未来にむけて大きな可能性をひめる深海。地球温暖化の一因とされる二酸化炭素（CO2）をかためて海底下にうめれば温暖化対策になるし、数百度の熱水がわき出す熱水噴出孔からは鉱物資源が、海底下からは天然ガスを含むメタンハイドレートがとれるかもしれません。でも、CO2をうめるなら海底下からCO2が漏れ広がらないか監視する必要があるし、資源を利用するにはまず発見しなければなりません。
このたび、それを効率良く実現するためのセンサが誕生しました。中野 善之博士が開発した「pH-CO2ハイブリッドセンサ」です！ いったいどんなもの？ その正体にせまります！
海水は、その場所により性質
が少しずつ変わります。たとえば海底下からCO2が漏れると海水のCO2
濃度は上がりpHは下がります。また、CO2を多くふくみpHが低い熱水が噴出すると海水のCO2濃度は上がりpHは下がり、メタンハイドレートがあればメタンの泡がふきだし（メタンプルーム）海水のCO2濃度は下がります。
ならば、pHやCO2濃度の異変を探せば、CO2漏れや資源を発見できるはず。そこでジャムステックでは、pH センサやCO2センサを水中探査機にのせて調査をするための技術開発に取り組んでいます（図1）。
図1：pHやCO2濃度の異変を探せ！
ところがこれまでは、pHセンサは水深1,000mより深い海の水圧にたえられるものが無かったし、CO2センサは深海用だと誤差が大きく探査機にのせるにはサイズもかさばりました。また、pHは数秒で計測できるけどCO2濃度は数分かかるので、たとえばpHセンサが異変をとらえた時には水中探査機はすでにそこを通りすぎていて、CO2濃度の測定が間に合いませんでした。
そこで中野博士が、新しいセンサを開発したのです。
2年かけて開発したpH-CO2ハイブリッドセンサは、世界初の、深海でpHとCO2濃度を同時に精密に測定する優れもの（図2）！！！
本体は2つにわかれ、ポンプユニットには、測定に必要な試薬（pH指示薬溶液）やそれを流すためのポンプ、メインユニットには実際に測定するセンサが組みこまれています。
図2：pH-CO2ハイブリッドセンサ
pHは、ガラス電極と比較電極を使い、それらの間に生じた電力の差から求めます（図3）。
図3：pHの測定原理
今回は、pHセンサ（図4）の電極の内側の空間を液で満たし膜を使って電極の内側と外側の圧力が同じになる構造にして、深海の水圧の影響を受けないようにしました。水深3,000mまではもぐっても大丈夫！ 測定は、pH7〜8の範囲を特に精度良く測れるようにました。海水はふつうpH7〜8なので、この範囲を細かく測定できるのは極めて重要です。pHの測定には水温も影響するので、しっかり補正。これらにより、pHセンサの精度はこれまでの約5倍に上がりました！
図4：開発したpHセンサ
CO2濃度は、CO2濃度により色の変わる「pH指示薬溶液」を使い、その色の変化から求めます。色の変化は人間の眼では正確にわからないので、光をあててpH指示薬溶液にどれだけ吸収されるかの割合を見ます（図5）。
これまでCO2濃度の測定に時間が必要だった理由には、pH指示薬溶液がCO2濃度に応じて変わるまでに時間がかかることが関係しました。そこで今回は、できる限り早く色が変わるpH指示薬溶液の組成を探し出しました。光源には消費電力が少ないLEDを使い、青・黄・赤の光でpH指示薬溶液の色のわずかな変化もとらえるようにしました。
図5：CO2濃度測定の原理
pHとCO2センサを一体化させるためにも、新たなソフトウェアを開発しました。消費電力は少ないのにpHとCO2濃度のデータを1秒ごとに保存できます！
pH-CO2ハイブリッドセンサを水中探査機「じんべい」や「かいこう」にのせて、実際に上越沖と沖縄トラフで試験を行いました（図6）。
図6：実際の海で試験！
上越沖で、水温の異常な上昇とCO2濃度の低下を確認（図7左）！ まさにメタンプルームの特ちょうだけど、本当に…？ 大丈夫、音で海底を調べるソナーという装置でもとらえていました！
沖縄トラフではCO2濃度の異常な上昇とpHの低下をとらえました（図7右）！ こちらはまさに熱水。pH-CO2ハイブリッドセンサは、バッチリ測定することが確認されました！
図7：pH-CO2ハイブリッドセンサがとらえた！
pH-CO2ハイブリッドセンサと「じんべい」との連携を高め、センサの測定結果をふまえ「じんべい」が調査をすることで、効率的にCO2漏れの監視や資源探査をできるようにしていきます。
測定方法のちがうセンサを一体化したものは、世界初。中野博士は、「pH-CO2ハイブリッドセンサの精度は高いし、探査機から取り外しても使えるので、色々なところで使われるようになればうれしい」と話します。
写真：pH-CO2ハイブリッドセンサを持つ中野博士。
開発中には耐圧容器がこわれたり浸水したことも。そのたびに工夫して問題を解決し、ついに開発に成功しました。
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