Dis-Crediting Ocean Fertilization
S. W. Chisholm, P. G. Falkowski, & J. J. Cullen (2001). Dis-Crediting Ocean Fertilization. Science, 294 (5541), 309-310.
DeepL翻訳
海洋肥料のディスクレジット
海洋は、地球規模の炭素循環と気候調節において重要な役割を果たしています。この機能の中心にあるのが、表層海洋でCO2を有機炭素に変換する単細胞の光合成生物である植物プランクトンです。植物プランクトンは、光合成バイオマスの1％未満を占めているにもかかわらず、地球上の炭素固定の約半分を担っています(1)。植物プランクトンが生産した有機炭素は、ほとんどが表層水の他の生物に食べられ、これらの生物が再呼吸する際にCO2に再生されます。しかし、一部の有機炭素は深海に沈み、表層のCO2を減らし、深海ではCO2を上昇させます。この「生物ポンプ」によって維持されているCO2濃度勾配が、表層のCO2を除去しているのです。を海洋内に貯留することで、大気中のCO2を吸収します。森林再生、地層へのCO2貯蔵、深海へのCO2の直接注入(4)など、気候変動緩和のための炭素隔離戦略(2,3)への関心が高まっていることから、生物学的ポンプに注目が集まっています。海洋を受精させれば、深海への炭素流入量を増加させ、増加した炭素をクレジットとして世界の炭素市場で販売できるのではないかと考える起業家もいる(5)。大規模に実施されれば、海洋受精は、設計上、海洋の生態系を変えることになる。この意図的な富栄養化戦略の長期的な影響は大きな懸念材料であるが、このアイデアは勢いを増している。ここでは、この概念の妥当性を検証し、地球最大の生態系をこの危険な進路から守るための政策オプションを提案する。生物学的ポンプは、何十年にもわたって主要な研究プログラムの焦点となってきた。長い間、窒素（N）とリン（P）は、生物学的ポンプを駆動する一次生産性を制限すると考えられていました。ポンプで汲み上げている。しかし、亜寒帯北東太平洋、赤道太平洋、南洋の大規模な地域では、NとPが表層水に排出されることはなく、植物プランクトンのバイオマスは期待されたよりも少ない。Martin (6, 7)は、これらの高栄養低クロロフィル（HNLC）地域では生物学的に利用可能な鉄が不足しているために、植物プランクトンが過剰なNとPを利用することができないことを示唆している。さらに、過去18万年間の大気中のCO2とダスト濃度のアイスコア記録は、ダストが多いときはCO2が少ないという反相関関係にあることを指摘しました。これは、乾燥した氷河期には、ダストの輸送量が多く、より多くの鉄が利用可能で、生物学的ポンプがより多くのCO2を深海に運んでいたという考え方と一致しています。この「鉄仮説」は、当初は懐疑的な見方をされていましたが、徐々に地球化学者の間で、氷河期から間氷期への移行期における大気中のCO2の変化を説明できるいくつかの可能性のあるメカニズムの一つとして支持されるようになりました(8)。鉄の仮説はマーティンによって拡張され、表層海洋への鉄の意図的な添加が深海での炭素貯蔵を増加させることを暗示しています。部分的にだけ彼は冗談で言った。"私に鉄の半分のタンカーを与えてください、そして私はあなたに次の氷河期を与えるだろう」(9)。当時、HNLC 地域では鉄が一次生産を制限しているという直接的な証拠はなかったが、1980 年代後半には、大気中の CO2 の上昇を緩和するために海洋に鉄を施肥する可能性が真剣に検討され始めていた。これを受けて、アメリカ石灰海洋学会（ASLO）は、政策の選択肢として鉄の受精を奨励しないという決議を発表した(9)。同じ頃（悲しいかな、Martin が死んだ直後）、海洋学者たちは、小規模（約 100 km2 ）、外洋での鉄の添加実験を追求し始めた。これらの実験は、マーティンが仮説を立てていたように、鉄が実際にHNLC地域の制限栄養素であったかどうかを決定するために設計されました。彼らは、炭素隔離の目的のために受精の実現可能性を実証するために意図されていなかった。過去10年間に、赤道太平洋と南洋でこのような小規模な実験が4回行われている(10-13)。これらの実験では、これらの海域に少量の鉄を添加すると、数日から数週間の間に植物プランクトンの生産性とバイオマスが増加することが示されている。ある実験では、植物プランクトンのバイオマスが20～30倍に増加した(11)。これらの科学実験は非常に小規模なスケールで行われたもので、大気から深海へのCO2の正味の移動は記録されていませんでした。しかし、マスコミの報道は、植物プランクトンが地球温暖化の治療法を持っているという印象を残しました。企業や民間企業家が注目し、海洋受精プロセスに関する特許が多数出願され（14）、受精によって貯めた炭素のクレジットが取引される世界的な市場が期待された。そのような企業の一つ、GreenSea Venture, Inc. (15)は、第四太平洋で8000km2の実証実験(16)を計画しており、そのミッションに参加するために一流の海洋学者を募集している。Carboncorp USA（17）もまた、受精による海洋炭素貯留を推進している。彼らは、公海を日常的に航行する商業船が、独自の肥料を少量ずつ放出するプロセスを説明している。シドニー大学の海洋技術グループは、大気中のN2からアンモニアを生成し、沿岸海域に配管して植物プランクトンの増殖を刺激する「海洋栄養化」プロセスの特許を取得した(18)。日本の企業との提携により、彼らはチリの水域にこのような施設を設置することをチリ政府と世界銀行に打診している(19)。多くの海洋学者や環境保護団体の懸念にもかかわらず、工業的海洋施肥の概念は支持者を獲得している。推進派は、海洋受精は自然を模倣した簡単に制御でき、検証可能なプロセスであり、大気中のCO2蓄積に対する環境に優しい長期的な解決策であると主張している(14)。これらの主張は、簡単に言えば、真実ではありません。簡単には制御できない。乱れた海流の中の肥沃な土地は、土地のようなものではありません。海は流動媒体であり、私たちのコントロールを超えている。自然を模倣しているわけではない。推進派は、海洋の受精は、atmoCREDIT: SEAWIFS PROJECT/NASAゴダード宇宙飛行センター/ORBIMAGE球状塵からの自然の鉄の沈着や、深海からの自然の栄養分の湧出に似ていると主張している。これらの類推には欠陥がある。さらに、提案されている設計では、鉄を溶液中に保持するように設計されており、大気中の鉄源とは化学的に異なる人工キレート剤であるリグニン酸スルホン酸塩(14)を採用している。最後に、集中的な商業海洋施肥では、鉄は、氷河期の移行期の1000年の時間スケールを模倣しない速度で生態系に供給されることになる。推進派の主張にもかかわらず、海洋施肥による炭素隔離は簡単には検証されていない。炭素流束プロファイルを測定し、対照流域と比較するだけでなく、受精地で使用された自然のNとPの貯蔵量のうち、下流の海洋地域の植物プランクトンの成長に利用できなくなる割合を決定しなければならない。このためには、大規模な海洋物理学や生物地球化学の複雑な数値モデルが必要となるが、パッチの受精のような小さな摂動ではその予測を検証することはできない。
炭素隔離のための受精は環境に優しいという推進派の主張は、水生生態系について私たちが知っているほとんどすべてのことと矛盾している。受精は植物プランクトン群集の構成を変化させる(10-13)。
深海への炭素フラックスを増加させる可能性がある。これに対応して、海洋の食物網と生物地球化学的サイクルは意図しない形で変化することになるだろう。このことは、私たちが何十年にもわたって元に戻そうとしてきた、農業排水からの栄養素で湖や沿岸水域が不注意に濃縮されていることから学んだことです。受精を支持する人たちは、海はすでに危険にさらされていると主張することで、これらの懸念に対抗しようとしています。実際、人間の活動が漁業の枯渇、沿岸の富栄養化、重金属の蓄積、海の溶存CO2の上昇をもたらしていることは何十年も前からわかっています(20)。
表層水域の水域。しかし、このような意図しない悪化は、海洋生態系への大規模で意図的な干渉を正当化するものなのだろうか？海洋は、地球の維持と人間社会の維持に貴重な生態系サービスを提供している(1, 21)。結合した生物地球化学サイクルを変化させずに、追加の炭素を封じ込めることはできない。例えば、モデルでは、持続的な受精は深海の低酸素状態や無酸素状態を引き起こす可能性が高いと予測している(22)。これは、メタンや亜酸化窒素などの温室効果ガスを生産する生物に微生物群集をシフトさせ、CO2よりもはるかに高い温暖化ポテンシャルを持つことになるだろう(23)。いくつかのモデルでは、南洋での受精により、赤道太平洋でのNとPの利用可能性が減少することで、地球規模での一次生産性のパターンが変化すると予測している(22)。受精の累積的、長期的な結果を取り巻く不確実性は、短期的な小規模な実験では低減できない。私たちにとっては、海洋受精の既知の結果と不確実性は、すでに仮定の利益をはるかに上回っている。モデルによる予測
南洋表層水の未利用のNとPを今後100年間にすべて有機炭素に変換した場合（ありえない極端な例ですが）、人為的なCO2の15％を仮説的に隔離することが可能であることを示しています（22）。海洋深層水のCO2貯留層は、最終的には地球規模の海洋循環を通じて大気に再放出されるため、これは恒久的な解決策にはならないでしょう。しかし、時間稼ぎにはなると主張されています。広範囲に及ぶ海洋受精の確実性と可能性の高い結果の両方を考えると、ある程度の臨界規模では元に戻せないことを考えると、この正当化は説得力があるとは思えません。私たちは、海洋生態系がどのように機能しているのかという疑問に答えるために設計された、選択的な小規模の鉄濃縮実験に反対しているわけではありません。このような実験は科学的に非常に価値があることが証明されており(10-13)、非常に一過性の効果をもたらす。私たちが反対するのは、商業化された海洋受精であり、その結果は地球規模の海洋に大きなダメージを与える可能性があります。海洋施肥を炭素隔離の選択肢として考えるためには、なぜ大気中のCO2がこれほど急速に増加しているのかを思い起こし、隔離することでこの増加をどのように緩和できるのかを考える必要がある。地球上では、2つの基本的な炭素循環が働いています。第一のサイクルは、珪酸塩岩の変成的な風化と相まって、火山からのCO2の噴出によって引き起こされます。このサイクルは数百万年の時間スケールで作動します(24)。第二のサイクルは、有機物へのCO2の生物学的還元と、その後の呼吸による有機物の酸化を伴います。有機炭素のごく一部は呼吸による酸化を逃れて岩石圏に取り込まれ、化石燃料を形成します。このプロセスは、生物学的に駆動される高速サイクルから、地殻学的に制御される低速サイクルへと炭素を移動させます。化石燃料を燃やすことで、人間は遅いサイクルの炭素を大気中に戻しているのです。生物学的な吸収源であるシエリーの森や植物プランクトンは、十分な速さに調整することができず、この人為的な炭素をすべて大気中から除去する能力を持っていません。炭素隔離が気候緩和戦略として機能するためには、CO2をゆっくりとした炭素循環に戻して隔離しなければなりません。海洋施肥ではそれができません。また、炭素隔離のために提案されているもう一つの方法である中大洋へのCO2の直接注入もできません。直接注入は生物学的ポンプを短絡させますが、深海生物に未知の影響を与える可能性があり、その結果、生物地球化学的プロセスに影響を与える可能性があります(4)。このようなリスクと限界があるにもかかわらず、なぜ産業規模の海洋施肥のアイデアはすぐに却下されないのだろうか？その答えの一つは、炭素取引(5)にある。このように、予想されている炭素取引で商業的利益を得ることができる量の炭素を隔離するために、海洋盆地全体を受精させる必要はない。
市場に参入することができます。科学的に健全な検証基準が開発されれば、比較的小規模な施肥は、個人事業主にとって非常に利益をもたらす可能性がある。確かに、一回の施肥で生態系に持続的なダメージを与えることはありません。しかし、もしそれが一人に利益をもたらすのであれば、それは多くの人に利益をもたらすことになり、そのような多くの実施の累積的な影響は、古典的な「コモンズの悲劇」(25)のような大規模な結果をもたらすことになるでしょう。この可能性を回避する簡単な方法の一つは、以下のようなものである。
悲劇は、海洋共同体を操作するための利益インセンティブを取り除くことである。私たちは、外洋や領海での海洋受精は、決して炭素クレジットの対象になるべきではないと提案しています。
