海洋施肥

In the very long term, phosphorus "is often considered to be the ultimate limiting macronutrient in marine ecosystems"^[21] and has a slow natural cycle. Where phosphate is the limiting nutrient in the photic zone, addition of phosphate is expected to increase primary phytoplankton production. This technique can give 0.83 W/m² of globally averaged negative forcing,^[22] which is sufficient to reverse the warming effect of about half the current levels of anthropogenicCO₂ emissions. One water-soluble fertilizer is diammonium phosphate (DAP), (NH₄)₂HPO₄, that as of 2008 had a market price of 1700/tonne−1 of phosphorus. Using that price and the C : P Redfield ratio of 106 : 1 produces a sequestration cost (excluding preparation and injection costs) of some $45 /tonne of carbon (2008), substantially less than the trading price for carbon emissions.^[14]

This technique proposes to fertilize the ocean with urea, a nitrogen rich substance, to encourage phytoplankton growth.^[23][24][25] Concentrations of macronutrients per area of ocean surface would be similar to large natural upwellings. Once exported from the surface, the carbon remains sequestered for a long time.^[26]

An Australian company, Ocean Nourishment Corporation (ONC), planned to inject hundreds of tonnes of urea into the ocean, in order to boost the growth of CO₂-absorbing phytoplankton, as a way to combat climate change. In 2007, Sydney-based ONC completed an experiment involving one tonne of nitrogen in the Sulu Sea off the Philippines.^[27] This project was criticized by many institutions, including the European Commission,^[28] due to lack of knowledge of side effects on the marine ecosystem.^[29]

Macronutrient nourishment can give 0.38 W/m² of globally averaged negative forcing,^[22] which is sufficient to reverse the warming effect of current levels of around a quarter of anthropogenicCO₂ emissions.

The two dominant costs are manufacturing the nitrogen and nutrient delivery.^[30]

In waters with sufficient iron micro nutrients, but a deficit of nitrogen, urea fertilization is the better choice for algae growth.^[31] Urea is the most used fertilizer in the world, due to its high content of nitrogen, low cost and high reactivity towards water.^[32] When exposed to ocean waters, urea is metabolized by phytoplankton via urease enzymes to produce ammonia.^[33]

${\displaystyle {\ce {CO(NH_2)_2 + H_2O ->[ウレアーゼ] NH_3 + NH_2COOH}}}$

${\displaystyle {\ce {NH_2COOH + H_2O -> NH_3 + H_2CO_3}}}$

The intermediate product carbamate also reacts with water to produce a total of two ammonia molecules.^[34]

Another cause of concern is the sheer amount of urea needed to capture the same amount of carbon as eq. iron fertilization. The nitrogen to iron ratio in a typical algae cell is 16:0.0001, meaning that for every iron atom added to the ocean a substantial larger amount of carbon is captured compared to adding one atom of nitrogen.^[35] Scientists also emphasize that adding urea to ocean waters could reduce oxygen content and result in a rise of toxic marine algae.^[35] This could potentially have devastating effects on fish populations, which others argue would be benefiting from the urea fertilization (the argument being that fish populations would feed on healthy phytoplankton).^[36]

Local wave power could be used to pump nutrient-rich water from hundred- metre-plus depths to the euphotic zone. However, deep water concentrations of dissolved CO₂ could be returned to the atmosphere.^[14]

The supply of DIC in upwelled water is generally sufficient for photosynthesis permitted by upwelled nutrients, without requiring atmospheric CO₂. Second-order effects include how the composition of upwelled water differs from that of settling particles. More nitrogen than carbon is remineralized from sinking organic material. Upwelling of this water allows more carbon to sink than that in the upwelled water, which would make room for at least some atmospheric CO₂ to be absorbed. the magnitude of this difference is unclear. No comprehensive studies have yet resolved this question. Preliminary calculations using upper limit assumptions indicate a low value. 1,000 square kilometres (390 sq mi) could sequester 1  gigatonne/year.^[14]

したがって、隔離は上方への流量と、地表水とより密度の高い揚水された水との横方向の表面混合の速度に依存する。^{[ 14 ]}

火山灰は表層海洋に栄養分を供給します。これは栄養分が不足している海域で最も顕著です。人為的および風成の鉄が海洋表面に供給される影響に関する研究では、栄養分が不足している海域は、人為的、風成、および火山性堆積物によって供給される栄養分の組み合わせから最も恩恵を受けることが示唆されています。^{[ 37 ]}一部の海域では、複数の栄養分が比較的不足しているため、不足しているすべての栄養分を含む施肥計画の方が成功する可能性が高くなります。火山灰はシステムに複数の栄養分を供給しますが、過剰な金属イオンは有害となる可能性があります。

明確な証拠によれば、深海堆積物の中には重量比で最大45パーセントもの火山灰が含まれていることがある。^{[ 38 ] [ 39 ]}太平洋では、（千年単位で）大気中に降下する火山灰の沈着量が砂漠の塵の沈着量と同程度であったと推定されている。^{[ 40 ]}これは、火山灰が重要な鉄源となる可能性を示している。

2008 年 8 月、アラスカ州アリューシャン列島のカサトチ火山の噴火により、栄養分が限られた北東太平洋に火山灰が堆積した。この火山灰 (鉄を含む) により、亜寒帯で観測された最大規模の植物プランクトンの大量発生が引き起こされた。^{[ 41 ] [ 42 ]}カナダの漁業科学者は、火山の鉄による海洋生産性の増加が、2 年後のフレーザー川でのサケの記録的な回帰につながったと指摘している。^{[ 43 ]}

オーシャン・ニュートリション社が提唱するアプローチは、添加栄養素の分布を制限し、植物プランクトン濃度が湧昇域で見られる値（5～10  mg Chl/m ^{3 ）までしか上昇しないようにすることです。健全な植物プランクトン濃度を維持することで、有害な}藻類の異常発生や酸素欠乏を回避できるとされています。クロロフィル濃度は、植物プランクトン濃度の測定が容易な指標です。同社は、約4  mg Chl/m ³の値がこの要件を満たしていると述べています。^{[ 44 ]}

2007年、天然資源防衛協議会のリサ・スピアーは、「この問題に対処するために使えるお金と時間は限られています。気候変動対策技術に関して私たちができる最悪のことは、効果がなく、予想もしない大きな影響をもたらすものに投資することです。」と書いた。^{[ 45 ]}

2009年にアーロン・ストロング、サリー・チザム、チャールズ・ミラー、ジョン・カレンはネイチャー誌で「...植物プランクトンの大量発生を促し、大気中の二酸化炭素を吸収し、炭素を深海に排出するために海洋に鉄を施肥することは、放棄すべきである」と意見を述べた。^{[ 46 ]}

しかし最近、OIFへの関心が再び高まっている。2021年の米国科学・工学・医学アカデミーの海洋ベースの二酸化炭素除去に関する報告書では、OIFは海洋CDRアプローチの中で最も高い可能性を秘めており、拡張性と比較的低いコストに中程度から高い信頼を置いていると結論付けている。^{[ 11 ]} Science誌で、ウォーレン・コーンウォールは「鉄がプランクトンの成長を促進することは試験で示されている。しかし、重要な疑問が残っていると、NASEMパネルに参加したカリフォルニア大学サンタバーバラ校の海洋科学者デイブ・シーゲルは言う。吸収された炭素のうちどれだけが深海に到達するかは不明である」と述べている。^{[ 47 ]}

藻類細胞の化学組成は、炭素106：窒素16 ：リン1 （レッドフィールド比^{[ 48 ]} ）：鉄0.0001の比率に従うと仮定されることが多い。したがって、鉄が制限された環境では、鉄原子1個が炭素原子1,060,000個を捕捉するのに役立つのに対し、窒素が制限された環境では、窒素原子1個は炭素原子6個しか捕捉しない。^{[ 49 ]}海洋の広い領域では、このような有機物の成長（したがって窒素固定）は、窒素ではなく鉄の不足によって制限されていると考えられているが、直接測定することは難しい。^{[ 48 ]}

一方、HNLC地域での実験的な鉄施肥では、鉄が過剰に供給され、それが除去される前に利用されませんでした。そのため、上記の栄養素の比率が達成された場合よりも、有機物の生産量ははるかに少なくなりました。利用可能な窒素のごく一部しか消費されません（鉄の消費のため）。貧栄養水の培養ボトル研究では、窒素とリンを添加すると、1回の投与でかなり多くの窒素が消費される可能性があります。輸出生産は新しい一次生産のごく一部にすぎず、鉄施肥の場合、鉄の消費により再生生産は小さくなります。マクロ栄養素施肥では、再生生産は大きく、総輸出量の増加を支えることが期待されます。その他の損失も効率を低下させる可能性があります。^{[ 50 ]}

さらに、海洋施肥による炭素隔離の効率は、化学量論比の変化やガス交換などの要因に大きく影響されるため、海洋施肥プロジェクトの有効性を正確に予測することは困難である。^{[ 51 ]}

施肥は、施用場所や方法によっては、恒久的な炭素吸収源となる場合もあれば、そうでない場合もある。初期のモデル化では、「海洋施肥の選択肢は、千年単位で持続する場合にのみ価値があり、リンの添加は鉄や窒素の施肥よりも長期的な可能性が高い」と結論づける人もいた。^{[ 22 ]}

しかし、広く引用されている欧州鉄施肥実験（EIFEX）では、ブルームバイオマスの少なくとも半分が1,000メートルより下に沈み、おそらく何世紀にもわたってそこに隔離されたままになることが判明した。^{[ 52 ]}

国連海洋法条約（LOSC 1982）によれば、すべての国は、海洋環境の汚染を防止、軽減、管理するために必要なあらゆる措置を講じ、ある地域から別の地域への損害や危険の移転を禁止し、ある種類の汚染が別の種類の汚染に変化することを禁止する義務を負っている。これが施肥とどのように関係するかは不明である。^{[ 78 ]}