窒素の循環について

水の面(おもて)に浮かび、空を見上げると、そこには雲がなびき、そして遥かどこまでも青い空が拡がっています。

私たちが暮らす、地表を覆う膨大な量の大気の組成は、窒素(N2)が78.1%、酸素(O2)が20.9%、アルゴン(Ar)が0.9%、そして二酸化炭素(CO2)が約0.03%で占められています。

私たちが、普段、呼吸というものを意識するとき、それは大気中の20.9%の酸素を、鼻や口から吸って、体内に取り込み、隅々の体組織で栄養を燃やし、そして廃棄物としてできた2酸化炭素をまた鼻や口から吐き出している、というふうに思いがちです。

決してそれは、間違っているというわけではないのですが、大気中に実は78.1%も含まれている窒素については、知ってはいるものの、呼吸としては意識をしていないか、あるいは意識していても、体内を素通りする、私たちの体にはゼンゼン役に立っていない、言ってみれば、まあどうでもいいようなガス、というのがせいぜいのところではないでしょうか。

私たちが、地表で呼吸する大気の圧力は1気圧(1013hPa=760mmHg)です。

従って、私たちは1気圧の大気に囲まれて暮らし、1気圧の大気を呼吸して体内に取り込んでいます。

そして、私たちのからだは約70%が水分で、あと残りの大部分がたんぱく質でできています。

上記の図は、私たちが大気を体内に取り込んだあと、大気を構成するガスのそれぞれが、どのように変化するかを、それぞれの圧力(= 分圧)で示したものです。

確かに、私たちの肺に取り込まれた大気のうち、緑色の部分、すなわち酸素だけが、肺胞で分子となり、動脈を経て体組織に送られ、そこでエネルギーの燃焼に使われ、そしてその結果、心臓に戻る静脈血の圧力が全体として下がり、いわゆる負圧の状態になっていることが見てとれます。

この酸素が、体組織で燃焼に使われて生じる、大気圧に対しての負圧部分(=オキシジェン・ウィンドウ)が、物理的に肺胞での静脈血に含まれる2酸化炭素を排出させ、そして呼気に含まれる酸素と置換させる、いわゆるガス交換の働きを成り立たせています。

では、その間に窒素の方はどうなっているかというと、吸気から肺を経て、分子となり、延々と体内の血液や組織を循環をした挙句の果て、肺に戻り、呼気として排出されるまで、一切の変化はありません。

そして, その体内の窒素の圧力(=分圧)は、地表における大気中の窒素の圧力(=分圧)といつも完全に釣り合いが保たれています。

言い換えれば、地表で暮らす私たちの体内の水分は、いつも窒素で飽和されている状態であるということができます。

私たちの、外呼吸、つまり肺における2酸化炭素と酸素のガス交換が、体内でのエネルギー燃焼によって消費された酸素の負圧(オキシジェン・ウィンドウ)によって正しく行われるには、それ以外のガス、この場合は窒素の分圧に変化があっては不都合です。

窒素、ナイトロジェン、元素記号 ”N” は、私たちの体の水分以外の約20%、すなわちタンパク質を構成するためには、なくてはならない元素です。

それにもかかわらず、私たちは、自分のからだを通過してゆく窒素をうちに取り込んで、そして体を作るタンパク質にしてしまうことはできません。

地表で暮らす私たちにとって、それは、呼吸を行うための、原理的な条件であり、地表で呼吸をして、命をつないでゆくための原則、言ってみれば命の掟のようなものでもあるとも言えます。

水面で、頭をもたげて見上げた大きな青い空から、目をもとの水面に戻すと、そこにはすぐ鼻の先から、延々と平たい水の面(おもて)が、遥か彼方の水平線にまで拡がっています。

果てしなく広く拡がる、この地表の70%以上を占める水面の下に、淡々と深く水を湛える海のなかでは、微小で原始的なバクテリアから始まり、果ては大型の海洋生物、そして今、水面に浮かんでいる私たちにまでに至る、延々と繋がる生命のドラマ、宿命としての生死の連鎖がダイナミックに展開されています。

大気に含まれる窒素は、海洋の、身近なところでは、シアノバクテリア (藍藻)の一種であるネンジュ藻、また、表層の温度が比較的高く保たれている南シナ海などにおいては、やはりこれもシアノバクテリア の一種、ユレモの仲間でもあるトリコデスニウムなどの、まさにミクロの原核生物たちによって、還元され、食物連鎖の始まりであるアンモニア(NH3) が、ひたすら合成され続けています。(窒素固定)

ネンジュ藻
トリコデスニウム

(参照:https://www.aori.u-tokyo.ac.jp/research/news/2018/20180706.html)             (参照:https://www.jst.go.jp/pr/announce/20140422/index.html)

アンモニアは、海の水に溶けることにより、食べられるアンモニウムイオン(NH4) となり、それをまずは、おなじみの緑色した植物プランクトンたちが、同じように海に溶けている栄養分(リン・ケイ素など=栄養塩)とともに取り込みます。

そして植物プランクトンたちは、燦々と降り注ぐ太陽光のエネルギーを全身で謳歌しながら(光合成、CO2+H2O)、有機物(C6H12O6など)を作り出します。  (炭素固定)

植物プランクトンの炭素固定

(参照:https://www.jamstec.go.jp/j/about/)

植物プランクトンの作り出す有機物、このブルーカーボンとも言われるミクロの食物から、すべての海の動物たちの、延々と繰り広げられる生存のドラマ、食物の連鎖が始まっています。

食物連鎖ピラミッド

これらの植物プランクトンの活動領域である海洋の表層に潜り、水面に浮かび、時には空を眺めることもできる私たちは、当然、海からの食の恵みをも受けており、そこに生息する多くの動物たちと同様に、その生と死の連鎖の中で、いつも一生懸命に頑張って生きて行こうとしている、と言えます。

そして、もう一つの忘れてはならない重要な側面は、上記の図の左側の、これらの様々な生き物が、生存中に排泄したり、挙句に死んだりしたものが、また分解されて、元の栄養塩にまで回帰してくるループが、紛れもなくあるということ。

この、様々な海の動物たちの排泄物や死骸の分解といった、回帰のループを担う大仕事もまた、実は、名も知らぬミクロのバクテリアたちによって行われています。

決して派手ではありませんが、ダイナミックで大切な海の生命の循環の、欠くことのできない大切な一部と言えます。

この分解が行われる過程で、海洋のなかで再生された窒素ガスは(脱窒)、海面に戻り、そこから大気に回帰し、天高く空いっぱいにまた登ってゆきます。(窒素循環)

(参照:(https://www.jstage.jst.go.jp/article/kagakutoseibutsu1962/15/2/15_2_98/_pdf)

いっぽうで、動物たちの排泄物や死骸は、次第に凝集し,これらのミクロのバクテリアや動物プランクトンたちによって、ゆっくりと消費され、分解されながら,また栄養塩に戻りつつ、海洋の深いところへと降りてゆきます。

どこまでも、どこまでも深い海の中へと。

地表を広く大きく覆う海洋のうちで、最も深いところとされているのが、私たちの日本列島を南方に、たかだか約1200キロほど南へ辿ったところ、グアムやサイパンなどに近い、マリアナ海溝のチャレンジャー海淵です。

ここの深さは、なんとおよそ10920メートルほどにも及んでいます。

そんなにも深く、果てしない闇のような世界で暮らす生きものたちは、いったいどんな姿をしていて、そしてやはり、みんな一生懸命に、ガンバって暮らしているのだろうか、と思うダイバーの方々も多いと思います。

最近では、2012年3月にアメリカの映画監督、ジェームスキャメロン氏がここへのソロダイブを、7年もの年月をかけ、巨費を投じて作り上げた、重装備の潜水艇で試みています。

しかし、せっかく地上の叡智をふり絞って作り上げた潜水艇も、超高圧下(1093気圧!)という大深度での過酷な条件には、しっかりと耐えきることはできなかったようです。

外部に取り付けた、油圧で作動するアームが液漏れを起こし、ふんわりと積もり積もったやわらかなシルトの海底を引っ掻き回し、そして視界不良に陥り、挙げ句の果て、アレコレと生物を採集することもままならなくなって、結局は予定を切り上げて、とっとと浮上して来ざるをえなかったとのこと。

しかし、ともかくも無事に生還したキャメロン氏が、待ち構えていたカメラの前で語るには。。

”そこはとても荒涼としていて、とても不毛なところ、とても隔離されていて、私の感じでは、すべての人間的なものから完璧に隔離されたところ、まあ言って見れば1日かけて宇宙に行って、そして帰ってきたような感じでした”  とのこと。

そんな深海で、彼が分厚いサファイアグラス越しに見たものは、海の分解屋さんとも言われているような、プランクトンの死骸などをせっせと食べている、体調2.5センチほどのヨコエビ君の仲間(カイコウオオソコエビ)しかおらず、かろうじての成果としては、深海の柔らかいゼラチン質のような海底の泥から採取した、数種のバクテリア類を持ち帰ることができたようです。

カイコウオオソコエビ君

(参照:https://ja.wikipedia.org/wiki/カイコウオオソコエビ)

とっとと浮上してゆく、モノモノしい塊を見上げて、深海のヨコエビ君たちは、ふーん、あれもなにかのうんこだったのかな~、とか言いつつ、またそこいらのプランクトンの死骸などをガシガシと食べ続けたことでしょう。

CCR(閉鎖式回路リブリーザー)の呼吸について

CCR(Closed Circuit Rebreather、クローズド・サーキット・リブリーザー、閉鎖式回路リブリーザー)では、水中に持ち込んだ呼吸源のガスを、使い捨てにすることなく、循環させています。

これは、一般に普及しているOC (Open Circuit、オープン・サーキット、開放式回路)のダイビングでの、呼気をすべて水中に放出してしまう仕組みとは、大きく異なっています。

OCのダイビングでは、通常、呼吸源のガスをシリンダーに充填し、それを水中に持ち込み、そしてダイバーが置かれた水中の環境圧で問題なく呼吸できるよう工夫された器具(=レギレーター)を使用しています。

その為、水中での呼吸源のガスの使用量、もしくは潜水可能な時間は、ダイバーの呼吸量と、その潜る深度に比例することになります。

そしてまた、OCのダイビングでは、呼吸する度ごとに肺の体積が増減し、したがって水中でのダイバー自体の体積が増減する為、浮力の微調整を習慣的に肺で行い、その結果、主に肺での外呼吸、つまり、肺でのガス交換のみに意識が集中する傾向があります。

参照:https://ja.wikipedia.org/wiki/流体力学

いっぽう、CCRでのダイビングでの呼吸は、それぞれ完全に閉じた3つのループによって構成されています。 

まずひとつ目の呼吸ループは、CCR機器それ自体で、これはダイバーの体組織でのエネルギー燃焼に使用される純酸素、それを適切かつ安全な酸素濃度で呼吸するための希釈用ガス、呼気に含まれる2酸化炭素を吸収し除去するキャニスター、そしてそれら全てを自律的にモニターし管理する機構、などで成り立っています。

純酸素と希釈用ガスは、OCと同様に、それぞれ別のシリンダーに充填して水中に持ち込むことになりますが、呼気に含まれる、体内組織の燃焼に使用されなかった酸素を、水中に放出することなく再利用するため、これらのシリンダーの容量は少なくて済みます。 一般的には、2リットルもしくは3リットルのものが使用されています。

2つ目の呼吸ループは、ダイバーの肺で行われる、酸素と2酸化炭素とのガス交換のループ、いわゆるヒトの外呼吸です。

CCRには、呼吸が機器のループ内で適切に無駄なく循環するために必要な、カウンターラングという、もうひと組の外部の肺の機能が取り付けられています。  このおかげで、水中のCCRダイバーの体積は、呼吸による影響を受けず、従ってある一定の深度では、その環境圧に応じた一定の体積を維持することができます。

参照:https://ja.wikipedia.org/wiki/静水圧平衡

そして、3つ目の呼吸ループは、ダイバーの体内の血液の循環系統と組織の隅々とで行われる体内呼吸のループ、すなわちヒトの細胞呼吸、いわゆる内呼吸です。

上記の三つの閉じた呼吸ループによって呼吸するCCRダイバーは、従って、自身の体内組織における呼吸の状態を、安定的かつ良好な状態に保つことに自ずから意識を置くようになります。 

参照:https://ja.wikipedia.org/wiki/呼吸

これは、具体的には、体内でのエネルギーの燃焼効率(=メタボリズム)や、血中酸素飽和度、血液中の2酸化炭素の分圧など、自身の体内での呼吸の状態を、安定的かつ良好な状態に保つために必要なさまざまな条件に、習慣的に十分な気を配ることを意味しています。

このことは、ひいてはCCRダイバーは、その自身の自律神経系の安定性までもを積極的に管理する能力や習慣を身につけることにもつながっていきます。

五臓

五臓 

心・肺・肝・腎・脾、そして脈絡

心は日(ヒ)、畏くも大き火(ヒ)ゆえ燃え盛るを常とす。

息を撓らせ足さきにまで降ろし切れば脈は燃えて五臓を絡(ツナ)ぐ。

肺は魄(タマシイ)、行わざれば価せず、心の脇に浮かんでいる。

息を繋(ツナ)ぎ湧き来る暖かき脈を慈しみ尽くせば宝(タカラ)。 

肝は魂(ココロ)、厳かな杜の木々のように冥い淵に佇んでいる。

息を尽くして脈を入れ心に登り来れば日に結 (ムス) ぶ。

心に仕える熾(オキ)ゆえにときに稲妻となり攻め尽くし果たす。

腎は志(ココロザシ)、限りなき水にして月の光のように冥い淵を照らしている。

息を行い脈を入れ心に遡り来れば日を護り全うする。

心に仕える水に蒼き龍(オロチ)ありときに悩み哀しみはては舞翔けてのち鎮む。

肝と腎は相和さざれば遂げず。

脾は意(オモイ)勁き智(サトリ)、日と淵の狭間にあって良き土のように凛々しく。

誠(マコト)を尽くす永遠(トワ)の生命(イノチ)の振る舞い。

(白隠禅師、夜船閑話より ©️2021さわみしん)

  64卦の解き明かし(全) 

  1. 乾為天 水を尽くす 余地なきにまで 全てを赦す 陽が天を為す 龍が眼見開き 雷が充ち 激しき陽の極み 
  2. 坤為地 良き土は全容の道 深く息を継いでゆくのだ 気付けば方位がある 陰の極み 月光のごとくに
  3. 水雷屯 芽ざし水が震え起つ いのちが生まれているのだ 遠い雷鳴に驟雨の予感が粟立つ 恐れることはない 信を持って行くのだ
  4. 山水蒙 驟雨が降り来たり 道をなす しかし未だ昏い 限りなく激しく悩むのが良いのだ さればほのかな明かりが灯る 
  5. 水天需 強き意思に さらなる雨が降り注ぐ 灯明を信じ 乾ききり 吐くまでに激しく悩むのが良いのだ
  6. 天水訟 天は遠く 降り注ぐ雨は続き 時局は自ずと軋轢を生ず あらねばならぬ次局へ 動悸が波打つ
  7. 地水師 地深く 水脈が導いている 軋轢を経れば 命の連鎖がある 類が生まれ 国ができる
  8. 水地比 揺るぎなき しかし瞬間の 和が生まれる そして智を導く しかし道は昏くそしてしかも浅い
  9. 風天小畜 智が携える 意思が道を養う 束の間のことと 心してかかれ 風は乱を生ず
  10. 天沢履 智が強く 舞いを踏み 華やぎて発展 すでに乱の予兆あり
  11. 地天泰 腹定まり 束の間の 恒常のごとく 撓やかな息を 継いで行くがいい 
  12. 天地否 息を継ぎ 静脈を迸す 激しき交 内にあり よって束の間の閃光
  13. 天火同人 交なり しかし撓やかな炎を絶やすな 熱き智が導く
  14. 火天大有 激しき息遣い 激情の謙 多きひとが 靡いている
  15. 地山謙 揺るぎなき焔慧 厳かな行いとして 謙の道を辿れ されど油断はできない
  16. 雷地豫 ひとが集う 良き土の 日々の行い されば天が導き 縁が生ずる
  17. 沢雷随 喜びはすでに危うい 謙を震わせつつ 彷徨う これが無限の錬磨なのだ
  18. 山風蠱 こころ定まらず 道定まらず 蠢く魑魅魍魎 されば ともに舞うがいい
  19. 地沢臨 されば地に光明 いのちの兆しあり 進め
  20. 風地観 向くところ定む 義あり 地動く 深き息を継いでゆけ
  21. 火雷噬嗑 不可測あり 呼気尽きることなく されば道拓けん 
  22. 山火賁 揺れ燃え 而して道あり 故に破 怠ることなく  
  23. 山地剥 月光燦々 荒野のごとく 仰ぎ見て一縷の長息 温かき石群かな
  24. 地雷腹 息整えれば 腹に萌す 新しき山野初め されば勇なり
  25. 天雷无妄 萌あり 誠あれば そこに道あり
  26. 山天大畜 大道なれば 進むがいい 深い息を継ぎつつ 行く手に雷光
  27. 山雷頤 道が始動している 黙々と 学び 進め
  28. 沢風大過 遅々として学び しかし 乾きながらも 行くがいい 
  29. 坎為水 悩み溢れ よってここで游べ 行く手萌え 遥かなる雷動
  30. 離為火 なんと燃え盛るではないか されば 粛々とここで舞え
  31. 沢山咸 靡く 求めている 天に向かって舞え 支え導きながら
  32. 雷風恒 力強く震えて行け 而して恒  
  33. 天山遯 剥離してゆく これは されば行え
  34. 雷天大壮 今こそと おおらかに ここで舞え
  35. 火地晋 厳かな光明 燃え
  36. 地火明夷 耐えよ 光明を見つめ 絶やすことなく されば兆し
  37. 風火家人 温かき火に 持ち寄れば 定む
  38. 火沢睽 火盛ん おさまらず 
  39. 水山蹇 腹あれば これにて補とし されば交なる
  40. 雷水解 さらに震え悩み、激しく揺れよ 而して兆解く
  41. 山沢損 恐るな克己 されば起ち 踏み 舞わん
  42. 風雷益 道しかと定む 一閃の微風 遠き野まで行かん 
  43. 沢天夬 腹すえ 深き息にて前へ しかしこれは序
  44. 天風姤 なんという逆転 揺らぐ智 水無ければ 慎みをしかと抱いて行くべし 
  45. 沢地萃 心置きなく 厳かに抱き そして舞え 玄丹あり 
  46. 地風升 ゆく道を司るものあり 天ならずも 胸暖かく喜び 
  47. 沢水困 枯れ 踏み 道を求めよ
  48. 水風井 削りこみ 真我を持ちてのち 浮遊す
  49. 沢火革 誠あり よって起ち動き されば天に赴く
  50. 火風鼎 動き定め 行け 淡々着々と 行くがよい
  51. 震為雷 胎動あり されば淡々と交す
  52. 艮為山 欲剥がれ よって自ずから解
  53. 風山漸 道定む されど火水の相克は止まず
  54. 雷沢帰妹 舞い悶え 必ずや 戒めて行くのだ
  55. 雷火豊 勇あり 謙譲なり 心して 戒めつつ
  56. 火山旅 道が揺らぎ 変転す 舞を鎮め 忍びつつ  
  57. 巽為風 定め定め 添い されど燃ゆる 憤る火あり 
  58. 兌為沢 舞を踏み 相和し 力生まれ 忘るるな道 
  59. 風水渙 悩まし道 激しければ 新しき道あり
  60. 水沢節 悩む故 至誠のこころに ゆく道あり
  61. 風沢中孚 この地で 厳かに 心尽くし 舞え ゆく道は絶えず
  62. 雷山小過 山が揺れ、されど行いは 絶やすことなく
  63. 水火既済 潔く 終わりなく 始まりを見よ されば交し よって創造 
  64. 火水未済 たどり着き ゆえに転生す 新しき 山野初め 華やぐ息吹よ

©️2019さわみしん