原因 世界の表層海洋のpHの空間分布（パネルa：1770年の年間平均表層海洋pHの概算値、パネルb：世界の表層海洋における2000年と1770年のpHの差）。[ 5 ] この高速炭素循環の図は、陸地、大気、海洋間の炭素の移動を示しています。黄色の数字は自然のフラックス、赤色は年間ギガトン単位の人為的な炭素排出量を示しています。白色の数字は貯蔵炭素量を示しています。[ 15 ] 海洋酸性化の影響をまとめた動画。出典：NOAA 環境可視化研究所。 2021年の大気中の二酸化炭素（CO 2 ）濃度は約415 ppmで、産業革命以前の濃度より約50%高かった。[ 16 ] CO 2 濃度は産業革命以前の約280 ppmから 現在410 ppm以上に上昇しており、これは主に化石燃料の燃焼や森林破壊などの人間の活動によるものである。[ 17 ] CO 2 の発生源は明らかに人間によるものであることが確立されており、これには人為的な化石燃料、産業、土地利用/土地変化による排出が含まれる。その発生源の1つは、エネルギーのために燃やされる化石燃料である。燃焼すると、CO 2 は燃焼の副産物として大気中に放出され、地球の大気中のCO 2濃度の上昇に大きく寄与しています。 [ 18 ] CO 2の 炭素吸収源として機能し、人為的な CO 2 排出量のおよそ 4 分の 1 を吸収します。[ 19 ] CO 2 の増加は、海水の 酸塩基化学を全体的に変化させ、より酸性で低い pH 条件と、多くの海洋生物の殻や骨格に使用される炭酸塩鉱物の飽和状態の低下をもたらします。[ 19 ]
1850年以降蓄積された海洋の吸収量は、 175 ± 35 ギガトン、この量の3分の2以上は Gt [ 16 ] ± 65 ギガトン[ 16 ]
炭素循環 とは、海洋、陸上 生物圏 、岩石圏 、[ 20 ] 大気の 間における二酸化炭素（CO2 ） の流れを指します。炭素循環には、セルロース などの有機化合物と、 二酸化炭素 、炭酸イオン 、重炭酸イオン などの無機炭素化合物の両方が関与しており、これらはまとめて溶存無機炭素（DIC）と呼ばれます。これらの無機化合物は、地球の海洋に存在する多くの形態の溶存CO2 を 含むため、海洋酸性化において特に重要です。 [ 21 ]
CO₂ が 溶解すると、水と反応して、 イオン性および非イオン性の化学種のバランスが取れた状態になります。溶解した遊離二酸化炭素（CO₂ ( aq)）、炭酸 （H₂CO₃ ）、重 炭酸 イオン （HCO₃⁻ ） CO₂⁻³ ） です （ ビェルム 図 で ） 。これらの異なる形態の溶解無機炭素は、海洋の 溶解ポンプ によって海洋の表面から内部へと移動します。海洋のある領域が大気中のCO₂ を 吸収する抵抗は、レヴェル係数 として知られています。
主な効果 海洋の化学組成は、人為的な二酸化炭素（ CO₂ ） の吸収によって変化しています。[ 5 ] [ 22 ] ： [ CO₂ − 3 ] ）、炭酸カルシウム鉱物飽和度（Ω）は、過去270年間（1750年頃から）の人為的な二酸化炭素排出量の約30%の吸収の結果、低下しています。一般に「海洋酸性化」と呼ばれるこのプロセスは、海洋石灰化生物が 殻や骨格構造を形成することを困難にし、サンゴ礁やより広範な海洋生態系を危険にさらしています。[ 5 ]
海洋酸性化は「地球温暖化 の邪悪な双子」や「もう一つのCO2 問題 」と呼ばれています。[ 23 ] [ 24 ] [ 25 ] [ 26 ] [ 27 ]
pH値の低下 海水にCO2 を 溶かすと、海洋中の水素 イオン（H + ）濃度が増加し、その結果、海洋のpHが低下します。 [ 28 ]
CO 2 (水溶液) + H 2 O ⇌ H 2 CO 3 ⇌ HCO − 3 + ⇌ CO 2− 3 + 。 浅い沿岸域や大陸棚域では、大気と海洋間のCO2 交換とそれに伴うpH変化に影響を与える多くの要因が相互に作用します。[ 29 ] [ 30 ]これら には、光合成 や呼吸などの生物学的プロセス[ 31 ] [ 32 ] 生態系代謝は 、大きくても局所的なpH変化を引き起こす可能性があります。[ 29 ]
淡水域も酸性化しているようだが、これはより複雑で分かりにくい現象である。[ 33 ] [ 34 ]
大気からのCO 2 の吸収は海洋のアルカリ度 に影響を与えません。[ 35 ] : 水の 酸性化 に対する抵抗力であるため、この文脈では知っておくことが重要です。[ 36 ] 海洋のアルカリ度を高めることは 、海洋にアルカリ度を加えて pH の変化を緩衝する選択肢の 1 つとして提案されています。
海洋生物における石灰化の減少 微分干渉コントラスト顕微鏡を用いて観察した様々な種類の有孔虫 ビェルム図 ：海洋酸性化による海水炭酸塩系の変化海洋化学の変化は、生物とその生息地に広範囲にわたる直接的および間接的な影響を与える可能性があります。海洋酸性度の増加による最も重要な影響の 1 つは、炭酸カルシウム ( CaCO 3 [ 4 ] CaCO 3 沈殿することが含まれます。これは、 円石藻 、有孔虫 、甲殻類 、軟体動物 など、多くの海洋生物の構造です。形成された後、これらのCaCO 3 CO 2− 3 飽和 濃度が含まれていない限り、溶解 に対して脆弱です。
海洋に流入する余分な二酸化炭素のうち、溶存二酸化炭素として残るのはごくわずかである。大部分は解離して重炭酸イオンと遊離水素イオンとなる。水素イオンの増加は重炭酸イオンの増加よりも大きいため、[ 37 ]
HCO − 3 2− 3 + 化学平衡を維持するため、海洋中に既に存在する炭酸イオンの一部は水素イオンの一部と結合して、さらに重炭酸イオンを生成します。こうして海洋中の炭酸イオン濃度が低下し、海洋生物が殻を作ったり石灰化したりするのに不可欠な構成要素が失われます。
Ca 2+ + CO 2− 3 3 ビェルム図 には、溶存二酸化炭素と重炭酸塩の濃度の増加、および炭酸塩の減少が示されている。
食物連鎖の混乱も起こりうる影響の一つであり、多くの海洋生物は食物連鎖の基盤となる炭酸カルシウムを主成分とする生物を食料や生息地として利用している。これは食物網全体に悪影響を及ぼす可能性があり、魚類資源の減少につながり、人間の生活に影響を与える可能性がある。[ 38 ]
飽和状態の低下 世界の海洋における（A）アラゴナイトおよび（B）方解石の飽和深度の分布[ 39 ] 海水中の鉱物の飽和状態 （Ωとして知られる）は、その鉱物が生成または溶解する熱力学的ポテンシャルの尺度であり、炭酸カルシウムの場合は次の式で表される。
Ω = [ カリフォルニア 2 + ] [ CO 3 2 − ] K s p {\displaystyle {\Omega }={\frac {\left[{\ce {Ca^2+}}\right]\left[{\ce {CO3^2-}}\right]}{K_{sp}}}} ここでΩは、鉱物を形成する反応イオン（Ca + 2 とCO 2− 3 活量）の積を、 平衡状態 における見かけの溶解度積（K sp ）で割った値です。平衡状態とは、沈殿速度と溶解速度が等しい状態を指します。[ 40 ] [ 4 ] CaCO 3 [ 4 ] CaCO 3 炭酸塩補償深度 は、炭酸塩の溶解が海底への炭酸塩の供給と釣り合う海洋深度であり、したがって、この深度より下の堆積物には炭酸カルシウムは含まれません。[ 41 ] CO2レベル の の低下は、 CO2−3 の濃度とCaCO3の飽和状態を低下させ、CaCO3 溶解 を 増加 さ
炭酸カルシウムは、アラゴナイト と方解石という2つの一般的な 多形 （結晶形）で最も一般的に存在します。アラゴナイトは方解石よりもはるかに溶解度が高いため、アラゴナイト飽和層とアラゴナイト補償深度は、方解石飽和層よりも常に表面に近い位置にあります。[ 4 ] [ 42 ] [ 4 ] この飽和度の低下は、 CaCO3 の無機沈殿がその飽和度に直接比例し、石灰化生物は飽和度が低い水域でストレスを受けるため、海洋生物の石灰化の減少につながる主な要因の1つです [ 43 ]
自然変動と気候フィードバック すでに現在、アラゴナイト が飽和していない大量の水が、バンクーバー から北カリフォルニア にかけての北米太平洋大陸棚 付近で湧昇して いる。[ 44 ] これらの大陸棚は、ほとんどの海洋生物が 生息または産卵さ れるため、海洋生態系において重要な役割を果たしている。他の大陸棚地域でも同様の影響が出ている可能性がある。[ 44 ]
海洋の数千メートルの深さでは、圧力の上昇と温度の低下によって炭酸カルシウムの沈殿を制御する化学平衡が変化するため、炭酸カルシウムの殻が溶解し始めます。[ 45 ] 炭酸塩補償深度 として知られています。海洋酸性化は、このような溶解を増加させ、数十年から数百年の時間スケールで炭酸塩補償深度を浅くします。 [ 45 ] 沈降 流域が最初に影響を受けています。[ 46 ]
北太平洋と北大西洋では、飽和状態も低下しています（飽和深度が浅くなっています）。[ 22 ] ： 海洋混合の結果としてCO2 が より深い深度に移動するため、外洋では海洋酸性化が進んでいます。外洋では、これにより炭酸塩補償深度が浅くなり、炭酸カルシウムの溶解がその深度より下で起こることになります。北太平洋では、これらの炭酸塩飽和深度は、m /年 [ 22 ] ：
将来的に海洋酸性化が進むと、数世紀にわたって炭酸塩堆積物の埋没が大幅に減少し、既存の炭酸塩堆積物の溶解さえも起こると予想されている。[ 47 ]
測定値と推定値
現代史と近現代史 亜熱帯北太平洋の海洋観測所ALOHAにおける、マウナロアの大気中のCO2 濃度 （百万分率体積、ppmv、赤）、海洋表面のpCO2濃度 （ μatm、緑）、海洋表面のpH（青）の時系列[ 48 ] [ 49 ] 1700年代から1990年代にかけての人為的なCO2 濃度上昇の影響 による海水pHの変化の推定値（ Global Ocean Data Analysis Project （GLODAP）およびWorld Ocean Atlasより） 。 1950年から2020年の間に、海洋表面の平均pH値は約8.15から8.05に低下したと推定されている。[ 2 ] [ 50 ] ハワイからアラスカまでの太平洋の表層100メートルでは酸性度が6%増加した。[ 51 ]
2021年のIPCC第6次評価報告書 は、「現在の表面pH値は少なくとも2万6000年間で前例のないものであり、現在のpH変化率は少なくともその時代以降前例のないものである」と述べている。[ 52 ] ： [ 52 ] ： 0.017～0.027 pH単位低下している」ことも明らかにしている。[ 53 ] ：
減少率は地域によって異なります。これは、異なる種類の強制メカニズム間の複雑な相互作用によるものです。[ 53 ] ： 。 [ 53 ] ：716一部 の地域 で は 酸性 化 [ 53 ] ： 716
海洋酸性化の速度は、表層海洋温暖化 の速度によって影響を受ける可能性がある。なぜなら、暖かい水はそれほど多くのCO 2 を吸収しないからである。[ 54 ] CO 2 の 吸収が制限され、一定のCO 2 の増加に対して pH の変化が小さくなる可能性がある。[ 54 ]
現在の海洋酸性化の速度は、暁新世と始新世の 境界（約5600 万年前）の温室効果ガス発生時に、海面水温が上昇したのと似ている。℃ [ 55 ] [ 56 ]
現在、世界の外洋と一部の沿岸システムの両方において、海水のCO2化学と酸性化を監視 する ための広範な観測システムが整備されているか、構築されている。 [ 19 ]
地質学的過去 海洋酸性化は地球の歴史上、過去にも発生している。[ 14 ] カピタニアン大量絶滅 時、[ 65 ] [ 66 ] [ 67 ] ペルム紀末絶滅 時、[ 68 ] [ 69 ] [ 70 ] 三畳紀末絶滅 時、[ 71 ] [ 72 ] [ 73 ] 白亜紀-古第三紀絶滅イベント 時にも発生した。[ 74 ]
地質時代の5つの大規模な大量絶滅イベントのうち3つは、おそらく火山活動 や海洋ガスハイドレート の熱分解による大気中の二酸化炭素の急速な増加と関連していた。[ 75 ] CO2 レベルの上昇は生物多様性に影響を与えた。[ 76 ] 火山性CO2 の 海水吸収によるCaCO3 飽和度の低下は、三 畳紀 末の海洋大量絶滅時の殺戮メカニズムとして示唆されている 。[ 71 ] [ 73 ] [ 72 ] [ 77 ] [ 73 ] [ 78 ] [ 79 ] [ 80 ] 海洋 酸性 化は、ペルム紀末の大量絶滅 [ 69 ] [ 68 ] [ 74 ] [ 75 ]
海洋酸性化の最も顕著な例は、約 5600万年前に大量の炭素が海洋と大気に流入し、多くの海洋盆地で炭酸塩堆積物の溶解を引き起こした暁新世-始新世温暖化極大期 (PETM) です。 [ 76 ] [ 81 ] [ 82 ] 代替 方法が必要です。
予測される将来の値 現場 CO2 濃度センサー（SAMI- CO2 ） は、サンゴ礁付近の海洋酸性化調査に利用されている（ NOAA （AOML ）による）。二酸化炭素 濃度 測定および海洋酸性化研究に使用される係留式自律型CO2 ブイ（ NOAA （PMEL 提供））重要なことに、海洋酸性化の変化率は地質学的過去よりもはるかに高い。この変化の速さは、生物が徐々に適応することを妨げ、海洋酸性化を緩和するための気候サイクルフィードバックが発動することを妨げている。海洋酸性化は現在、過去3 億年間で他のどの時点よりも低いpHレベルに達する方向に向かっている。[ 83 ] [ 74 ] [ 84 ] [ 14 ] [ 85 ] [ 86 ] [ 87 ] 他の海洋生物地球化学的 変化と相まって、このpH値の低下は、2100年という早い時期から海洋生態系の機能を損ない、海洋に関連する多くの財やサービスの提供を阻害する可能性がある。[ 88 ]
海洋のpHを含む海洋化学の変化の程度は、各国とその政府が講じる気候変動緩和策によって左右されるだろう。 [ 52 ] 予測される社会経済的な 世界的変化のさまざまなシナリオは、共有社会経済経路 （SSP）シナリオを使用してモデル化されている。
非常に高い排出シナリオ（SSP5-8.5） の下では、モデル予測によると、表層海洋のpHは19世紀末と比較して今世紀末までに最大0.44単位低下する可能性があると推定されています。[ 89 ] ：
海洋石灰化生物への影響 翼足 動物の殻が、pHの低い海水中で時間とともに溶解していく様子が示されている。大気中の二酸化炭素が海洋に吸収されると、海水の化学組成が変化する（出典：NOAA ）。 2100年に予測される海洋化学組成 に合わせて調整された海水に溶解した翼足動物の殻（出典： NOAA ）。 海洋酸性化の影響を受けた不健康な翼足動物。上面の殻の隆起はギザギザになり、溶け始めている。右下象限の殻は曇っており、下側の殻の6時30分の位置にはひどい擦り傷や弱い部分が見られる（出典：NOAA ）。
サンゴ 温暖な海域のサンゴは明らかに減少傾向にあり、過去30～50年間で50%が失われている。これは、海洋温暖化、海洋酸性化、汚染 、漁業などの活動による物理的損傷といった複数の脅威によるものであり、これらの圧力は今後さらに強まると予想される。[ 109 ] [ 22 ] ：
サンゴが外骨格 を成長させる内部区画（腔腸）内の体液も、石灰化の成長にとって極めて重要です。外部海水中のアラゴナイト飽和度が周囲レベルと同等の場合、サンゴは内部区画内でアラゴナイト結晶を急速に成長させ、その結果、外骨格も急速に成長します。外部海水中のアラゴナイト飽和度が周囲レベルよりも低い場合、サンゴは内部区画内の適切なバランスを維持するためにより多くのエネルギーを消費しなければなりません。そうなると、結晶の成長速度が低下し、外骨格の成長速度も低下します。周囲の水中のアラゴナイト飽和度によっては、内部区画にアラゴナイトを送り込むことがエネルギー的に不利になる ため、サンゴは成長を停止することもあります。 [ 110 ] [ 111 ]
酸性化条件は、外骨格の直線的な伸長に影響を与えるのではなく、主にサンゴの密度の高い外骨格を構築する能力を低下させる。一部のサンゴ種の密度は、今世紀末までに20%以上減少する可能性がある。[ 112 ]
グレートバリアリーフ の400平方メートルの区画で行われた、海水中のCO2 濃度を低下させ（pHを上昇させ）、産業革命以前の値に近づける現場実験では、正味の石灰化が7%増加したことが示された。[ 113 ] 現場 の 、 正味 の 石灰化が34%減少したことがわかった。[ 114 ]
しかし、 2007年から2012年にかけてクイーンズランド州 と西オーストラリア州 のサンゴ礁で行われた現地調査では、サンゴは内部恒常性調節により、以前考えられていたよりも環境のpH変化に対する耐性が高いことが分かりました。このことから、気候変動によるサンゴ礁の脆弱性の主な要因は、酸性化ではなく、 サンゴの白化 につながる温度変化（海洋熱波 ）であることが明らかになりました。[ 115 ]
二酸化炭素湧出地点での研究 海底から二酸化炭素が泡となって噴出し、局所的に海水のpHやその他の化学的性質を変化させる場所もある。こうした二酸化炭素の湧出に関する研究では、様々な生物による多様な反応が記録されている。[ 116 ] パプアニューギニア では、二酸化炭素の湧出によって引き起こされるpHの低下が、サンゴ種の多様性の低下と関連している。[ 117 ] パラオ では、二酸化炭素の湧出はサンゴ種の多様性の低下とは関連していないが、低pHの場所でサンゴ骨格の生物侵食が はるかに高い。
翼足類とクモヒトデ 翼足類 とクモヒトデはどちらも北極の 食物網 の基盤を形成しており、どちらも酸性化によって深刻な被害を受けている。翼足類の殻は酸性化の進行とともに溶解し、クモヒトデは付属肢 を再生する際に筋肉量を失う。[ 118 ] [ 119 ] [ 120 ] [ 121 ] [ 122 ]
クモヒトデの卵は、北極の酸性化によって生じると予想される環境にさらされると、数日で死んでしまう。[ 123 ] ヒトデの近縁種である温帯性 クモヒトデ の幼生は、8日以上生存したものが0.1パーセント未満であった。[ 88 ]
生態系へのその他の影響 この地図は、1880年代から2006～2015年までの海洋表層水のアラゴナイト飽和度の変化を示しています。アラゴナイトは炭酸カルシウムの一種で、多くの海洋生物が骨格や殻を作るために使用します。飽和度が低いほど、生物が骨格や殻を作り維持することが難しくなります。負の変化は飽和度の低下を表します。[ 124 ]
その他の生物学的影響 石灰化の遅延や逆転以外にも、生物は食料資源への悪影響による間接的な影響、あるいは生殖や生理機能への直接的な影響など、他の悪影響を受ける可能性がある。[ 4 ]例えば 高 炭酸 ガス血症 として知られる体液のCO2 誘発性酸性化を引き起こす可能性がある。[ 125 ] 酸性度の増加は、ジャンボイカの代謝率を低下させ [ 126 ] [ 127 ] 大西洋ナガヒレイカの 卵は酸性化した水中で孵化に時間がかかり、pHの低い海水に置かれたイカの平衡石 は小さく、奇形であった。[ 128 ] しかし、これらの研究は進行中であり、海洋生物や生態系 におけるこれらのプロセスを完全に理解するには至っていない。[ 129 ]
魚の幼生 海洋酸性化は海洋魚の幼生に も影響を与える可能性があります。幼生の初期発達において重要な役割を果たす嗅覚系に内部的に影響を与えます。オレンジ色のクマノミの 幼生は、主に植生島に囲まれた海洋サンゴ礁に生息しています[ 115 ] [ 115 ]
実験用水族館施設では、クマノミはpH 8.15 ± 0.07の未操作の海水で飼育された。これは現在の海洋のpHと類似している。 [ 115 ] 異なるpHレベルの影響を調べるために、海水は将来の大気中のCO2 レベルを予測する気候変動モデルに対応する2つのpHレベルに調整された。 [ 115 ] CO2 レベルが 1,000 ppmになる可能性があると予測しており、これはpH 7.8 ± 0.05と相関している。
この実験では、幼生が pH 7.8 ± 0.05 にさらされると、環境刺激に対する反応が、現在の海洋レベルと同じ pH での刺激に対する反応と大きく異なることが示されました。[ 115 ] ± 0.05 では、幼生はどのタイプの刺激にも反応しませんでした。しかし、2022 年に発表されたメタ分析では、海洋酸性化が魚の行動に及ぼす影響を検証した発表済みの研究の 効果量が、 過去 10 年間で 1 桁減少し、過去 5 年間は無視できるほど小さくなっていることがわかりました。[ 133 ]
ウナギの胚は「絶滅寸前」種[ 134 ] ヨーロッパウナギ は影響を受けている。ウナギは一生のほとんどを淡水、通常は河川、小川、または河口で過ごすが、産卵と死のためにサルガッソ海へ向かう。ヨーロッパウナギは、このサルガッソ海 で、生命の重要な段階の1つにおいて酸性化の影響を受けている。
魚の胚や幼生は、pH調節器官が完全に発達していないため、成魚よりもpHの変化に敏感です。[ 135 ] 生理 的 反応能力が限られている敏感な初期生活史段階において、自然界でのこの種の正常な発達に影響を与える可能性がある一方、極端な酸性化は孵化場条件下での胚の生存と発達に悪影響を与えることがわかりました。[ 136 ]
経済と社会への影響 海洋酸性度の増加は塩水中の石灰化速度を遅くし、海洋生物の約25%を支えるサンゴ礁を小さく成長の遅いものにする。 [ 146 ] [ 147 ] [ 19 ] [ 148 ]
漁業および観光産業 海洋酸性化の脅威には、商業漁業 や沿岸観光産業 の衰退が含まれます。将来の海洋酸性化によって、いくつかの海洋財やサービスが損なわれる可能性があり、温室効果ガス排出シナリオによっては、世界で最も貧しい人々のうち約4億7000万人から8億7000万人の生活に影響を与える可能性が あります。[ 88 ]
約10 億人が、サンゴ礁が提供する漁業、観光、沿岸管理サービスに完全にまたは部分的に依存している。そのため、海洋の酸性化が進行すると、海洋と結びついた将来の食物連鎖が脅かされる可能性がある。 [ 9 ] [ 10 ]
北極 北極では、酸性化によって北極の食物網の基盤を形成する石灰化生物（翼足類とクモヒトデ、上記参照）が被害を受けるため、商業漁業が脅かされています。酸性化は北極の食物網を基盤から脅かしています。北極の食物網は単純であると考えられており、これは小さな生物から大きな捕食者までの食物連鎖の段階が少ないことを意味します。たとえば、翼足類は「多くの高次捕食者（大型プランクトン、魚、海鳥、クジラ）の主要な餌」です。[ 149 ]
英国の商業漁業 貝類産業は英国経済の重要な部分を占めています。[ 150 ] [ 150 ] [ 150 ] [ 150 ] [ 150 ] [ 150 ] [ 150 ]
2100年までに、英国では貝類生産の経済全体が損失を被ると予測されている。[ 150 ] [ 150 ] [ 150 ] [ 150 ] [ 150 ]
米国の商業漁業 成体のアメリカロブスターが 海底で休んでいる。ロードアイランド州、ダッチアイランド、ニューポート郡。 2007年に米国商業漁業で漁獲された魚の価値は38 億ドルと評価され、そのうち73%は石灰化生物とその直接の捕食者に由来する。[ 151 ] アメリカンロブスター 、オオホンガイ 、ホタテガイ などの海洋石灰化生物の成長が減少すると、販売および消費できる貝肉が減少する。[ 152 ] 日後に100%死亡した。[ 153 ] [ 154 ]
考えられる回答
気候変動緩和 二酸化炭素排出量の削減（すなわち気候変動緩和 策）こそが、海洋酸性化の根本原因に対処する唯一の解決策です。例えば、大気からの二酸化炭素除去（CDR）に焦点を当てた緩和策（ 直接空気回収 （DAC）、炭素回収・貯留を伴うバイオエネルギー （BECCS）など）があります。これらは酸性化の進行速度を遅らせる効果も期待できます。
海洋から二酸化炭素を除去するアプローチには、海洋栄養施肥 、人工湧昇 および/または沈降、海藻養殖 、生態系回復、海洋アルカリ度増強、風化促進 、電気化学プロセスなどがあります。[ 155 ] ： CO2 を 除去し、海洋に貯蔵します。これらの方法は緩和に役立つ可能性がありますが、海洋生物に副作用をもたらす可能性があります。すべてのCDR方法の研究分野は2019年以降大きく成長しました。[ 87 ]
合計すると、「海洋ベースの方法には、年間1～100 ギガトンのCO 2 を除去する潜在能力がある」 [ 156 ] : CO2 1 トンあたり40～500 米ドル 風化促進により 除去できる可能性がある 年間2 ～4 ギガトン CO2 。この技術にはコストがかかる。CO2 1 トンあたり50～200 米ドル [ 156 ] ：
アルカリ性を加える炭素除去技術 一部の炭素除去 技術は海洋にアルカリ度を付加するため、pHの変化を即座に緩衝し、アルカリ度が付加された地域の生物に有益となる可能性がある。このカテゴリーに分類される2つの技術は、海洋アルカリ度増強法と電気化学的方法である。[ 87 ] 局所的な海洋酸性化緩和 という用語が用いられる理由である。これらの技術はどちらも大規模に運用でき、二酸化炭素の除去に効率的である可能性がある。[ 87 ] ： 技術成熟度 が低い。[ 155 ] ：
海洋アルカリ度の向上 海洋アルカリ度増強（OAE）は、海洋表面にアルカリ鉱物またはその解離生成物を沈着させる二酸化炭素除去（CDR）法として提案されている。[ 35 ] ： 2241 プロセスは、表面の総アルカリ度を増加させる。海洋によるCO2 の 吸収を増加させる働きをする。このプロセスは、岩石（ケイ 酸塩 、石灰岩 、生石灰 ）の加速風化（強化風化）によって 重炭酸塩 （HCO3 ）の量を増加させる。[ 87 ] ： 181 は重 炭酸 塩となり、100年以上その形のまま残るか、炭酸カルシウム（CaCO3）に沈殿する可能性がある。 炭酸 カルシウムが深海に埋没すると、ケイ酸塩岩石を利用する際に炭素を永久に保持することができる。
風化促進作用は、海洋アルカリ度を高める要因の一つです。風化促進作用は、微細な岩石粒子を飛散させることでアルカリ度を高めます。これは陸上でも海洋でも起こり得ますが（最終的に海洋に影響を与えるのは海洋です）、その影響は変わりません。
CO 2 を隔離することに加えて、アルカリ度の添加は海洋の pH を緩衝し、海洋の酸性化を抑制します。しかし、生物が自然由来のアルカリ度添加にどのように反応するかについてはほとんどわかっていません。[ 87 ]
海洋アルカリ度向上（採掘、粉砕、輸送）にかかるコストとエネルギーは、他のCDR技術と比較して高い。[ 87 ] CO2 1 トンあたり20～50 米ドル [ 155 ] ：
海洋に重炭酸塩として隔離された炭素は、産業革命 以降の炭素排出量の約30％に相当する。
実験材料には、石灰石、ブルサイト 、オリビン 、アルカリ溶液などがある。別のアプローチとしては、脱塩中に電気を使ってアルカリ度を上げて水中のCO2を 捕捉 する方法がある。[ 157 ]
電気化学的方法 電気化学的方法、すなわち電気分解 によって、海水から二酸化炭素を直接除去することができる。[ 87 ] CO2 を直接除去すること（炭酸塩と CO2 ガスの形で）に重点を置いているが、他の方法は、海洋アルカリ度を高めるセクションで説明されている方法で CO2 を 吸収する金属水酸化物残渣を沈殿させることによって、海水のアルカリ度を高める。直接炭素回収中に生成された水素は、エネルギー消費用の水素、または塩酸 などの他の製造された実験用試薬を形成するためにアップサイクルすることができる。
しかし、二酸化炭素回収のための電気分解の実施は費用がかかり、他の二酸化炭素除去技術と比較してプロセスに必要なエネルギー消費量が多い。[ 87 ] [ 87 ]
方針と目標 海洋酸性化対策を求めるデモ参加者（人民気候マーチ、2017年）
グローバル政策 海洋酸性化に対する認識が高まるにつれ、海洋酸性化の監視活動を強化するための政策が策定されてきた。[ 158 ] ジャン＝ピエール・ガットゥーゾ が「これまでの気候変動交渉では海洋はほとんど考慮されてこなかった。我々の研究は、気候変動に関する国連会議（パリ）での抜本的な変化を促す説得力のある論拠を提供する」と述べていた。[ 159 ]
1986年に発効したカリブ海広域条約カルタヘナ条約 [ 160 ] [ 161 ] 。 海洋酸性化は現在、これらの枠組みの中で検討され始めている。[ 162 ]
国連海洋十年 国連海洋十年には、「持続可能性のための海洋酸性化研究」と呼ばれるプログラムがあります。これは、世界海洋酸性化観測ネットワーク（GOA-ON）とそのパートナーによって提案され、国連持続可能な開発のための海洋科学十年 のプログラムとして正式に承認されています。[ 163 ] [ 164 ]
持続可能な開発目標14 2015年、国連は2030アジェンダと17の持続可能な開発目標（SDG）を採択しました。その中には海洋に特化した目標である持続可能な開発目標14 [ 167 ] [ 168 ] pH ）」を求めています[ 169 ] 。
ユネスコの 政府間海洋学委員会 （IOC）は、SDG 14.3.1 指標の管理機関として指定されました。この役割において、IOC-UNESCO は、SDG 14.3.1 指標方法論の開発、SDG 14.3.1 指標に向けたデータの年次収集、および国連への進捗状況の報告を担当しています。[ 170 ] [ 171 ]
国レベルの政策
アメリカ合衆国 米国では、2009 年連邦海洋酸性化研究監視法が、国立海洋大気庁 (NOAA) の「海洋酸性化プログラム」などの政府間の連携を支援している。[ 172 ] [ 173 ] 1976 年有害物質規制法 に基づいて CO2 を規制するよう EPA に求める市民の請願を却下した。 [ 174 ] [ 175 ] 大統領気候行動計画 などの国内の行動の下で「より効率的かつ効果的に対処されている」とし、排出量と森林破壊を削減し、クリーンエネルギーとエネルギー効率を促進するために、他国と協力し、他国で複数の手段を講じていると述べた。[ 176 ]
歴史 海洋酸性化現象の研究と、この問題に対する意識向上は、数十年にわたって続けられてきました。基礎研究は、1909年にデンマークの 化学者ソーレン・ペダー・ラウリッツ・ソーレンセン がpHスケールを作成したことから本格的に始まりました。 [ 177 ] 1950年代頃には、化石燃料由来のCO2を 吸収 する海洋の大きな役割は専門家には知られていましたが、より広い科学界では認識されていませんでした。[ 178 ] 20世紀の大部分を通して、海洋によるCO2吸収 という 有益なプロセスが主な焦点となっており、これは気候変動を大幅に緩和してきました。「過ぎたるは及ばざるがごとし」という概念は発展が遅く、いくつかの重要な出来事によってのみ引き起こされました。海洋による熱とCO2 の 吸収は 、気候変動に対する主要な緩衝材として依然として重要です。[ 178 ]
1970年代初頭には、化石燃料由来のCO2 が 海に蓄積することによる長期的な影響について、世界中で疑問が生じ、激しい議論が巻き起こっていた。研究者たちは、大気と海における化石由来のCO2の蓄積についてコメントし、 海洋 生物への影響の可能性に注意を促した。1990年代半ばには、CO2濃度 が 非常に高くなり、pHと炭酸イオンに必然的に変化が生じることによる影響の可能性が、サンゴ礁の運命を研究する科学者たちの懸念事項となった。[ 178 ]
20世紀末までに、海洋が全熱の約90%を吸収するという有益な役割と、全化石燃料由来のCO2排出の約50%を蓄積すること、そして海洋生物への影響との間のトレードオフ がより明確になってきていた。2004年にパリで開催される「高 CO2 世界における海洋に関する第1回シンポジウム」の計画段階である2003年までに、 海洋酸性化に関する多くの新しい研究結果が発表された。[ 178 ]
2009年、インターアカデミーパネル のメンバーは、世界の指導者に対し、「大気中のCO2 の 蓄積を減らすことが、海洋酸性化を緩和するための唯一の現実的な解決策であることを認識すること」を求めた。 [ 179 ] また、声明では、「海洋酸性化に対する回復力を高めるために、乱獲 や汚染などの 海洋生態系 へのストレス要因を減らすための行動を再活性化すること」の重要性も強調した。[ 180 ]
例えば、2010年の研究では、1995年から2010年までの15年間だけで、 ハワイからアラスカまでの太平洋の表層100メートルにおける酸性度が6パーセント増加したことが判明した。[ 51 ]
2012年7月に米国海洋大気庁 長官のジェーン・ラブチェンコ が発表した声明によると、「表層水は当初の計算で示唆されていたよりもはるかに急速に変化している。これは、現在大気中に存在する二酸化炭素の量と、私たちが排出し続けている追加量について非常に深刻な懸念を抱くべきもう一つの理由である。」[ 181 ]
2013年の研究では、酸性度の増加速度が地球の歴史上のどの進化上の危機よりも10倍速いことが判明した。[ 182 ]
「高 CO2 世界における海洋に関する第3回シンポジウム」は、2012年にカリフォルニア州モントレーで開催された。会議の政策立案者向け要約には、「海洋酸性化研究は急速に成長している」と記されている。[ 96 ]
2015年にサイエンス誌 に掲載された総合報告書では、22人の著名な海洋科学者が、化石燃料の燃焼によるCO2 が、 大絶滅 （地球史上最も深刻な絶滅イベント）以来、かつてないほど急速に海洋の化学組成を変化させていると述べている。 [ 159 ] ℃は、世界の海洋への「劇的な影響」を防ぐには排出量削減が小さすぎることを示していると強調している。[ 159 ]
2020年に行われた研究では、海洋酸性化は海洋生物だけでなく人間の健康にも悪影響を及ぼしていると主張している。食品の品質、呼吸器系の問題、人間の健康はすべて海洋酸性化によって悪影響を受ける。[ 183 ]
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外部リンク 世界海洋酸性化観測ネットワーク（GOA-ON） 国連持続可能な開発のための海洋科学の10年（2021年～2030年） 米国海洋大気庁（NOAA）海洋酸性化対策プログラム
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