それこそが、私たちが現在取り組んでいる研究そのものです。まず、水温や塩分といった基本的な情報は、昔から船を使って測ってきました。それを用いて、海水の「重さ」、つまり密度を計算し、それを鉛直方向に積算することで、圧力の分布を求め、海の循環を理解しています。では、水温や塩分は何によって決まるのか。それは、海の表面で決まります。たとえば、海面が冷やされると水温が下がり、蒸発が進むと塩分は上がり、逆に雨が降れば塩分は下がります。こうした変化が起こるのは海の表面だけです。そして、表面で特徴づけられた水は、そのまま表層にとどまるものもありますが、一部は沈み込み、深い海へと運ばれていきます。世界中の深海にある海水も、もとはどこか別の海域の海面で生まれたものなのです。

例えば、太平洋の水深5,000メートルの海水も、その起源をたどると、大西洋北部や南極周辺で生成された水が混ざり合ってできたものだと考えられます。水温や塩分の分布を手がかりに、水が「どこで生まれ、どのような経路を通ってきたか」や、「海面を離れてからどのくらい時間が経っているのか」などが、ある程度推定できるのです。

さらに、栄養塩や溶存酸素といった情報を組み合わせることで、これらの推定がより正確になります。私たち海洋物理学の立場からすると、海水の三次元的な分布、それがどこで形成され、どのように移動してきたかを明らかにすることが、非常に重要なポイントの1つなのです。

物理的な水の分布や流れを理解することは、それが舞台となって、植物プランクトンの光合成や、それを食べる動物プランクトン、さらには魚類などの生態系がどのように成立しているのか、さらに、それらの生物が排出した有機物が、バクテリアによって分解される「リミネラリゼーション」（鉱化作用）を経て、再び栄養塩となってどのように海の中を循環しているのかなどの全体像を理解するための基礎となるのです。

このように、生物の活動は、物理的に整えられた海洋環境の上で成り立っているといえます。

ただし、実際には生き物もまた、その物理環境に影響を与えているのです。たとえば、海を温める主な要因は太陽光ですが、その光は深くまでは届きません。通常、太陽光は水深100メートルほどでほぼ減衰し、それより深い層には届きません。

植物プランクトンは光合成をするので太陽光を吸収するため海面近くに存在します。そのため、プランクトンが多い海域では、光がプランクトンによって遮られ、海中深くまで届かず、海を温める層が浅くなります。一方で、プランクトンが少ない海域では、光がより深くまで届き、海のより深い層まで温められるのです。つまり、生物の存在が海の温度構造に影響を与えているのです。

また、海には黒潮のようなはっきりした海流だけでなく、センチメートルのスケールから1万キロのスケールまで、さまざまなスケールの循環や流れがあります。これらが熱や物質、そして栄養塩を運んでいます。

特に、植物プランクトンにとって必要な栄養塩（窒素・リン・ケイ素）は、表層にはあまり残っていません。なぜなら、光が届く浅い層では光合成が活発に行われ、栄養塩が消費されてしまうからです。やがて有機物は沈降し、深海でバクテリアによって分解され、再び栄養塩に戻ります。そのため、逆に深海には栄養塩が豊富にあるのです。

これらを再び表層に運ぶのが、海の循環や混合といった物理的プロセスです。つまり、植物プランクトンが安定的に生き続けられるのは、こうした循環があるからなのです。そして、循環が変われば、植物プランクトンの分布や活動も大きく変わってしまうといえます。植物プランクトンが変化すれば、それを食べる動物プランクトンや魚類も変化し、海の生態系全体に波及します。つまり、海の「基礎生産」（一次生産）である植物プランクトンの光合成、ひいては海の生態系は、物理的な環境に強く依存しているのです。