インターネットはどう海を越える？海底光ファイバーケーブルを解説

スマートフォンで海外のWebサイトを閲覧したり、海の向こうの友人とビデオ通話をしたりするとき、その膨大なデータは一体どこを通って届けられているのでしょうか。空高く浮かぶ人工衛星を電波が行き交う姿を想像するかもしれませんが、現代の国際インターネット通信を圧倒的な規模で支えている主役は、宇宙ではなく「深海の底」に張り巡らされた海底光ファイバーケーブルです。

国際連合の専門機関である国際電気通信連合（ITU）の解説資料によれば、国際的なデータ交換の99%以上が海底光ファイバーケーブルによって担われています。私たちが日常的に送受信するデータは、目に見えない大洋の深底を、髪の毛ほどの細さのガラス繊維を通る光の波となって猛スピードで駆け巡っています。

本書では、デジタル信号が光となって海を越える物理的な仕組みから、過酷な深海に耐えるケーブル構造、中継器や陸揚げ局の役割、そして切断事故から通信を守る運用の現場まで、基礎知識から分かりやすく解説します。

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国際通信の99%を支える海底のインフラ

現代の大陸間通信は、どのようなインフラによって維持されているのでしょうか。その実態を数字と物理的特性の両面から整理します。

衛星通信と海底ケーブルの役割分担

人工衛星を利用した衛星通信は、地上の通信網が整っていない山岳地帯、洋上の船舶、航空機、極地、災害時の緊急連絡手段として極めて重要です。

しかし、大陸間を結ぶ基幹の国際通信では主客が逆転します。ITU（国際電気通信連合）は、国際的なデータ交換の99%以上を海底光ファイバーケーブルが担っていると説明しています。この99%という数値はITUの公表資料における解説記述に基づくものであり、詳細な算定根拠や集計年は原典側で開示されていないため、特定年の確定的な統計値というよりは公的機関による概括的な位置づけですが、国際通信の大半が海底に依存している実態を示しています（国内通信や局所的な無線通信は除外されます）。

海底ケーブルが選ばれる決定的な理由は、「通信容量（帯域幅）」「通信遅延」「コスト」にあります。光ファイバーは、1本のガラス線の中に波長の異なる光を高密度に多重化でき、ケーブル1本で毎秒数十〜百テラビット（Tbps）を超える大容量データを安定伝送できます。電波の利用可能帯域や大気減衰、宇宙との往復距離による伝搬遅延の制約を受ける衛星通信に比べ、光ファイバーは大陸間の大容量・低遅延通信において圧倒的な優位性を持っています。

全長150万キロメートルにおよぶ世界網

米国の通信市場調査会社TeleGeographyの公表データによると、2026年時点で稼働中および計画中の海底ケーブルシステム数は世界全体で600を超えています。また、2026年初め時点で実際に稼働しているケーブルの総延長は約150万キロメートルに達します。これは地球を約37周以上できる長さに匹敵します。

19世紀中頃に始まった初期の国際通信は銅線による電信ケーブルでした。しかし、銅線を通る電気信号は長距離化に伴う信号減衰が激しく、周波数帯域にも厳しい限界がありました。数千〜1万キロメートルを超える大洋横断において、現代の爆発的なデジタルデータを電気信号のまま送ることは工学的に極めて非効率です。この限界を突破し、地球規模の超高速通信を実現したのが光ファイバー技術でした。

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デジタル信号が光となって海を渡る仕組み

端末で扱うデータがどのように光へと変換され、ガラス繊維を進むのか、その物理原理を見ていきます。

電気から光への変換と高度な変調技術

スマートフォンやPCが扱う文字、音声、動画などのデータは、すべて「0」と「1」の2進数（ビット列）です。例えば文字データであれば、ASCIIやUTF-8といった文字コード体系に従って2進数へと変換されます。

送信側の光端局装置では、この電気信号がレーザー光の信号へと変換されます。初歩的な解説では「0なら消灯、1なら点灯」という単純な点滅モデルで説明されることがありますが、現代の高速通信では単なるオン・オフの点滅ではありません。光の波が持つ「振幅（強さ）」や「位相（波の山と谷のタイミング）」、偏波面をきめ細かく制御する高度な「光変調技術」が用いられています。これにより、同じ時間内に格段に多くの情報量を光波に載せて伝送できます。

全反射の物理原理と光ファイバーの導光

光ファイバーの芯は、高純度の石英ガラスで作られた極細の繊維です。中心の「コア」と、その外側を取り囲む「クラッド」の2重構造になっており、コアの屈折率はクラッドよりもわずかに高く設計されています。

光学の基本法則において、屈折率の高い媒質（コア）から低い媒質（クラッド）へと進む光が、境界面に垂直な法線から測った「臨界角」より大きな角度で境界面に入射するとき、光は外側に屈折・透過せず境界面で100%反射します。これが「全反射（Total Internal Reflection）」です。

光ファイバーはこの全反射の導光原理を利用しています。レーザー光を適切な角度でコアに入射させると、光はコアとクラッドの境界面で全反射を繰り返しながら、コア内に閉じ込められたまま進みます。

ただし、全反射で光を導いても損失がゼロになるわけではありません。石英ガラスにおける吸収と微小な密度揺らぎによるレイリー散乱、敷設時などの大きな曲げや微小な曲げによる損失があり、光信号は長い距離で減衰します。境界の外側にも広がるエバネッセント場の存在だけを、不可逆な減衰原因として数えるわけではありません。

大容量化を支える波長分割多重とファイバーペア

伝送容量を飛躍的に高める技術が「波長分割多重（WDM: Wavelength Division Multiplexing）」です。これは波長（色）の異なる複数の光信号を1本のガラスファイバーへ同時に通す技術です。各波長は互いの影響を抑えて受信側で独立に分離・検出できるよう設計されており、1本のファイバー内に多数の仮想的な光通信路を束ねることができます。

また、海底ケーブルでは「1本のファイバーでは物理的に一方向にしか光を送れない」わけではありません。しかし、システムの安定性や送受信装置の構成を単純化し、高い信頼性を保つため、送信用と受信用でそれぞれファイバーを分けて2本1組（ファイバーペア）として運用する設計が一般的です。現代の海底ケーブルは、このファイバーペアを複数組収容しています。

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過酷な深海に耐えるケーブル構造と中継・陸揚げの役割

水深数千メートルの海中は、超高圧、低温、暗黒の過酷な環境です。繊細な光ファイバーを守る構造と、長距離伝送を維持する設備を見ていきましょう。

ケーブルの基本構成：光・力・電気の統合

海底ケーブルは単なるガラスの束ではなく、繊細なファイバーを物理的・電気的に保護する複合構造です。材質や層数は用途や製造元により異なりますが、一般に以下の基本機能を備えています。

1. 光ファイバー心線：信号を伝えるコア部。湿気や圧力から守るため、止水混和物とともに金属チューブ（ステンレスや銅）内に密閉されます。
2. 引張り耐力部材（テンションメンバー）：敷設時や修理の引き揚げ時にかかる自重や船の張力に耐える高張力鋼線。
3. 給電導体：深海の中継器へ電力を送るための銅またはアルミニウムの層。
4. 絶縁層と外被：高電圧の漏電を防ぎ、海水による腐食や摩耗を防ぐ高密度ポリエチレン層。

深海部と浅海部で異なる防護設計

海底ケーブルの外観と構造は、水深によって大きく異なります。TeleGeographyの公表データによると、敷設環境は「深海部」と「浅海部」に大別されます。

水深数千メートルの「深海部」では、水圧は数十メガパスカル（MPa）に達します。しかし海流は極めて穏やかで、漁船の網や錨が届くこともありません。そのため重い鋼線外装は施されず、外径は散水ホースほど（約17〜21ミリメートル）しかありません。この細いケーブルが深海底の泥や岩の上に直接置かれます（直置き）。

一方、沿岸から水深数百メートルまでの「浅海部」は環境が一変します。底引き網漁の漁具や大型船の錨が海底を引っ掻く危険があるため、浅海部では基本構造の外側に太い亜鉛メッキ鋼線を巻き付けた頑丈な「外装ケーブル（アーマードケーブル）」が用いられます。さらに海底埋設機を使い、海底の土中に溝を掘ってケーブルを埋設する防護が行われます。

なお、海底ケーブルシステムの設計寿命は一般に「約25年」と想定されています。これは「25年間絶対に故障しない法的な保証」ではなく、高水圧や腐食、高電圧に耐え、重大な経年劣化を起こさずに運用できるように設計される「超高信頼性設計の工学的目標値」を意味します。

海底中継器（リピーター）による光増幅

石英ガラスの中を進む光は、材料吸収や散乱により徐々に減衰します。太平洋や大西洋を越えるには、途中で光を増幅する必要があります。

この役割を果たすのが、数十〜百キロメートルほどの間隔で配置される「海底中継器（リピーター）」です。高耐圧容器に収められた中継器は、エルビウム添加光ファイバー増幅器（EDFA）などを用い、光信号を電気に戻すことなく光のまま直接増幅します。

ただし、中継器は「信号を劣化前の完全な状態に復元する無劣化再生装置」ではありません。光を増幅する過程で自然放出光（ASE雑音）が付加され、中継器を通過するたびに雑音が蓄積します。この信号対雑音比（SNR）の低下が、伝送距離や通信容量を制約する物理的要因となっています。

陸上からの高電圧給電と陸揚げ局の電源

深海の中継器を動かす電力は、陸上から送電されています。両岸の陸揚げ局に設置された「給電設備（PFE: Power Feeding Equipment）」から、ケーブル内の給電導体を通じて、すべての中継器へ直列に直流電流が送られます。長距離にわたり定電流を送り届けるため、印加される電圧は数千ボルトから1万ボルトを超える直流高電圧となります。電流の帰路には海水の導電性を利用する方式や、両端から正負の逆極性で給電する方式が用いられます。

海底ケーブルが陸に上がり地上網と接続する拠点が「陸揚げ局（ケーブルランディングステーション）」です。局内には、微弱な光信号を受信してデジタルデータに復調する「光端局装置（SLTE）」や給電設備が設置されています。陸揚げ局は地震や停電でも停止しないよう、大容量の無停電電源装置（UPS）や非常用自家発電設備による強固な冗長電源を備えています。

光速と伝搬遅延のリアルな計算例

光の速度は瞬時に思えますが、地球規模の距離では明確な遅延として現れます。真空中での光速は約毎秒30万キロメートルですが、光ファイバーのコア（ガラス、屈折率約1.5）の中を進む光の速度は約毎秒20万キロメートル（1ミリ秒あたり約200キロメートル）まで落ちます。

例えば1万キロメートルの海底区間を進む場合、片道だけで「10,000 ÷ 200,000 ＝ 約0.05秒（約50ミリ秒）」かかります。これは屈折率を考慮した片道の海底伝搬時間のみの理論計算例です。実際の通信では相手の応答を待つ往復時間（RTT）として倍の約100ミリ秒が必要となり、さらに陸上区間の伝搬時間やルーター等のパケット処理遅延が加算されます。海外通信で生じるタイムラグは、光が海を渡る物理的な移動時間に起因しています。

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通信経路はどう決まるのか――End-to-Endの全体像とルーティング

私たちが海外のサーバーと通信するとき、データはどのようにルートを選び、海底を越えていくのでしょうか。

通信経路は動的に決まる

海外のWebサイトにアクセスする際、通信がどの海底ケーブルを通るかは固定されていません。

インターネットは、多数の自律システム（AS: Autonomous System）が相互接続されたネットワークです。パケットがどの経路を通るかは、BGP（Border Gateway Protocol）などのルーティングプロトコルによって動的に決定されます。BGPは組織間の接続方針（ポリシー）、経路の到達性、回線コストなどに基づいて最適な転送先を判断します。

BGPはパケットごとに瞬時に物理ケーブルの状態を監視・切替する装置ではなく、IPネットワーク層の到達性情報に基づいて経路制御を行う仕組みです。したがって、特定の通信やメッセージがどの物理海底ケーブルを通過したかを外部から固定的に特定することはできません。事業者のネットワーク構成や障害時の迂回によって、通過する物理回線は柔軟に変化します。

陸揚げ局から深海部まで――区間別模式図の読み方

手元の端末から海外サーバーまでの接続順は本文でたどれます。次の図はその全経路ではなく、陸揚げ局、浅海部、深海部という代表的な三つの区間に絞って構造を見せます。

図は、陸揚げ局で陸上網と海底ケーブルがつながる部分、漁具や錨などへの対策が必要な浅海部、長距離伝送を支える深海部の一例を示します。対岸の設備、サーバーまでの全経路、海底中継器への完全な給電回路を描いたものではありません。

浅海部の埋設や外装、深海部の直置きは代表的な方法で、海底地形や環境に応じて変わります。描かれた建物や海底は実在地点の写真や測量図ではありません。

• 光と給電の違い：情報は光ファイバー内の光信号として伝わります。中継器への電力はケーブル内の導体で供給され、図は完全な電気回路を描いていません。
• 区間とルートの違い：三場面は代表的な構造の比較で、特定メッセージの実測経路、対岸までの全区間、実在する一本の海底ルートを示すものではありません。
• 障害時の運用：国際通信は通常、複数のケーブルや経路を利用します。迂回の選択は事業者の網構成などに依存し、この図だけから特定通信の経路を決められません。

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なぜ切断事故が起きるのか――障害原因と修復・冗長化の現実

深海に沈む海底ケーブルですが、現実にはさまざまな原因で損傷や切断が発生します。

障害原因の約3分の2は人間の活動

海底ケーブルの障害は世界全体で年間約200件ほど報告されています。その大部分は浅海部における人間の活動に起因します。

国際ケーブル保護委員会（ICPC）の報告データによると、海底ケーブル障害の約3分の2（約65%以上）は、底引き網などの漁具の引っ掛けや、船舶が投下する錨（アンカー）の引きずりによる偶発的な人為的原因です。大型船の錨が引っかかると数十トンの力が加わり、鋼線外装をも切断してしまいます。自然現象による障害としては、海底地震に伴う地滑りや混濁流（乱泥流）などが挙げられます。

なお、「サメがケーブルを噛み切るのではないか」という俗説がありますが、ICPCの調査データによると、適切な防護設計が確立された2007年から2014年の記録において、サメ等の魚類によるケーブル障害は「0件」と報告されています。現代のケーブルにおいて魚類による被害は主要な脅威ではありません（将来の絶対的無発生を保証するものではありません）。

障害位置の特定と洋上での修理作業

障害が起きると、まず「光時間領域反射率計（OTDR）」を用いて位置を特定します。陸揚げ局から光ファイバーへパルス状の試験光を入射させ、切断点や異常点から戻ってくる微弱な反射光を観測します。光の往復時間とガラス中の光速から計算することで、陸揚げ局から何キロメートル離れた地点で破断が起きているかを高い精度で絞り込めます。中継器からのテレメトリ監視信号も障害区間の特定に活用されます。

位置が特定されると、専用の「海底ケーブル修理船」が出動します。水深に応じて遠隔操作探査機（ROV）や特殊な鉤爪（グラップネル）を降ろし、海底のケーブルを切断・把持して船上へ引き揚げます。船内の作業室で損傷部を切り取り、新しいケーブルを融着接続（スプライス）した上で、再び海底へと戻します。この洋上修復には、天候や水深により数週間から数ヶ月を要します。

冗長化の仕組みとチョークポイントのリスク

修理に長期間を要するにもかかわらず通信が保たれるのは、強固な「冗長化」が施されているためです。主要な通信事業者は地理的に異なる複数のケーブルシステムの帯域をあらかじめ確保しており、切断が発生しても光伝送網の自動保護切替やIPルーティングの再計算によって瞬時に健全なルートへとトラフィックが迂回されます。

ただし、「冗長化があれば常に全く影響がない」わけではありません。迂回先のルートに十分な空き容量（残容量）がなければ、ネットワーク混雑による速度低下やパケット損失が生じます。

さらに深刻なのが「チョークポイント（地理的要衝）」のリスクです。ルソン海峡（台湾南方）、スエズ周辺海域（地中海・紅海間）、マラッカ海峡などは、多数の基幹ケーブルが狭い海域に密集して通過しています。こうした要衝で海底地震や連続投錨事故が起きると、複数のケーブルが同時に破断し、地域全体の通信帯域が極端に逼迫する大規模障害に発展することがあります。

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海底ケーブルに関するよくある疑問

読者から寄せられる代表的な3つの疑問について解説します。

Q1. 将来すべての通信が低軌道衛星に置き換わる可能性はありますか？

A1. 海底ケーブルが衛星通信に完全に置き換わる可能性は極めて低いと考えられています。低軌道衛星コンステレーションは過疎地や洋上、航空機など地上の通信設備がない場所で画期的な接続性を提供しています。しかし、衛星通信は大気圏を通過する電波の利用可能総帯域幅に物理的な限界があります。大陸間で毎秒数十〜百テラビット以上の膨大なデータを、低遅延かつ低コストで運び続ける能力において、光ファイバーに匹敵する技術は他にありません。今後も基幹輸送を海底ケーブルが担い、アクセス網を衛星が補完するという共存関係が続いていきます。

Q2. 設計寿命の25年が過ぎたケーブルはどうなるのですか？

A2. 25年を迎えた瞬間に壊れるわけではありませんが、25年が経過するとより大容量な新世代システムが敷設され、古いシステムは運用コストや電力効率の面で競争力を失って退役します。退役したケーブルは、深海部では環境負荷やコストを考慮して海底に残置されるのが一般的ですが、沿岸部では必要に応じて回収されます。また、地震や津波、海洋環境を監視する学術観測用センサー網として再利用される事例もあります。

Q3. 海底ケーブルの正確な位置は一般に公開されていますか？

A3. TeleGeographyの公開地図などで概略的な航路や陸揚げ都市名は広く公開されています。しかし、防衛上の安全保障やテロ防止、船舶による不用意な投錨事故を防ぐセキュリティ上の理由から、沿岸部の詳細な測量図や正確な緯度経度座標は非公開とされ、厳重に管理されています。

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結び

スマートフォンをタップして海外の情報を手に入れるとき、データは宇宙を飛んでいるのではなく、水深数千メートルの深海底に敷かれた光ファイバーの中を、全反射を繰り返す光となって駆け抜けています。

国際通信の99%以上を支える海底ケーブルは、光の極限伝送を追求した光学物理、高水圧に耐える海洋土木工学、そして障害を前提としたネットワーク冗長化技術が一体となった、現代社会の最も重要な基幹インフラです。

目に見えない大洋の底で、世界中の人々や社会を静かに結び続ける光の道筋が存在する――その物理的な構造を知ることで、私たちが日常的に利用するインターネットの確かさと重みを、より深く実感できるはずです。

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