北極の地球工学

北極の地球工学は、極地の気候システムを意図的に操作して気候変動の望ましくない影響を減らす気候工学の一種です。気候変動に対する解決策として提案されている北極の地球工学は比較的新しいもので、大規模には実施されていません。北極のアルベドが地球の気温を調節する上で重要な役割を果たしており、地球の半球のアルベドを維持するのに役立つ大規模な工学的解決策があるという原則に基づいています。^[1]研究者によると、最近の急速な北極の縮小を考慮して調整された海氷減少の予測は、2059年から2078年の間に北極から夏の海氷がなくなる可能性が高いことを示しています。^[2]北極の地球工学の支持者は、気候工学の手法を使用してこれを防ぐことができると考えています。^{[2] [より良い情報源が必要]}

現在提案されている北極の地球工学の方法には、太陽光を反射するために硫酸エアロゾルを使用する、 ^{[要出典]、}水を汲み上げて表面で凍らせる、中空のガラス微小球を使用してアルベドを高めることなどがある。これらの方法は激しく議論されており、一部の研究者からは、これらの方法は効果がないか、逆効果であるか、意図しない結果をもたらす可能性があると批判されている。^[3]

19世紀から20世紀半ばにかけての地球工学の主な目的は、灌漑や軍事攻撃に利用するために雨を降らせることだった。^[4] 1965年、米国のジョンソン政権は、地球工学の焦点を気候変動に向ける報告書を発表した。^[4]北極圏での地球工学の初期の計画の一部は、2006年にNASAで行われた「太陽放射の管理」をテーマにした会議で生まれたもので、天体物理学者のローウェル・ウッドは、北極圏の成層圏に硫酸塩を吹き付けて氷床を形成するという提案を進めた。^[5]それ以来、中空のガラス微小球の使用など、北極圏での地球工学の他の方法が提案されてきた。^{[6] [3]}

北極のアルベドは、地球表面で吸収される太陽放射の量を調整する上で重要な役割を果たしています。^[1]北極の海氷が減少し、北極のアルベドが最近平均的に暗くなっていることにより、北極は太陽放射を反射する能力が低下し、地球表面を冷却しています。^[1]太陽放射が増加すると表面温度が上昇し、北極の氷が溶けてアルベドがさらに減少するという正のフィードバックループが発生します。 ^{[5]このようなフィードバックループは、特定の不可逆的な気候ドミノ効果の}転換点を超えて気温を押し上げる可能性があります。これは、氷アルベドフィードバックループとして知られています。^[5]

北極の海氷後退は、メタン包接化合物の形で北極の永久凍土に蓄えられている温室効果ガスであるメタンの放出によってさらに悪化している。^[7]大気中に放出される過剰なメタンにより、気温が上昇し続け、北極の海氷がさらに溶けるという別の正のフィードバックループが生じる可能性がある。^[8]現在の融解速度では、地球の気温が産業革命前の水準より 3°C 上昇すると、北極の永久凍土の最上部の層が 30-85% の割合で溶け、気候緊急事態を引き起こす可能性がある。^{[8] [説明が必要]} 2007 年のIPCC第 4 次評価報告書では、「いくつかの予測では、北極の晩夏の海氷は 21 世紀後半までにほぼ完全に消滅する」と述べられている。^{[8] [更新が必要]}しかし、北極の晩夏の海氷はその後大幅に後退し、2007年には表面積が過去最低を記録した後、2008年にわずかに回復しました。^{[8] [更新が必要]北極の}転換点となる出来事を防止または逆転させる、特に海氷の後退を食い止めるための気候工学が提案されています。 ^[9]

北極の地球工学の支持者は、それが北極の炭素貯蔵を安定させる一つの方法かもしれないと考えている。^[9]北極の永久凍土には推定1兆7000億トンの炭素が含まれており、これは2019年に化石燃料の排出として世界に放出された炭素量の約51倍である^。[10]北半球の永久凍土には大気中の約2倍の炭素が含まれており、北極の気温は過去数十年間で世界平均の約6倍上昇している。^[9]北極の生態系は気候変動に対してより敏感であり、北極の海氷が現在の速度で溶け続けると、地球温暖化に大きく寄与する可能性がある。 ^[9]北極の氷は、地球の大気中に熱を閉じ込めるメタンや二酸化炭素などの強力な温室効果ガスを抑制することで、地球の気温を調節するのに役立っているため、さらなる氷の損失を防ぐことは気候制御にとって重要である。 ^[9]

支持者たちは、地球工学技術を北極に適用すれば、既存の海氷を保護し、氷の生産量を増やし、氷の表面に到達する太陽​​放射を減らし、氷の融解を遅らせることで、さらなる氷の蓄積を促進できると考えている。^{[9] [11]}北極の氷を回収するために提案されているさまざまな方法は、コストと複雑さの点で異なり、より集中的な方法の中には、かなりの経済的投資と複雑なインフラシステムを必要とするものもある。^[11]地球のアルベドを高めるために提案されている方法の1つは、成層圏への硫酸エアロゾルの注入である。 ^[11]北極の氷を回収するために提案されている他の地球工学の方法には、既存の北極の海氷の上に海水を汲み上げることや、北極の海氷を小さな中空のガラス球で覆うことなどがある。^{[11] [10]}

成層圏に硫酸エアロゾルを注入するというアイデアは、火山噴火をシミュレートすることから生まれました。^[9]大気中に存在する硫酸粒子は太陽光を散乱させ、アルベドを増加させ、理論的には地球上の気候を涼しくします。^[9]

カルデイラとウッドは、成層圏硫酸エアロゾルを用いて北極における気候工学の効果を分析した。^[12]彼は、地球の単位アルベドあたりの平均気温変化は緯度に影響を受けないことを発見した。これは、太陽光の反射が少ない高緯度地域では気候システムのフィードバックがより強く働くためである。^[12]

極地の氷冠を積極的に強化するために、氷冠の頂上に水を噴霧または注入して、より厚い海氷を形成することが提案されている。^{[13] [14] [15]}この方法の利点は、溶けた氷の塩分含有量が増加すると、氷が再融解したと​​きに下降流が強まる傾向があることである。 ^[16]海中の氷には凍った海水がある。他の氷は圧縮された雪からできた氷河からできたもので、淡水の氷である。

海氷を厚くする方法として提案されているのが、風力発電のポンプを使うことだ。このポンプにはブイが付いていて、ブイには風力タービンが付いていて、風力エネルギーをポンプに送る働きをする。^[17]ブイにはタンクも付いていて、必要に応じて水を貯めて放出する。^[17]理論上は、適切なタイミングで氷の上に1.3メートルの水を汲み上げると、氷の厚さを1メートル増やすことができる。^[17]このポンプの目的は、エネルギー効率の良い方法で氷の厚さを増やすことだ。^[17]風力で駆動するポンプは、南極で氷の厚さを増やすのに効果があった。^[17]

気候変動の軽減を目標とする非営利団体 Ice911 は、研究室で実験を行いました。^[6]彼らは、氷の上に反射材を撒くとアルベドが上昇することを発見しました。^[6]この発見の背後にある理由は、氷の表面反射率を上げると太陽光を反射する能力が高まり、氷の表面温度が下がるからです。^[6]使用された材料のうち、Ice911 はガラスが氷のアルベドを上げるのに効果的であるだけでなく、経済的に実現可能で環境に優しいことも発見しました。^[18]その後、チームはカリフォルニア、ミネソタ、アラスカでフィールドテストを実施しました。^[18]すべてのフィールドテスト地点で、表面にガラスビーズを注いだ氷のアルベドは、表面にガラスビーズを追加していない氷と比較して増加しました。 [18]結果は、氷の上に置かれたガラスビーズが氷の反射率を高めたことを示しています。 [ ^{18 ]}

海水の塩分濃度が下がると密度が低くなり、海流の変化を引き起こします。 ^{[19] [20]}このため、ベーリング海峡^を通って流入する太平洋水と河川水の比率を変えることで北極海の塩分濃度と水温に局所的に影響を及ぼすことが、北極海の海氷を保護する上で重要な役割を果たす可能性があると示唆されています[21]。その目的は、ユーコン川からの淡水流入を相対的に増加させ、太平洋からの暖かく塩分の高い水（の一部）を遮断することです。提案されている地球工学的選択肢には、セントローレンス島と海峡の狭い部分の下の境界 を結ぶダム^{[22]が含まれます。}

地球工学は比較的新しい概念であるため、これらの新しい技術の影響や、長期的に気象パターン、生態系、気候にどのような影響を与えるかについての実際の研究はありません。^[23]北極の地球工学の特定の方法、たとえば成層圏に硫酸エアロゾルを注入して太陽光をより多く反射したり、海洋雲を明るくしたりすると、不可逆な一連の出来事を引き起こす可能性があります。^[24]硫黄注入の場合、そのような影響には、降水パターンの遅れ、または成長に必要な太陽光量の減少による海洋の酸性化や作物の不作が含まれます。^[25]後者の影響は海洋雲を明るくする場合にも同様です。このプロセスでは、太陽光を反射するために、船を使用して地球の表面に最も近い雲の海水エアロゾル粒子を増やします。^{[24] [26]}

ノーベル賞受賞者のポール・クルッツェンは、下層大気に硫酸塩を放出することで地球を寒冷化させ、理論的には気候変動への取り組みに役立つという地球工学の方法を提案した。^[27]この方法の考えられる欠点は、成層圏に硫酸塩を注入するとオゾン層の破壊につながる可能性があることである。^[27]この方法は、硫酸塩粒子が大気中の塩素と接触して化学的に変化させるというプロセスで機能する。この反応は、もし発効すれば、北極上空のオゾン層の3分の1から半分を破壊する可能性があると推定されている。^[27]これを防ぐための代替案として提案されているのは、硫酸塩を方解石粒子に置き換えるというもので、これは火山噴火の際に大気中に放出される物質であるという考え方に基づいている。^{[28] [29] [10]}これまでのところ、そのような実験のプロトタイプはなく、この方法では環境にすでに生じたダメージを元に戻すことはできないものの、長期的な潜在的ダメージの一部を軽減するのに役立つ可能性がある。

アルベドを高めるためにガラスやその他の反射粒子を使用することの有効性については懸念がある。^[3]ウェブスターとウォーレンが実施した研究では、これらの粒子が実際に海氷の融解速度を速めることが判明した。^[3]ウェブスターとウォーレンは、新しい氷は日光が少ない月に形成されるため、ガラスビーズの有効性がビーズ自体によるものとは明確に言えないため、新しい氷の上にガラスを散布すると効果があると主張している。^[3]さらに、ウェブスターとウォーレンは、研究で使用されたガラスビーズは暗い物質を吸収し、全体的にアルベドを低下させ、海氷の融解速度を速める可能性があると主張している。