パナマ運河はどのようにして水を上り坂に流すのか

1900年代初頭、中米の灼熱のジャングルで、何千人もの労働者が雨と泥の中、 太平洋とカリブ海を結ぶためにパナマを真っ二つに割って苦労した。しかし、この困難で汚れた作業には、掘削やダイナマイト以上のものが含まれていました。初期のパナマ運河での作業は、ただ生き残ることを意味していました。

しかし、米国土木学会の一つであるパナマ運河の建設で達成された画期的な工学的偉業の中でも、最も重要であることが判明したのは、機械よりも人間を扱う決定でした。

フランス軍が最初に運河を掘削しようとしたときに、何千人もの労働者が死亡した。黄熱病が蔓延し、マラリアも蔓延しました。業務中の事故により死亡、重傷を負った。 1903年にアメリカ人がその仕事を引き継いだとき、労働者の80パーセント近くが逃亡していた。

有名な技術者ジョン フランク スティーブンスが 1905 年に到着したとき、彼の最初の仕事は大虐殺を止めることでした。そしてそれは、蚊を制御すること（米陸軍医師が好む対策）が現場をより安全にするという比較的新しい考えを受け入れることを意味した。

「当時の人たちは、蚊が強い男を殺せるなんて想像もできませんでした。彼らはそれを尊重することができませんでした」と、大学の地質工学教授は言う。 「そのプロジェクトを成功させるために克服しなければならなかったのは、衛生問題でした。」

ゴルガスの指導とスティーブンスの命令により、蚊を制御するために湿地が排水され、労働者に近い草原が伐採された。殺虫剤が使用されました。労働者の宿舎が検査された。成虫が捕獲されました。男性に投与された。その結果、この地域の黄熱病はほぼ根絶されました。そして、 によれば、総人口におけるマラリアによる死亡者数は、1906 年 7 月の最大 1,000 人あたり 16.21 人から、1909 年 12 月には 1,000 人あたり 2.58 人まで減少しました。

この医学的成功は、その後の工学的驚異への道を切り開きました。

なぜパナマ運河を建設するのか?

1869 年に開通した別の水路であるエジプトのスエズ運河が比較的成功しているのを見て、アメリカは 2 つの海洋大国としての地位を強化する方法として中米を通る近道を構想しました。

パナマ運河が開通する前、船は国の反対側に行くために南米をぐるりと回らなければなりませんでした。 1898 年に USS メインがハバナ港で沈没した直後、USS オレゴンは西海岸からチリ南端のホーン岬を回ってキューバまで航行しました。旅には66日かかった。パナマ運河が稼働していれば約 21 日かかり、約 8,000 マイル (12,874 キロメートル) の移動距離が節約できたでしょう。

米国は何年もの間、ニカラグアを通る運河の建設を検討していた。しかし、この地域の活火山に関する懸念は言うまでもなく、技術的な懸念により、テディ・ルーズベルト大統領は代わりにフランスの失敗した施設をパナマに継続することを決定した。 1903 年、彼はフランスに 4,000 万ドルを支払うことに同意し ()、アメリカ人は完了までに 10 年以上かかるプロジェクトの管理を引き継ぎました。

「（エジプトのスエズ運河の建設に協力した）フランス人は、これがどれほど大規模で複雑なものであるかを理解していませんでした」とロジャーズ氏は言う。 「まるで二つの異なる世界のようでした。」

アメリカ人が主導権を握ると、パナマ運河の建設はアメリカ人の創意工夫とノウハウの大胆な例となった。 「それは国家の誇りを賭けたプロジェクトでした」とロジャーズ氏は言う。 「私たちはただ小切手を書き続けました。」

最終的に米国は約3億7,500万ドル（現在では110億ドル近く）を投じた。このプロジェクトは予算を約 444 パーセント上回りました。

直面したハードル

建設初期に悩まされた致命的な病気、困難な天候 (熱帯雨と猛暑)、費用に加えて、技術者たちは早い段階でパナマ運河の本質そのものについて議論しました。彼らは最終的に海面運河（スエズ川のような）に関するアイデアを放棄し、代わりにスティーブンスは必要に応じて船を上げ下げする一連の閘門を主張した。しかし、その設計には別の大規模プロジェクトの建設が必要でした。

ガトゥン ダムはかつて世界最大のダムでしたが、太平洋と大西洋の間で適切な水の流れを確保するために、時々荒れ狂うチャグレス川を越えて建設する必要がありました。これにより、運河運営の主要な要素であるガトゥン湖が形成されました (詳細は下記を参照)。

そして、プロジェクトの範囲は膨大でした。フランスとアメリカの建設業者の間で、約 72 億立方フィート (2 億 6,800 万立方ヤード) の土石を掘削する必要がありました。これは、スエズ運河の建設で除去された量の 3 倍です。泥のほとんどは鉄道車両に乗せられ、海岸に運ばれ、海の巨大な山に投棄された。現在は防波堤となり、町や軍事基地の基礎となっています。隣接するジャングルにも多くが捨てられた。

「土づくりの効率は驚異的でした」とロジャーズ氏は言う。 「地球はこれまでそのようなものを見たことがありませんでした。そしてその後長い間、そのようなことはありませんでした。」

また、継続的な問題である地滑り。しかし、絶え間ない困難にもかかわらず、パナマ運河は 1914 年 8 月に開通し、SS アンコンが正式に通航した最初の船となりました。

「彼らは出発中に多くのことを学ばなければなりませんでした」とロジャースは言う。 「彼らは、米国で製造される予定だったガラス固化土管、米国で製造されたセメント、そして米国で製造されたダイナマイトをすべて使い果たした。この10年間、すべてが転用された」パナマへ。」

最初の 5 年間は、 第一次世界大戦と一連の地滑り (1915 年のほぼ全期間閉鎖され、その後何年も閉鎖された) により交通量が減少し、運河はほとんど使用されませんでした。それはすぐに変わるだろう。

パナマ運河は第二次世界大戦中、アメリカの軍艦が頻繁に航行し、現在では東西を結ぶ主要な輸送ルートとなっています。

かつて技術者たちは、水門の必要性を排除し、移動時間を短縮するために、この通路を海面の運河にすることを再び検討しました。その考えは破棄されました。第二次世界大戦後、軍艦が大きくなりすぎて通れなくなると、技術者らは「核掘削」、つまり地下核装置を使って事実上運河を作ることも検討した。それも却下されました。

1977 年に、運河の管理権が米国からパナマに返還されることに署名し、1999 年 12 月 31 日に発効しました。それ以来、パナマ運河は以前は水門の幅が約 100 フィート (30 メートル) でした。現在では幅が 175 ～ 185 フィート (53 ～ 56 メートル) になり、最大級の航空母艦や貨物船も通過できるようになりました。

ロックの仕組み

船がパナマ運河に入ると、その地形を越えて海抜 85 フィート (26 メートル) のガトゥン湖まで到達することが目標となります。ここで、が登場します。太平洋は大西洋よりも海面が高いため、パナマ運河の設計にはロック システムが選択されました。そこで技術者らは、海面まで掘削するのではなく、船を海面から上げて大きな人造湖（ガトゥン湖）に入れることができる一連の巨大なロックゲートを設置することが最良の選択肢であると判断した。

大西洋からパナマ運河に入る船は、3 つのガトゥン閘門のうちの最初の閘門に入り、そこで巨大な部屋が水で満たされます。水を注入して船を持ち上げるには、マイターゲートと下部のロックバルブが閉じられ、上部のバルブが開きます。ガトゥン湖からの水がチャンバーの床にある 20 個の穴を通って流れ込みます。チャンバーが完全に満たされて船が上昇するまでに約 8 分かかります。船がガトゥン湖の水平になるまで、このプロセスをさらに 2 回繰り返します。

その後、船はガトゥン湖を通って太平洋に到達し、そこでペドロ ミゲル閘門に入り、プロセスは逆に進みます。ガトゥン湖から 2 つの閘門を通って海面まで降下します。大西洋から太平洋までの全行程には、平均して 8 ～ 10 時間かかります。

船はパナマ運河を無料で通過するわけではありません。彼らは船に入るたびに、船の寸法に基づいて料金を支払います。そしてそれはパナマの収入を上回ります。長さ 50 マイル (80 キロメートル) の運河には、主に燃料、石炭、穀物、鉱物/金属を運ぶコンテナ船などが行き来しますが、他の小型船も同様に通過します。

開業から 100 年以上経った今でも、この施設が工学上の驚異であり続けている理由がわかります。