38 号。ワシントン DC: スミソニアン協会学術出版局 (2009)
• ルーダ、エリック・ポール編『The Ocean Reader: History, Culture, Politics』（デューク大学出版、2020年）523ページ、オンラインレビュー
• Steele, J., K. Turekian、S. Thorpe (2001)。海洋科学百科事典。サンディエゴ: アカデミック プレス。(6 巻) ISBN 0-12-227430-X 
• Sverdrup, Keith A., Duxbury, Alyn C., Duxbury, Alison B. (2006).海洋学の基礎、McGraw-Hill、ISBN 0-07-282678-9 
• ラッセル、ジョエレン・ルイーズ。イースター・エレン・カップ、2000年、カリフォルニア大学理事会。

Wikisource には、 1922 年のブリタニカ百科事典の記事「海洋学」のテキストがあります。

ウィキメディア・コモンズには、海洋学に関連するメディアがあります。

• NASA ジェット推進研究所 – 物理海洋学分散アクティブ アーカイブ センター (PO.DAAC)。海洋の物理的状態に関するデータをアーカイブおよび配布する役割を担うデータ センター。
• スクリップス海洋研究所。海洋および地球科学の研究、教育、公共サービスを行う世界最古かつ最大かつ最も重要なセンターの 1 つです。
• ウッズホール海洋研究所 (WHOI)。世界最大規模の民間非営利海洋研究、エンジニアリング、教育組織の 1 つです。
• 英国海洋データセンター。海洋学データと情報のソース。
• NOAA 海洋および気象データ ナビゲーター。海洋データをプロットしてダウンロードします。
• フリービュービデオ「深海底への航海」ベガサイエンストラストとBBC /オープンユニバーシティによる海洋学番組。
• InvestigAdHoc によるスペイン海洋学地図帳。
• テキサス A&M 大学海洋学部の Steven K. Baum による海洋物理学および関連分野の用語集
• Barcelona-Ocean.com 。海洋科学における刺激的な教育
• CFOO: Sea Atlas。南アフリカ沿岸の海洋学ライブデータ (ブイ監視) と教育の情報源。
• BBCのIn Our Timeにおける海洋学
• USNS ボウディッチ、USNS ダットン、USNS マイケルソン、USNS HH ヘスの追悼ウェブサイト