JP3961563B2 - 海洋における海産物生産を増加させる方法 - Google Patents

Description

発明の背景
本発明の分野は、海産物の生産である。
人類の最も初期の歴史は、土地が生産したものを我々自信の目的のために獲得するところの狩猟採集者としての姿を我々に見せている。これらの狩猟採集者は、彼ら自身の目的のために自然の状況を変えるというよりは、むしろ自然の状況の一部分であった。約７千年から８千年前の中東において、牛、豚、山羊及び犬のような野生動物の家畜化によりこれが変った。その時点では、我々の先祖は、季節と条件の変化に応じて最適の放牧地へ家畜類を放牧することを始めた。我々の先祖は、食料を狩猟し、採集し続けたが、家畜を放牧することがより生産性が高いことを見いだした。この傾向は、西アジアの乾燥地域における馬の家畜化とともに続いた。
そして、約５千５百年前に、新たな発明が当時の文明化社会を席巻した。この発明は、農耕用鋤（mold-board plow）である。この発明により、農耕者の生産性は約７倍上昇した。その発明は、我々が土地を見る様子も、消極的受容から能動的介入へと変えた。この変化により、そこにいつも生育するものを受入れるのではなく、むしろ最も好ましい作物を植えるようになった。我々の先祖は、土壌に水と栄養を与えることも始め、生産性はさらに上昇した。
これらの変遷は、常になめらかで論争がなかったわけではない。長年に渡りアメリカ合衆国の西部の州には自由な区域があった。当時、この自由な区域への塀、道、家、農場、鉄道及びその他の侵入に強く反対を主張する人もいた。彼らは、正確にも、都市が、この自由な区域へそのような侵入をするであろうと主張した。
そのような変遷が陸地でかなり進展している間、変遷は、地球の表面の４分の３を占める海ではほとんど始らなかった。海洋の高められた生産性においても同様の成果が、同様の変化により達成することができるであろう。
世界の漁業者達は、長年に渡り、海洋及び他の水域の異なる領域の生産性には大きな多様性があることを知っていた。近年、この多様性の程度が測定され、その原因が分った。今日、海洋の全ての生命体の約６０％が、海洋表面の２％において発生していることが知られている。したがって、海洋は、生命に富む青々とした領域をわずかに有するだけの巨大な不毛地帯であるとみなすことができる。これらの青々とした領域は、見つけることが容易である。メキシコ湾でわかるように、海洋表面のほとんどは、約１５０から３００フィート（約４６から９１メートル）水中を見ることができる。これに対して、海洋の生産的領域では、わずか約２フィート（約０．６メートル）しか水中を見ることができない。なぜならば、水中の生体が大変濃厚だからである。これが、ペルー沿岸沖の自然の湧昇（upwelling）の場合である。
これらの生産的領域及び他の海洋の領域から試料が採取された。差異が調べられた。海洋の生産的領域は、鉄、リン、窒素及び微量の鉱物が豊富であるのに対して、それ以外の海洋は、これらの元素の１つ又はそれ以上を欠いている。これらの富養化鉱物は、海洋の所定の領域から海産物の最大の生産量を得るために要求される。海洋表面の異なる領域において存在する栄養素にはかなりの違いがあり、ペルー湧昇の生産性を得るために要求される栄養素の正確な水準を確認するためには、試料を採取し、分析しなければならない。
海洋は、陸地とはいくつかの点において異なる。すなわち、（１）海洋には決してかんばつがない。（２）海洋は、移動する。（３）海洋は、垂直方向と水平方向の両方に混合する。第１の差異は、海洋は、改良された生産性を達成するために、わずかな成分しか必要でないことを意味する。海洋へは、鉄道や高速道路を建設する必要がなく、容易に接近することもできる。第２の差異は、富養化は、海産物の収穫が行われる場所から極めて離れた場所において行われ得ることを意味する。第３の差異は、富養化は、大スケールで行われなければならず、さもなければ富養化の結果を発見することが不可能であり得ることを意味する。
本発明に関する技術は、肥料及び海産物の生産を改良する他の方法を含んでいる。
米国特許第４，１８９，３７９号には、海洋の無光層から有光層へ栄養素豊富な水を移動させる方法が開示されている。この特許には、地球上の生命は、光合成として知られている太陽光をエネルギーに変換するプロセスにより緑色植物有機体により製造された食料に依存していることが開示されている。海洋では、光合成のプロセスを支持するために十分な太陽光は、海洋の表面下の水１００ないし２００メートルにしか存在しない。有光層との用語は、海洋の光合成の全てが行われるところのこの領域を表すために用いられ得る。有光層の下では、光合成を支持するために不十分な光しかない無光層がある。有光層で収穫し得る食料の生産は、無光層からの比較的栄養豊富な水の湧昇を人為的に誘発させることにより増加させることができる。さらに、本特許には、そのような湧昇を誘発させるために水中に沈めることができ、かつ熱で作動するシステムの欠点を克服した水脱塩装置が開示されている。
「赤道上太平洋の生態系における鉄仮説の分析」J. H. マーチン（Martin）ら、ネイチャー、３７１刊、１２３〜１２９頁（１９９４年９月８日）には、６４平方キロメートルの面積の開かれた赤道下の太平洋海洋を鉄で富養化することにより、太平洋の広い領域における植物プランクトン成長を鉄が制限しているかもしれないという分析が記載されている。これによれば、２倍の植物バイオマス、３倍のクロロフィル増加、及び４倍の植物生産といる結果が報告されている。同様の増加が、ガラパゴス諸島下流でクロロフィル富養化プルーム（plume）中に見いだされたことが報告されている。これらの発見によれば、鉄制限は、植物プランクトンの生産速度と海洋にけるバイオマスを制御し得ることを示唆している。
関連技術には非常に多くの既知の肥料及び富養化の方法がある。
米国特許第９７６，７９３号には、アンモニア及びカリウムの硝酸塩及びリン酸塩のような塩と、水の作用によりこれらの可溶性塩が容易にそこから浸出しないところの顆粒塊を形成するセメント質の物質とを含有する肥料が開示されている。
米国特許第４，５７９，５７９号には、徐放肥料を製造するための方法が開示されている。この肥料は、化学的に完全かつバランスのよい植物栄養とともに、窒素、リン、カリウムに富んだ栄養物質及び微量の元素と、ピーナッツの殻のような天然の、有機の、高い吸収性担体物質を含有している。栄養素がピーナッツの殻から浸出する前に、栄養素の担体が分解しなければならないので、栄養素は、ゆっくりとかつ制御された速度で利用可能になる。加えて、ピーナッツの殻は、栄養素の担体として作用するばかりではなく、それ自体が栄養物質である。
米国特許第４，５８１，８４６号には、森林、農場及び他の広い植物集団の富養化のための方法及びシステムが開示されている。この特許により開示される発明の目的の１つは、個体及び液体都市廃棄物から長期栄養源を提供することである。この特許には、大きな容器のセルロースマトリックス内に生存する微生物により、不溶性有機及び鉱物化合物の可溶性植物栄養への変換に関する集中システムが開示されている。
米国特許第４，７５５，３９７号には、デンプンに基づく顆粒カプセル化プロセスが開示されている。この特許には、デンプンをカプセル化剤として用いて、広範な多様性ある物質をカプセル化するための方法が開示されている。このカプセル化のプロセスは、植物成長調節剤及び肥料を含む広範な物質のカプセル化に用いられ得る。
米国特許第４，９１１，９５２号には、非修飾デンプンのマトリックス内への取込みによるカプセル化が開示されている。化学架橋剤を使用することなく、実質的に完全なカプセル化が達成される。このプロセスは、栄養素、微量栄養素及び広範な他の薬剤をカプセル化するために用いられ得る。
米国特許第５，１４３，０２０号には、池富養化装置が開示されている。この装置は、浮揚構造よりも下に配置されるレシーバを有している。浮揚構造には漏斗型開口部が備えられている。肥料は、漏斗型開口部を通過して、レシーバー内へ注がれ得る。水は、レシーバーの頂上部と浮揚構造との間を流れることができ、それにより肥料を溶解する。
発明の概要
海洋における海産物生産を増加させる方法は、（１）海水に欠損している栄養素を決定するために海水を調査し、（２）窒素を固定する微生物及びその微生物に窒素を固定させるのに十分な栄養素（もし海水が硝酸塩を欠損しているならば）、並びに他の欠損している栄養素を有する肥料を海水に施し、並びに（３）富養化により生産された海産物を収穫することにより達成される。海水に有意な程度欠損している栄養素を確認するために、調査は、当業者に既知の多くの方法のいずれによっても行うことができる。もし、海水中のある栄養素の水準により海産物の生産が有意な程度減少するならば、その栄養素は有為な程度欠損している。１又はそれ以上の肥料を用いて富養化が行われ得る。もし、海水が硝酸塩を欠損しているならば、肥料には、開かれた海洋の窒素を固定する藍藻（blue green algae）及び植物プランクトン（Trichode smium）のような窒素固定化微生物、並びにそれら微生物に窒素を固定させるために十分な栄養素が含まれていなければならない。好ましくは、微生物に窒素を固定させるために要求される微生物及び栄養素は、微生物が海水と遭遇したときに栄養素が微生物に直ちに利用できるように、局在化（肥料の同じ粒子中のように）されている。注意深い鉄の添加が、藍藻及び植物プランクトン（Trichode smium）を繁殖させ、窒素を固定させるために要求される唯一の栄養素であり得る。肥料は、海水に欠損している他の（非硝酸塩）栄養素を提供するべきである。したがって、調査の結果に依存して、肥料には、鉄、リン酸塩、窒素固定微生物、及び微量鉱物、さらには他の物質が含まれる得る。肥料は、好ましくは米殻、小麦籾殻、粉砕されたトウモロコシの穂軸、ピーナッツ殻のような浮揚物質及び／又は他の生態系に適合する浮揚物質に固定されている。肥料は、肥料が決った時間に浮揚物質から放出することを可能にする高分子量デンプンも含み得る。海産物の収穫は、肥料を施す時点に行うこともできるが、より遅い時に行うこともでき、又は海流が係わるときは、肥料が施された地点から下流の地点で収穫を行うことができる。
発明の詳細な説明
本発明の海洋富養化により、海洋からの海産物の生産性が大きく上昇する。（「海洋」との用語は、海、湾及び他の広い水域も含んでいる。）例えば、合衆国の大西洋及び太平洋沿岸の海洋富養化により、ペルー沿岸沖で自然に起る水準まで、これら沿岸沖の生産性を増加させることができる。これにより、合衆国の大西洋及び太平洋沿岸の海産物の生産性を３０倍又はそれ以上に増加させることができ、それにより、合衆国のいくつかの地域で衰退している漁業を再活性化し、何千という新たな職を提供することができる一方で、同時に、国内消費用及び輸出用の両方の高品質タンパク質を創製することができる。海洋富養化により、他の国々の沿岸沖の漁獲も同じ利点を伴って上昇させることができる。
海洋富養化は、国の水域内において行うことができ、これにより、海産物の増加した生産の利益は、海洋富養化に従事するその国の漁業の利益に役立つであろうことを確かにする。例えば、すべての合衆国による富養化は、２００マイル（約３２３キロメートル）の範囲内で行うことができ、本質的にすべての影響が合衆国水域内にあるであろう。
海洋富養化の基礎的パラメータによれば、肥料約１ポンド（約０．４５キログラム）により、海洋中のバイオマスが約２ないし１０トン（約１．８ないし９．１メートルトン）生産される。控えめな見積もりによれば、１トン（約０．９メートルトン）により、海洋中のバイオマス約４，０００トン（約３，６００メートルトン）が生産される。
単位面積当たりの生産性は、富養化された陸地に比べて富養化された海洋ではより高くあるべきである。サトウキビ栽培では、現在、年間１エーカー当たり約４０トン（０．４ヘクタール当たり約３６メートルトン）が生産される。もし同じ生産割合が達成されるならば、これは、年間１平方マイル当たり約２５，６００トン（２．６平方キロメートル当たり約２３，３００メートルトン）になるであろう。
陸地では、富養化にはほとんど常に種まきが伴う。海洋では、富養化には藍藻、卵塊及び他の有機体の導入と組み合わせることができる。これにより、海洋からの海産物の生産をさらに増加させ得る。
陸地では、種まきと富養化は、通常、春に行われ、収穫は、通常、秋に行われる。海洋農業では、富養化と収穫との間の時間は、多くのファクターに依存する。富養化の後に藍藻が繁殖するまでの遅延時間は、約４日間である。その後プランクトンが藍藻を食べ、小魚がプランクトンを食べ、そして大きい哺乳動物及び魚まで食物連鎖が続く。合衆国の沿岸沖では、最も重要な海流は、メキシコ湾海流と日本海流である。これらの海流は、各々、時速約４マイル（時速約６．４キロメートル）で流れる。したがって、これらの海流のいずれかの海洋表面の１地点での富養化により、下流の別の地点での収穫に成果が生じるであろう。約４日の遅延時間は、時速約４マイル（時速約６．４キロメートル）では約４００マイル（約６４５キロメートル）になるであろう。メキシコ湾海流では、これは、フロリダ州キーウエスト沖の富養化により、ジョージア州、南カロライナ州、北カロライナ州及びバージニア州沿岸沖に大型の魚が来ることを伴って、北フロリダ沖で漁業が改良されることを意味する。改良された漁業は、どのように富養化が行われるかに依存して、何マイルものメキシコ湾海流で継続し得る。
海洋富養化は、メキシコ湾海流が度々その沿岸に近づく夏には、マサチューセッツ州まで北に行われ得る。これに対して、冬は、ラブラドル海流により、比較的高い栄養素成分を有する冷水がニューヨーク州及びニュージャージー州まで降りてくる。これらの冬の条件下では、メキシコ湾海流は、バージニア州沿岸沖の２００マイル（３２３キロメートル）水域の外のヨーロッパ方向へ、東に方向転換する傾向にある。
調査により、メキシコ湾海流がフロリダ州キーウエストを回るころまでに藍藻の繁殖がすでに起こっているように、メキシコ湾海流の海洋富養化を、フロリダ州の西岸沖のようにより早く行い得ることが分かる。これにより、メキシコ湾海流が合衆国の海域外の東に方向転換する前に、合衆国の東海岸沖でより大型の魚を収穫するための時間をより多くすることができる。
メキシコ湾海流では、栄養素成分をペルー湧昇の水準まで高めるために、肥料は、いくらかのリン酸塩及びいくらかの窒素固定微生物を含有する鉄から主としてなることが期待される。海洋富養化は、調査によりモニターされるべきである。なぜならば、メキシコ湾海流は、沿岸沿いの渦や淵と複雑になっており、また嵐、潮及びどきどき起こるハリケーンの影響があるからである。しかしながら、海洋富養化の結果として、藍藻が成長し、そしてその後のものが続くことがほとんど確かであろう。
海洋富養化は、海洋の上方レベルにおいてのみ、好ましくは海洋の約１００フィート（約３０メートル）の上部においてのみ有効である。したがって、海洋富養化の好ましい方法は、米殻、小麦籾殻、粉砕されたトウモロコシの穂軸、ピーナッツ殻等のような浮きで肥料を引くことである。肥料は、好ましくは、何日か、又はおそらく１週間の長さの期間に渡り、表面水中に溶解する形態である。したがって、海洋富養化の好ましい方法には、海水に徐々に溶解する肥料を生産するために、肥料物質と高分子量デンプンとの混合物が含まれる。海洋富養化の最初の方法には、ペルー湧昇の海産物の生産が知られている故に、海洋表面の関連した部分を、ペルー湧昇内の海洋表面の栄養素組成にすることに当てられるべきである。海洋富養化方法には、肥料中の組成物や海洋富養化方法の更なる修飾及び改良が達成できるように、好ましくは、追加の調査及び富養化条件の下での海産物成長の力学の研究を含まれる。
約１３億４千万トン（約１２億２千万メートルトン）の二酸化炭素（ＣＯ₂）の除去速度における約５，３００平方マイル（約１４０，０００平方キロメートル）の海洋富養化には、年間約２５０，０００トン（約２３０，０００メートルトン）の肥料が初めに必要であろう。これは、年間２５０日間、１日当たり約１，０００トン（約９００メートルトン）である。もし、海洋に施される肥料が、１トン（約０．９メートルトン）当たり約２００ドルであるならば、費用は、年間約５０，０００，０００ドルである。肥料の組成の最適化、施す速度及び施す場所を含む海洋富養化方法の最適化がはかれるように、海洋富養化の費用には、好ましくは、モニター、調査及び報告の費用も含まれる。
上述の詳細な説明は、主にメキシコ湾海流を目的としている。なぜならば、メキシコ湾海流は、合衆国の人口の最も大きいセンターの近くを流れおり、また現存する漁業があるからである。しかしながら、本発明の海産物の改良された生産方法は、他の領域にも良く適用できる。場所に応じて方法の修飾が要求されるであろう。例えば、本発明の方法は、合衆国の西海岸にも適用できる。日本海流は、ベーリング海の湧昇から天然の富養化を受けている。これにより、海産物の生産がずっとワシントン州の沿岸まで高められるが、海産物の生産は、オレゴン州沿岸に沿って次第に減少し、日本海流がカルフォルニア州北部に到達するころまでになくなる。日本海流は、海産物の生産をオレゴン州及びカルフォルニア州沿岸沖で増加させるために、ワシントン州沿岸沖で富養化され得る。すなわち、本発明の方法は、富養化される海洋の領域に応じて、肥料の組成の変形、さらには肥料を施す性質及び場所を含み、変形することができる。
本発明の海洋富養化の方法では、約１２０日間海上に滞在し、約１２０，０００トン（約１１０，０００メートルトン）の肥料を運搬する容量を有する船を用いることができる。船は、肥料を海水と混合するためのポンプを備えており、混合物を海中に放出する。各々の船は、９０％海水及び１０％肥料の混合物を船尾から噴霧するために、各々２，５００馬力のポンプを３つ備え得る。各々の船は、中サイズのタンカーであるところの約６００，０００Ｂｂｌｓ（約９０，０００キロリットル）の容量を有する必要がある。
海洋の富養化により、藍藻が繁殖する。藍藻繁殖は、水からそしてその後に空気からＣＯ₂を除去する。バイオマスは、大型の魚や鯨を最終的に含む食物連鎖の一部分になる。動物生命体は、バイオマスを酸化し、そして海洋に、さらに最終的には空気にＣＯ₂を戻す。生物学的物質のいくつかは、海床へ下降し、海床で底流に乗り、最終的に湧昇内に再循環される。この循環の一部分になる全炭素は、海水及び大気から除去される。やがて、終局相の森林とちょうど同じように平衡に到達し、その後は、大気中ＣＯ₂の正味の減少は起こらない。海洋がこの平衡に到達するための時間の長さは、何百年と推定されるが、正確に推定することはできない。このことは、継続的海洋富養化により、正味のＣＯ₂は、きたるべき実質的期間除去されることを意味する。
年間１０億トン（約９億メートルトン）の藍藻（バイオマス）の生産により、もし、我々が、２０トン（約１８メートルトン）の藍藻につき約１トン（約１．１メートルトン）の有用な魚を得るとして、約５０，０００，０００トン（約４５，０００，０００メートルトン）の追加の魚が生産される。これは、合衆国内のすべての男性、女性及び子供の１日当たり約１ポンド（約０．４５キログラム）の追加の魚であり、上述した本発明のメキシコ湾海流における海産物の改良された生産方法を用いることによりこれが達成される。すなわち、本発明のメキシコ湾海流における海産物の改良された生産方法を用いることにより、高い栄養の食料源が合衆国及び他の国々の両居住者のために生産される。
本発明の海産物の生産方法において用いられる肥料は、溶解速度や水よりも低い密度、さらには要求される栄養価や窒素固定微生物の成分のような多くの明細事項を有する。要求される化学的組成を有する最も安価な原材料源で十分であろう。なぜならば、海の生命体は、形態又は化学的組み合わせとは無関係に肥料を処理し得るようだからである。肥料は、海の生命体に有害な濃度のいずれもの毒性化学物質を含んでいてはならず、また海産物の消費により摂取され得る病原体を含んでいてはならない。したがって、低コストで、かつ不毛な海を再循環させるための努力に有意に追加して、処理されることにより適切な肥料を生産することのできる多くの不毛の海流がある。
本発明の海産物の改良された生産の方法は、重要な経済的影響を有する。合衆国の１つの沿岸で、年間５０，０００，０００トン（約４５，０００，０００メートルトン）の追加の海産物の生産により、もし、海産物の価値が１ポンド（０．４５キログラム）当たり平均．５０ドルであれば、年間５０，０００，０００，０００ドル産業が創造される。これは、もし、年間売り上げ５０，０００ドルに対して１つの新たな職があるとすれば、各々の海岸に１００万の新たな職を創造する。
本発明の変形は、当業者により考えられ得るものであり、また本発明は、以下に記載する請求の範囲によってのみ限定される。

Claims (10)

1. 外洋における海産物生産を増加させる方法であって、以下の工程
   （１）欠損している栄養素の少なくとも１種を決定するために、前記外洋の表面領域を調査する工程と、
   （２）前記外洋の表面を富養化させるために肥料を施す工程であって、前記肥料が、前記外洋の上方レベルにおいて前記肥料を維持するための浮揚物質と、前記栄養素からなる群から選択される少なくとも１種と、藍藻及び植物プランクトンからなる群から選択される微生物を含有することを特徴とする工程と、
   を有する方法。
2. 前記肥料を施す工程が、藍藻、卵塊又は魚卵孵化場由来の稚魚を含む他の有機体の導入と組合わされる請求項１に記載の方法。
3. 前記浮揚物質が、米殻、小麦籾殻、粉砕されたトウモロコシの穂軸、及び、ピーナッツ殻から選択される請求項１項記載の方法。
4. 前記肥料が、デンプンをさらに含有する請求項１に記載の方法。
5. 前記肥料が、鉄とデンプンとを含有する請求項１に記載の方法。
6. 外洋の表面を富養化させるために肥料を施す工程を有する外洋富養化方法であって、前記肥料が、前記外洋の上方レベルにおいて前記肥料を維持するための浮揚物質と、藍藻及び植物プランクトンからなる群から選択される微生物を含有することを特徴とする方法。
7. 前記肥料を施す工程が、藍藻、卵塊又は魚卵孵化場由来の稚魚を含む他の有機体の導入と組合わされる請求項６に記載の方法。
8. 前記浮揚物質が、米殻、小麦籾殻、粉砕されたトウモロコシの穂軸、及び、ピーナッツ殻から選択される請求項６に記載の方法。
9. 前記肥料が、デンプンをさらに含有する請求項６に記載の方法。
10. 前記肥料が、鉄及びデンプンを含有する請求項６に記載の方法。