Wissenschaftler stellen sich ein „Internet des Ozeans“ vor, mit Sensoren und autonomen Fahrzeugen, die die Tiefsee erkunden und ihre Vitalfunktionen überwachen können

Tief unter der Meeresoberfläche verblasst das Licht in einer Dämmerungszone, in der Wale und Fische wandern und tote Algen und Zooplankton von oben herabregnen.Das ist das Herzstück der Kohlenstoffpumpe des Ozeans, Teil der natürlichen Ozeanprozesse, die etwa ein Drittel des gesamten vom Menschen produzierten Kohlendioxids einfangen und in die Tiefsee versenken, wo es verbleibt Hunderte von Jahren.

Möglicherweise gibt es Möglichkeiten, diese Prozesse zu verstärken, damit der Ozean mehr Kohlenstoff aus der Atmosphäre entzieht und so zur Verlangsamung des Klimawandels beiträgt.Über die Folgen ist jedoch wenig bekannt.

Peter de Menocal, a Meerespaläoklimatologe und Direktor der Woods Hole Oceanographic Institution, diskutierte kürzlich auf einer Konferenz über die Entfernung von Kohlendioxid aus den Ozeanen TEDxBoston: Planetarische Verantwortung Ereignis.In diesem Interview geht er tiefer auf die Risiken und Vorteile menschlicher Eingriffe ein und beschreibt einen ehrgeizigen Plan zum Aufbau eines riesigen Überwachungsnetzwerks autonomer Sensoren im Ozean, um der Menschheit zu helfen, die Auswirkungen zu verstehen.

Erstens: Was ist die Entfernung von Kohlendioxid aus den Ozeanen und wie funktioniert sie in der Natur?

Der Ozean ist wie ein großes kohlensäurehaltiges Getränk.Es sprudelt zwar nicht, aber es sprudelt etwa 50-mal mehr Kohlenstoff als die Atmosphäre.Um also Kohlenstoff aus der Atmosphäre zu entfernen und ihn an einem Ort zu speichern, an dem er den Planeten nicht weiter erwärmt, ist der Ozean der richtige Ort der größte Ort, an den es gehen kann.

Die Entfernung von Kohlendioxid aus dem Ozean (Ocean CDR) nutzt die natürliche Fähigkeit des Ozeans, Kohlenstoff in großem Maßstab aufzunehmen und zu verstärken.

Kohlenstoff gelangt auf zwei Wegen aus der Atmosphäre in den Ozean.

Im ersten Fall Luft löst sich in der Meeresoberfläche auf.Winde und tosende Wellen vermischen es in der oberen halben Meile oder so, und da Meerwasser leicht alkalisch ist, wird das Kohlendioxid vom Ozean absorbiert.

Die zweite betrifft die biologische Pumpe.Der Ozean ist ein lebendes Medium – er beherbergt Algen, Fische und Wale, und wenn dieses organische Material gefressen wird oder stirbt, wird es recycelt.Es regnet durch das Meer und gelangt in die Dämmerungszone des Ozeans, eine Ebene mit einer Tiefe von etwa 650 bis 3300 Fuß (ungefähr 200 bis 1.000 Meter).

Die Dämmerungszone der Ozeane unterstützt die biologische Aktivität in den Ozeanen.Es ist der „Boden“ des Ozeans, in dem sich organischer Kohlenstoff und Nährstoffe ansammeln und von Mikroben recycelt werden.Es ist auch die Heimat der größten Tierwanderung auf dem Planeten.Jeden Tag wandern Billionen von Fischen und anderen Organismen aus der Tiefe an die Oberfläche, um sich von Plankton und anderen zu ernähren, und sinken dann wieder nach unten. Dabei wirken sie wie eine große Kohlenstoffpumpe, die Kohlenstoff von der Oberfläche auffängt und ihn in die tiefen Ozeane befördert, wo er sich befindet wird außerhalb der Atmosphäre gespeichert.

Warum zieht Ocean CDR gerade jetzt so viel Aufmerksamkeit auf sich?

Der schockierendste Satz, den ich in meiner Karriere gelesen habe, war im Sechster Sachstandsbericht des Zwischenstaatlichen Ausschusses für Klimaänderungen, veröffentlicht im Jahr 2021.Darin hieß es, wir hätten Maßnahmen gegen den Klimawandel so lange hinausgezögert, dass nun die Entfernung von Kohlendioxid aus der Atmosphäre notwendig sei, um die globale Erwärmung auf allen Wegen einzudämmen unter 1,5 Grad Celsius (2,7 F).Darüber hinaus werden die Auswirkungen des Klimawandels immer gefährlicher und unvorhersehbarer.

Aufgrund seines Volumens und seines Kohlenstoffspeicherpotenzials ist der Ozean tatsächlich der einzige Pfeil in unserem Köcher, der in der Lage ist, Kohlenstoff im erforderlichen Umfang und mit der erforderlichen Dringlichkeit aufzunehmen und zu speichern.

Ein 2022 Bericht der nationalen Akademien skizzierte eine Forschungsstrategie zur Entfernung von Kohlendioxid aus den Ozeanen.Die drei vielversprechendsten Methoden erforschen alle Möglichkeiten, die natürliche Fähigkeit des Ozeans, mehr Kohlenstoff aufzunehmen, zu verbessern.

Das erste ist Verbesserung der Alkalität der Ozeane.Die Ozeane sind salzig – sie sind von Natur aus alkalisch, mit einem pH-Wert von etwa 8,1.Die Erhöhung der Alkalität durch die Auflösung bestimmter pulverförmiger Gesteine ​​und Mineralien macht den Ozean zu einem chemischen Schwamm für atmosphärisches CO2.

Eine zweite Methode fügt der Meeresoberfläche Mikronährstoffe hinzu, insbesondere lösliches Eisen.Sehr kleine Mengen Lösliches Eisen kann die Produktivität steigern, oder Algenwachstum, das eine kräftigere biologische Pumpe antreibt.Über ein Dutzend dieser Experimente wurden durchgeführt, wir wissen also, dass es funktioniert.

Der dritte ist vielleicht am einfachsten zu verstehen – Seetang im Meer anbauen, das durch Photosynthese Kohlenstoff an der Oberfläche einfängt, ihn dann bündelt und in die Tiefsee sinkt.

Alle diese Methoden haben jedoch Nachteile für den großtechnischen Einsatz, einschließlich der Kosten und unvorhersehbare Folgen.

Ich plädiere nicht für irgendeines davon oder generell für Ocean CDR.Aber ich glaube, dass es wichtig ist, die Forschung zu beschleunigen, um die Auswirkungen dieser Methoden zu verstehen.Der Ozean ist für alles, worauf der Mensch angewiesen ist, von entscheidender Bedeutung – Nahrung, Wasser, Unterkunft, Ernte, Klimastabilität.Es ist das Lunge des Planeten.Wir müssen also wissen, ob diese meeresbasierten Technologien zur Reduzierung von Kohlendioxid und Klimarisiken realisierbar, sicher und skalierbar sind.

Sie haben über den Aufbau eines „Internets des Ozeans“ gesprochen, um die dortigen Veränderungen zu überwachen.Was würde das bedeuten?

Der Ozean verändert sich schnell und ist das größte Rädchen im Klimamotor der Erde. Dennoch haben wir fast keine Beobachtungen des unterirdischen Ozeans, um zu verstehen, wie sich diese Veränderungen auf die Dinge auswirken, die uns wichtig sind.Wir fliegen quasi im Blindflug Zeit, in der wir Beobachtungen am meisten brauchen.Wenn wir außerdem eine dieser Technologien zur Kohlenstoffentfernung jetzt in irgendeinem Maßstab ausprobieren würden, wären wir nicht in der Lage, ihre Wirksamkeit zu messen oder zu überprüfen oder die Auswirkungen auf die Gesundheit der Ozeane und Ökosysteme abzuschätzen.

Deshalb leiten wir an der Woods Hole Oceanographic Institution eine Initiative zum Bau des Das weltweit erste Internet für den Ozean, genannt Netzwerk für Meeres-Vitalzeichen.Dabei handelt es sich um ein großes Netzwerk von Anlegestellen und Sensoren, die 4D-Augen auf die Ozeane – die vierte Dimension ist die Zeit – liefern, die ständig eingeschaltet und immer verbunden sind, um diese Prozesse des Kohlenstoffkreislaufs und die Gesundheit der Ozeane zu überwachen.

Im Moment gibt es ungefähr einen Ozeansensor im globalen Argo-Programm für jedes Stück Ozean von der Größe von Texas.Diese bewegen sich wie Pogo-Sticks auf und ab und messen hauptsächlich Temperatur und Salzgehalt.

Wir stellen uns vor ein zentraler Knotenpunkt inmitten eines Meeresbeckens wo ein dichtes Netzwerk intelligenter Segelflugzeuge und autonomer Fahrzeuge die Eigenschaften der Ozeane misst, einschließlich Kohlenstoff und andere wichtige Anzeichen für die Gesundheit der Ozeane und Planeten.Diese Fahrzeuge können andocken, neue Energie tanken, die gesammelten Daten hochladen und losfahren, um weitere Daten zu sammeln.Die Fahrzeuge würden Informationen austauschen und intelligente Probenahmeentscheidungen treffen, während sie die Chemie, Biologie und Umwelt-DNA für ein Volumen des Ozeans messen, das wirklich repräsentativ für die Funktionsweise des Ozeans ist.

Ein solches Netzwerk autonomer Fahrzeuge, die in der Lage sind, mitten im Meer durch Wellen-, Sonnen- oder Windenergie am Anlegeplatz zurückzukehren und Daten an einen Satelliten zu senden, könnte eine neue Ära der Meeresbeobachtung einläuten Entdeckung.

Ist die für diese Überwachungsebene erforderliche Technologie vorhanden?

Wir führen bereits einen Großteil dieser technischen und technologischen Entwicklung durch.Was wir noch nicht getan haben, ist, alles zusammenzunähen.

Wir haben zum Beispiel ein Team, das mit arbeitet Blaulichtlaser für die Kommunikation im Ozean.Unter Wasser kann man elektromagnetische Strahlung nicht wie Mobiltelefone nutzen, da Meerwasser leitend ist.Stattdessen muss man Ton oder Licht nutzen, um unter Wasser zu kommunizieren.

Ein Akustische Kommunikation Gruppe arbeitet daran Schwarmtechnologien und Kommunikation zwischen Fahrzeugen in der Nähe.Eine andere Gruppe beschäftigt sich mit dem Andocken von Fahrzeugen Liegeplätze mitten im Meer.Ein anderes Unternehmen ist auf die Gestaltung von Liegeplätzen spezialisiert.Ein anderer ist der Bau chemischer und physikalischer Sensoren, die die Eigenschaften der Ozeane und die DNA der Umwelt messen.

Ein Experiment im Nordatlantik namens Ocean Twilight Zone-Projekt wird die umfassendere Funktionsweise des Ozeans auf einem großen Grundstück in dem Maßstab abbilden, in dem Ozeanprozesse tatsächlich ablaufen.

Wir werden akustische Transceiver haben, die im Laufe der Zeit ein 4D-Bild dieser dunklen, verborgenen Regionen erstellen können, sowie Segelflugzeuge, neue Sensoren, die wir „Minions“ nennen und die den Ozean beobachten werden Kohlenstofffluss, Nährstoffe und Sauerstoffveränderungen. “SchergenDabei handelt es sich im Grunde genommen um Sensoren in der Größe einer Limonadenflasche, die bis zu einer festen Tiefe, beispielsweise 1.000 Meter (0,6 Meilen), abtauchen und im Wesentlichen eine nach oben gerichtete iPhone-Kamera verwenden, um Bilder des gesamten Materials zu machen, das durch die Wassersäule nach unten schwimmt.Dadurch können wir quantifizieren, wie viel organischer Kohlenstoff in dieses alte, kalte Tiefenwasser gelangt, wo er jahrhundertelang verbleiben kann.

Zum ersten Mal wird es uns gelingen Sehen Sie, wie uneinheitlich die Produktivität ist im Ozean, wie Kohlenstoff in den Ozean gelangt und ob wir diese Kohlenstoffströme quantifizieren können.

Das ist ein Game-Changer.Die Ergebnisse können dabei helfen, die Wirksamkeit und Grundregeln für den Einsatz von CDR festzulegen.Es herrscht ein Wilder Westen da draußen – niemand beobachtet die Ozeane oder achtet darauf.Dieses Netzwerk ermöglicht die Beobachtung von Entscheidungen, die Auswirkungen auf künftige Generationen haben.

Glauben Sie, dass Ocean CDR die richtige Antwort ist?

Die Menschheit hat nicht viel Zeit, den Kohlenstoffausstoß zu reduzieren und die Kohlendioxidkonzentration in der Atmosphäre zu senken.

Der Grund dafür, dass Wissenschaftler so fleißig daran arbeiten, liegt nicht darin, dass wir große Fans von CDR sind, sondern weil wir wissen, dass die Ozeane möglicherweise dabei helfen können.Mit einem Ozean-Internet aus Sensoren können wir wirklich verstehen, wie der Ozean funktioniert, einschließlich der Risiken und Vorteile von Ocean CDR.

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