海洋の炭素吸収源は変化する?

数十年前、二酸化炭素（CO）濃度が上昇したとき、₂）大気中の濃度は400ppmをはるかに下回っており、気候科学者たちは化石燃料の燃焼が地球の気候に悪影響を与えると警告し始めた。これらの初期の警告から、猛暑、嵐の激化、さらに激化する洪水や​​干ばつなどの地球温暖化による危険な結果を避けるためには、炭素排出量を減らす（そして最終的にはゼロにする）必要があるというコンセンサスが生まれました。

現在、大気中の二酸化炭素は₂ 集中 400ppmをはるかに超えています 多くの研究と最近の厳しい気象現象は、これらの危険な結果がすでに起こっているという事実を示しています。政府は排出量を抑制するための野心的な目標を設定しており、ある程度の進展は見られていますが、排出量削減に関する深刻な疑問と懸念があります。 この進歩のペースが遅い たくさんある。

 二酸化炭素除去のそれぞれのアプローチにおいて、大気中の炭素を取り除き、安全に貯蔵する際にどのような影響を与えることができるかについては疑問が残っています。

大気中の炭素レベルを効果的に下げるには、以下のようなさまざまな行動が必要となります。 難しい決断を下す人 ライフスタイルの変化から国際協力まで、多彩なメニューから解決を追求します。検討中のオプションの中には、 意図的な二酸化炭素の除去 （CDR）大気からの除去は、かつては最後の手段と考えられていました。CDR への多くのアプローチは、陸上と海上の両方で、テストと開発のさまざまな段階にあります。それぞれに、コストや潜在的なマイナスの副次的影響などに関して、良い面と悪い面があります。そしてそれぞれについて、大気中の炭素を取り除き、安全に貯蔵することに与える影響の規模については疑問が残っている。

ここでは、理論的には相当量の大気中の炭素を除去できる、海底での自然の炭素隔離プロセスにヒントを得た代替 CDR アプローチの概要を説明します。このアプローチについても重大な疑問や懸念に答える必要がありますが、その膨大な可能性を考慮すると、調査する価値があると考えています。

二酸化炭素除去オプションの現在のメニュー

CDR の分野は爆発的に拡大しています。 費用対効果の高い戦略の需要 供給を超えています。最も一般的なアプローチは、有機炭素をバイオマス、陸地、海洋に貯蔵することを目的としています。炭素貯蔵能力のある自然の生息地を復元する取り組みは賞賛に値します。しかし、この有機炭素は酸化しやすく、大気中に再放出されやすく、特に山火事での燃焼や干ばつに見舞われた植物の衰退によって起こります。海洋では、例えば海藻の養殖や栄養施肥を通じてそのような取り組みが進められているが、生成された新たなバイオマスのどれくらいが最終的にどのくらいの期間保管されるかは不明である。

二酸化炭素は、酸塩基化学を使用することによっても捕捉され、その後、岩石（例えば、枯渇した石油貯留層）または海洋に隔離される可能性があります。しかし、そのようなアプローチは永久貯蔵を達成するという課題にも直面しており、安全性や隔離された炭素が大気中に再放出される可能性について疑問が生じています。

海洋の重炭酸塩を貯蔵する能力は、関連する期間において十分であるため、海洋のアルカリ度の向上はかなりの期待を持っています。

COの変換₂ 炭酸鉱物に変換すると、永久保存のメカニズムが得られます [ケレメンと物質, 、2008]。エベルメン・ユーリー反応として知られる自然反応 [ピエールアンベール, 、2010]、フォルステライト (Mg) などのケイ酸塩鉱物₂SiO₄;カンラン石の一種) CO と反応する₂ 炭酸塩鉱物とシリカ（例：Mg）を生成します。₂SiO₄ +2CO₂ → 2MgCO₃ + SiO₂）、それらは温度と関連するフィードバックに依存しているため、地球の歴史のほとんどにわたって惑星のサーモスタットとして機能していたと考えられています。過去には、これらの反応により、大気中の二酸化炭素濃度が低下し、地球が温暖な温室気候から徐々に引き抜かれてきました。₂, そして、人類の文明に関連する時間スケールではありませんが、最終的には人為的な炭素スパイクを消去します。

それまでの間、人類は、過去 1 世紀にわたる化石燃料の採掘と燃焼を補うために、大規模な CDR を実施する必要があるかもしれません。海洋アルカリ度の向上 (OAE)、Mg などのイオンの添加²⁺ とCa²⁺ （カンラン石や石灰などの物質から得られる）海洋への排出により、大気中の二酸化炭素の溶解が促進されます。₂ 重炭酸塩 (HCO) を形成する₃^–）、海洋の重炭酸塩貯蔵能力は関連する期間において十分であるため、かなりの有望性を秘めている[レンフォースとヘンダーソン, 、2017]。実際、海洋表面に物質を分散させることが多い OAE アプローチが研究されていますが、これも大規模な実現可能性について疑問に直面しています。OAE を大規模に追求し、永続的な結果が得られる海洋環境は他にあるでしょうか?

Transform Faults は変革的なアプローチを提供します

地球の体積の 80% 以上を占める地球のマントルは、超苦鉄質 (低シリカ) 岩石の広大な貯留層です。概念的には、この岩石のごく一部（完全に炭酸塩に変換された場合、最小でも約 600 立方キロメートル）が、大気中の産業時代の化石炭素の塊全体を中和できる可能性があります。

海洋変態断層とその破砕帯の延長は、通常は数キロメートルの地殻の下に埋もれているこのような反応性マントル岩石が地表に露出する構造環境を示しています。海洋中央部の拡散中心に位置する発散プレート境界をつなぐトランスフォーム断層の発見は、1960 年代にプレートテクトニクス革命を解き放つ鍵となった。カーソン, 、2020]。そして今日、適切な岩石と高起伏深深測量の同時発生は、化学的不平衡と重力的不平衡の最適な組み合わせを示しており、地球上の他の場所では見られない大規模な CDR の可能性を示唆しています。

特に、マグマの少ないゆっくりとした広がり（年間 4 センチメートル未満）のプレート境界では、変断断層の設定は、比較的速く反応するケイ酸マグネシウム鉱物を豊富に特徴としています。ケレメンら。, 、2020]。変断断層の規模は、グランドキャニオンなどの地球の浸食地物よりも小さいです。海底の谷壁は大量消耗が起こりやすく、反応性ケイ酸塩鉱物の新鮮な表面が露出します。局所的には、ほぼ水平な剥離断層の動きにより、地殻の一部が下にあるマントルから滑り落ち、海底の超苦鉄質岩がさらに露出する可能性があります。

アルカリ溶液を生成するための水岩反応に必要な能動的破砕は広く普及しています。海洋変断断層に沿って観測された地震波の速度が遅いことは、水が30キロメートル以上の深さまで浸透していることを示唆している[王ら。, 、2022]。このような状況では、海底岩石の冷却差が原因で、変質プレート境界の破砕帯の延長部分でも垂直方向の差動と新たな破砕が継続的に発生します。さらに、反応性マントル岩を露出させる活断層が尾根頂部および海溝壁に沿って局所的に存在する。

ロストシティを郊外化しますか？

海洋変流断層環境には、溶存二酸化炭素を隔離する低温熱水系が存在することが知られている₂ 炭酸鉱物を沈殿させることにより [ケリーら。, 、2007]。代表的な例としては、 ロストシティ熱水田 (LCHF) は、北緯約 30 度、アトランティス山塊の中部大西洋海嶺の西 15 キロメートルに位置します。ここでは、海底噴出孔から高 pH のアルカリ性流体が放出され、海水と反応して高さ 60 メートルを超える炭酸塩 (CaCO など) でできた塔が沈殿します。₃) およびブルーサイト (Mg[OH]₂).

LCHFにおける低温熱水循環 にリンクされています 海底下に浸透する水（例: 2Mg）によるカンラン石および関連鉱物の発熱による水和₂SiO₄ +H₂O + 2H⁺ → マグネシウム₃シ₂○₅（おお）₄ +マグネシウム²⁺）。この反応により、蛇紋岩グループの鉱物 (例: Mg) が形成されます。₃シ₂○₅（おお）₄)、蛇紋岩の主要な鉱物。その後、熱水流体は、砕けた岩石の浸透性システムを通って上昇します。温かいアルカリ性ベント流体 (pH > 10) と海水の混合により、炭酸塩の平衡が局所的に変化し、炭酸塩の沈殿が促進されます。

ロストシティや アルカリ性液体を海面に届ける 人為的海洋酸性化を逆転させ、同時に大気中の二酸化炭素を排出する₂. 。それは大胆で技術的に要求の高い偉業のように思えるかもしれませんが、必要なコアテクノロジーはすでに利用可能です。

活性物質の消耗現場での掘削と水圧破砕は、新鮮な反応性鉱物表面を生成し、蛇紋岩化、さらなる亀裂、およびアルカリ性の高 pH 熱水の大量の生産を促進します。次に、流体をポンプで汲み上げるか、断熱されたパイプラインを通って浮力で上昇するように指示して、海洋表層混合層のアルカリ度を高めることができます。大陸と海底を横断する既存の化石燃料インフラと比較すると、これらの流体を地表まで配管することは非常に実行可能であるはずです。地上インフラに関しては、おそらく原子力や風力などの非化石エネルギー源を動力とする空母の保存された艦隊が掘削プラットフォームとして機能する可能性がある。地球の変断断層崖は 100,000 平方キロメートル程度をカバーしており、CDR へのこのアプローチにはおそらく十分すぎる面積です [例: ケレメンら。, 2020].

しかし、たとえマントル物質の露出に関する基本的な技術と規模が利用可能だったとしても、対処すべき実際的な科学的問題が存在します。たとえば、低温熱水環境における負のフィードバックと正のフィードバックの相対的な重要性を理解するには、追加の研究が必要となるでしょう。ケレメンら。, 、2020]。負のフィードバックには、二次鉱物の沈殿によって透過性とアルカリ性液体の生成が阻害される「目詰まり」が含まれる可能性があります。一方、これらのシステムを継続させる正のフィードバックは、噴出孔の長寿命と、割れて変化した岩石の広がりの両方によって証明されています。

化学的には CO 消費量の増加に有利ではあるものの、取り組むべき潜在的な動力学的な問題もあります。₂ 海洋では、反応のペースが遅すぎて人間のタイムラインでは問題にならない可能性があります。CO の排出速度を加速するために、いくつかの選択肢が検討されています。₂-消費的な反応。ケレメンと物質 たとえば、[2008] は、最適反応温度 185°C (365°F) および CO 分圧が高い場合、カンラン石の炭酸化速度が通常の速度よりも 100 万倍増加することを示しました。₂. 。このプロセスを加速するための電気化学的戦略も検討されています [例: ラウら。, 2013].

メタンの問題

熱水系と配管流体を海面まで意図的に拡張するという考えは、明らかな懸念を引き起こします。リストの上位にあるのはメタンです。

技術的な実現可能性の問題を超えて、熱水系と配管流体を海面まで意図的に拡張するという概念は、明確な懸念を引き起こします。リストの上位にあるのは、強力な温室効果ガスであるメタンが蛇紋岩化の遍在生成物であることです。炭素の豊富なメタンの生成において、炭素を含まない鉱物はどのような役割を果たしますか?

蛇紋岩化反応では、通常 90% のフォルステライト (Mg) の固溶体であるマントルかんらん石が形成されます。₂SiO₄) および 10% ファヤライト (Fe₂SiO₄)、還元鉄 (Fe) を放出します。²⁺）、これが犯人です。水は還元鉄を酸化し、分子状​​水素 (H₂) プロセス中 (すなわち 3Fe₂SiO₄ +2時間₂O → 2Fe₃○₄ + 3SiO₂ +2時間₂）。この水素は酸化炭素 (CO など) を変換します。₂) メタンに存在します (つまり、4H₂ +CO₂ →CH₄ +2時間₂お）。メタン源を創出または拡大し、そのガスが最終的に大気中に放出されることは明らかに望ましくない。

ただし、このニュースは悪いことばかりではないかもしれない。水素ガスとメタンガスはどちらもエネルギー源であり、前者はクリーン エネルギー源です。ガスの採取は、従来型エネルギーの継続的な需要と増大するクリーンエネルギー需要を満たすのに役立つと同時に、掘削やCDRインフラの資金調達にも役立つ可能性がある。経済的に重点を置いた別の枠組みでは、前述した熱水噴出孔システムを拡大する主な目標は、CDR を有益な副産物として、収入を生み出す水素ガス源を生産し、販売することになる可能性さえあります。

もちろん、深海でこれらのガスを採取することは困難になる可能性があります。ロストシティでは、海底の炭酸塩を覆う岩が、通気流体の流れを集中させるのに役立っています。人工インフラが同様に、過度の漏洩なく生成されたガスを集中させることができるかどうかは未解決の問題である。

他に何が間違っているでしょうか?

過剰なメタンが流出する可能性以外にも、他の懸念も存在します。ロストシティのような低温熱水系は、中央海嶺に沿って一般的な高温熱水系とは対照的です。これらの高温システムでは、溶解したマグネシウムが実際にプロトン（つまり、Mg）と交換されます。²⁺ → 2H⁺）、海洋のアルカリ度を減じる酸性溶液を排出するため、これらのシステムからの流体フラックスを不用意に増加させることは逆効果になります。明らかに、高熱流の場所に近づくことは避けるべきです。

断層崖の上の掘削は、プエルトリコ海溝などの地殻変動が活発な地域で研究されている潜在的な危険である大量の消耗現象や津波を引き起こす可能性もあります。

提案されている CDR アプローチに関連する活動は、海底および海面の生息地を破壊する可能性もあります。このような混乱は、 大きな懸念 と 海底採掘の取り組み, そしてCDRのために海底生態系へのダメージを避けるためには多大な努力が必要となるだろう。海洋表層の生息環境の混乱を最小限に抑えるために、問題のある溶質を除去し、アルカリ性ベント液が表層水と混合される前に希釈するように送達システムを設計することができる。

厄介な問題を解決する

化石エネルギーというパンドラの箱は、気候変動という「邪悪な」問題を引き起こしており、これには単純な解決策も単一の解決策もありません。インクロペラ, 、2015]。化石エネルギー源からの移行は進んでいますが、たとえ明日炭素排出がなくなったとしても、過剰な二酸化炭素は₂ 私たちの空に長く残るでしょう。

海洋変換断層環境で発生する自然な CDR プロセスは、利用できれば、変革的な解決策となる可能性があります。

過剰な炭素を除去するための完璧なオプションは存在しません。すべての方法は、大規模な場合、その安全性、耐久性、有効性について疑問に直面しています。大気中の二酸化炭素を排出するために利用できれば、海洋変流断層設定で発生する自然な CDR プロセス₂ 海洋表面の pH を上昇させることは、潜在的に変革的な解決策となる可能性があります。これらの設定では、必要なスケールで最適な化学的不平衡と重力的不平衡が組み合わされ、すぐに破壊できる適切な岩石が実質的に無制限の量で存在します。水素やメタンなどの還元ガスを漏れの心配なくエネルギーとして回収できれば、このアプローチは経済的に持続可能となる可能性があります。

地球工学ソリューション 意図しない結果が生じる可能性がある, したがって、慎重なアプローチが必要です。ここで概説した CDR アプローチの技術的実現可能性を調査し、パイロット掘削実験のための変電断層に沿った可能な試験サイトを特定するには、さらなる研究が必要であることを提案します。海洋 CDR の研究、試験、開発を監視および規制するガバナンスシステムも必要です。

それでは、これは地球を救う可能性のあるアイデアであり、検討する価値があるのでしょうか、それとも、興味をそそるものの気を散らすものでしょうか?私たちは地球科学コミュニティやそれ以外からの意見を歓迎します。どちらの見方をするにせよ、地球温暖化の影響を緩和し、私たちが直面している邪悪な問題を払拭するための進歩を加速するには、野心的なアイデアが必要であることがますます明らかになってきています。

ソース ： イオス