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成層圏エアロゾル注入（SAI）は、地球温暖化を軽減するための太陽地理工学（または太陽放射の修正）の提案された方法です。これは、成層圏にエアロゾルを導入し、火山の冬に自然に発生する地球の暗化とアルベドの増加を介して冷却効果を生み出します。[1]中程度の強度の成層圏エアロゾル注入は、気温と降水量のほとんどの変化に対抗し、効果を迅速に発揮し、直接的な実施コストが低く、直接的な気候への影響が可逆的であると思われます。[2]気候変動に関する政府間パネルは、これが「温暖化を1.5°C（2.7°F）未満に抑えることができる最も研究された[太陽地理工学]方法である」と結論付けています。[3]しかし、他の太陽地球工学アプローチと同様に、成層圏エアロゾル注入は不完全なものであり、特に最適ではない方法で使用される場合は他の影響が生じる可能性があります。 [4] [ 5]
大規模な火山噴火の後、さまざまな形態の硫黄が地球を冷却することが示されています。[6]しかし、2021年現在、研究はほとんど行われておらず、成層圏に存在する天然エアロゾルは十分に理解されていません。[7]そのため、主要な候補物質はありません。アルミナ、方解石、塩も検討されています。[8] [9]提案されている主な配送方法は、カスタム航空機です。[10]
科学的根拠
天然および人為的硫酸塩
大気中には、様々な高度や大きさの粒子状物質が浮遊している。これまでのところ、最もよく研究されているのは、硫酸エアロゾルと総称される様々な硫黄化合物である。このグループには、無機硫酸塩（SO 4 2-）、HSO 4 -、およびH 2 SO 4 -が含まれる。有機硫黄化合物も含まれることがあるが、重要性は低い。[11]硫酸エアロゾルは、人為起源（硫黄含有量の高い化石燃料、主に石炭や、航空燃料やバンカー燃料などの精製度の低い特定の燃料の燃焼による）、[12] [13]水圏や生物圏からの生物起源、火山を介した地質学的起源、または山火事やその他の自然燃焼イベントによる気象起源の場合がある。[14] [15] [13]
無機エアロゾルは主に、二酸化硫黄が水蒸気と反応して硫酸ガスと様々な塩を形成するときに生成されます（多くの場合、雲の中での酸化反応による）。これが吸湿性の成長と凝固を経て、蒸発によって収縮すると考えられています。[16] [14]コロイド懸濁液中の微細な液滴または微細な（直径約0.1〜1.0マイクロメートル）硫酸塩固体粒子として、[17] [15]より小さな粒子が凝固して大きな粒子になることがあります。[18]もう1つの主な発生源はジメチルスルフィド（DMS）との化学反応であり、主に海洋プランクトンに由来し、沼地などの湿地からの寄与はわずかです。 [17]また、 COS（硫化カルボニル）の光化学的分解によってエアロゾルが生成される場合や、海塩のしぶきに含まれる固体硫酸塩が石膏の粉塵粒子と反応した場合にもエアロゾルが生成されることがあります。
大規模な火山噴火は、発生した年に硫酸エアロゾル濃度に圧倒的な影響を及ぼします。火山爆発指数で4以上のランクの噴火は、 SO2と水蒸気を成層圏に直接注入し、そこで反応して硫酸エアロゾルの煙を生成します。[19]火山の放出は組成が大きく異なり、煙の中に灰の粒子やさまざまな他の元素が存在するため、化学的性質が複雑です。主に珪長質マグマを含む成層火山のみがこれらのフラックスの原因であり、楯状火山で噴火した苦鉄質マグマは成層圏に達する煙をもたらさないためです。[20]しかし、産業革命以前は、大規模な火山活動のないより平均的な年には、ジメチルスルフィド経路が硫酸エアロゾル濃度の最大の要因でした。 1990年に発表されたIPCC第一次評価報告書によると、1980年代の火山からの排出量は通常約1000万トンで、ジメチルサルファイドは4000万トンに達しました。しかし、その時点では、大気中への硫黄の地球全体の人為的排出量は、硫黄含有化合物のすべての自然排出量の合計と「少なくとも同じくらい」になりました。1860年には年間300万トン未満でしたが、1900年には1500万トン、1940年には4000万トン、1980年には約8000万トンに増加しました。同じ報告書は、「ヨーロッパと北米の工業化された地域では、人為的排出量が自然排出量の約10倍以上を占めています」と指摘しています。[21]米国東部では、硫酸粒子がすべての大気汚染の25％以上を占めると推定されています。[22]米国の石炭火力発電所から排出される二酸化硫黄（石炭由来PM2.5）への曝露は、あらゆる発生源からのPM2.5への曝露よりも2.1倍高い死亡リスクと関連していた。[23] 一方、南半球は人口密度がはるかに低く、推定90％の人口が北半球に住んでいるため、濃度ははるかに低かった。1990年代初頭には、人為起源の硫黄が北半球を支配しており、年間硫黄排出量のわずか16％が自然発生的なものであったが、南半球の排出量の半分以下であった。[24]
硫酸エアロゾル排出量の増加はさまざまな影響を及ぼした。当時最も顕著だったのは、対流圏の高濃度硫酸エアロゾルを運ぶ雲からの降水によって引き起こされる酸性雨であった。[25]
酸性雨は、ピーク時には、米国のアディロンダック山脈など地理的に敏感な地域の湖や小川からカワマスや他の魚類、昆虫を絶滅させました。 [26]酸性雨は土壌の微生物叢の一部を失わせ、アルミニウムなどの重金属を動員（拡散しやすく）するとともに、マグネシウムなどの必須栄養素やミネラルも溶出するため、土壌機能を悪化させます。最終的には、低下したpHに耐えられない植物が枯死し、山岳地帯の森林は高高度で硫酸塩を含んだ霧に定期的にさらされるため、最も被害が大きい生態系の1つとなっています。 [27] [28] [29] [30] [31]酸性雨は人体に直接影響を与えるには薄すぎますが、スモッグや硫酸塩濃度の高い空気を吸い込むと、喘息や気管支炎を含む心臓や肺の病気に寄与することが知られています。[22]さらに、この形態の汚染は早産や低出生体重と関連しており、北京で74,671人の妊婦を対象にした研究では、空気中のSO2濃度が100μg/ m3増加するごとに乳児の体重が7.3g減少することが判明しており、 SO2と他の形態の大気汚染はこれまでに観測された低出生体重の最大のリスク要因となっている。[32]汚染制御と放射能の影響の発見
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これらの悪影響の発見により、湿式スクラバーや流動床燃焼などの発電所の排ガス脱硫装置を通じた大気中の硫酸塩汚染の削減が急がれることになった。[33] [34]米国では、 1970年の大気浄化法の成立に始まり、1977年と1990年に強化された。[35] EPAによると、1970年から2005年の間に、硫酸塩を含む6つの主要な大気汚染物質の総排出量は米国で53%減少した。2010年までに、EPAはこれらの削減による医療費の節約額を年間500億ドルと見積もった。[36] [37]欧州では、2021年に西バルカン半島の18の石炭火力発電所が二酸化硫黄汚染の規制を欠いており、これらの技術を備えた欧州連合の石炭火力発電所221基すべての2.5倍の硫黄を排出していると推定されました。[38]世界的には、1985年の硫黄排出削減に関するヘルシンキ議定書やその後継条約などの条約の採用は、先進国から発展途上国へと徐々に広がっています。[ 39 ]中国とインドでは数十年にわたって硫黄排出量が急増しているのに対し、米国と欧州では減少していますが、近年ではピークを迎えています。 2005年には中国が最大の汚染国となり、排出量は推定25,490,000ショートトン（23.1 Mt）で、2000年以降だけで27％増加し、1980年の米国の排出量とほぼ同数となった。[40]この年はピークでもあり、それ以降は一貫して減少が記録されている。[41]同様に、インドの二酸化硫黄排出量は、より多くの石炭火力発電所に汚染防止装置が設置された一方で、新しい発電所がまだ稼働していたため、2010年代にはほぼ横ばいであったようだ。[42]
しかし、これらの条約と技術の改善が行われていた頃、硫酸エアロゾルが地球が受ける可視光線と地表温度の両方に影響を与えているという証拠が出てきていました。一方では、火山噴火の研究[43]、特に1991年のフィリピンのピナツボ山の噴火[44] [45]では、これらの噴火による硫酸エアロゾルの大量生成が空に微妙な白っぽいもやを形成し、[46]地球表面に届く太陽放射の量を減らし、吸収した熱を急速に宇宙に失い、また、雲の粘稠度が増してより小さな水滴の量が増えることで雲のアルベド（反射率）が上昇し[12] 、それがその後数年間にわたって地球の気温が明らかに低下した主な理由であることが示されました。[47]一方、複数の研究によると、1950年代から1980年代にかけて、地表に到達する太陽光の量は10年ごとに約4～5％減少しましたが、[48] [49] [50]大気上層部の太陽放射の変化は0.1～0.3％を超えることはありませんでした。[51]しかし、この傾向（一般に地球暗化と呼ばれる）は、人為的な硫酸塩汚染の減少と一致して1990年代に逆転し始めましたが、[52] [53] [54]同時に、気候変動は加速しました。[55] [56]米国東部などの地域では、世界的な傾向とは対照的に寒冷化が見られましたが、大気汚染のレベルが大幅に減少したため、地球温暖化のホットスポットになりましたが、[57]硫酸塩粒子は依然としてすべての粒子の約25％を占めていました。[37] [58] [59]
現実世界が硫酸エアロゾル濃度が地球の気候に及ぼす重要性を示したため、このテーマの研究が加速しました。エアロゾルの形成と大気への影響は、イオンクロマトグラフィーや質量分析などの方法を用いて実験室で研究することができます。 [60]実際の粒子のサンプルは、気球や航空機を使用して成層圏から回収することができ、[61]遠隔衛星も観測に使用されました。[62]このデータは気候モデルに入力されます。 [63]温暖化の速度と進展を真に理解するためにエアロゾル冷却を考慮する必要があることはずっと前から明らかであり、IPCC第2次評価報告書は、エアロゾルが気候に与える影響の推定を初めて含めたものであり、2007年にIPCC第4次評価報告書が発表されるまでに、すべての主要なモデルでエアロゾルをシミュレートできました。[64]多くの科学者は、この研究のもう1つの側面、つまり、同じ効果を人工的に引き起こす方法を学んでいることにも気づいています。[65] 1990年代頃に議論されていたが、[66] 太陽熱地球工学の方法としての成層圏エアロゾル注入は、ポール・クルッツェンの2006年の詳細な提案と最もよく関連している。 [1]成層圏に展開することで、エアロゾルが最も効果的になり、清浄空気対策の進展が逆転しないことが保証される。最近の研究では、最も排出量が多いシナリオであるRCP 8.5であっても、現在と比較して4℃（7.2℉）（産業革命前と比較して5℃（9.0℉））を回避するために必要な成層圏硫黄の追加は、将来の対流圏硫酸塩汚染の制御によって効果的に相殺され、それほど劇的でない温暖化シナリオでは必要な量はさらに少なくなると推定されている。[67]これにより、コストとメリットの詳細な検討が促進されましたが、[68] 2020年代初頭までにこのテーマに関する何百もの研究が完了しても、いくつかの注目すべき不確実性が残っています。[69]
方法
材料
注入物質として様々な形態の硫黄が提案されたが、これは火山噴火が地球を冷却する仕組みの一部であるためである。[6]二酸化硫黄や硫化水素などの前駆ガスが検討されてきた。推定によると、「成層圏に適切に配置された1キログラムの硫黄は、数十万キログラムの二酸化炭素の温暖化効果をほぼ相殺する」。[70]ある研究では、1991年のピナツボ火山の噴火で吹き飛ばされた量と同量の硫酸塩粒子またはエアロゾルを1年から4年ごとに成層圏に注入した場合の影響を計算したが、[71]潜在的な太陽地理工学の取り組みに伴う多くの技術的および政治的課題には対処しなかった。[72]ガス状硫酸の使用はエアロゾル増加の問題を軽減すると思われる。[10]光泳動粒子、金属酸化物（ウェルスバッハシーディングや二酸化チタンなど）、ダイヤモンドなどの材料も検討されている。 [18] [73] [74]
配達
エアロゾルや前駆ガスを送達するための様々な技術が提案されている。[1] 成層圏に入るために必要な高度は対流圏界面の高さであり、極地では11キロメートル（6.8マイル/36,000フィート）から赤道では17キロメートル（11マイル/58,000フィート）まで変化する。
- ある研究によると、ボーイング747-400やガルフストリームG550/650、C-37Aなどの民間航空機は、比較的低コストで改造して必要な資材を十分に供給できる可能性があるが、[75]その後のメタ研究では、新しい航空機が必要になるが開発は容易であると示唆している。[76]
- F-15イーグルの派生型であるF15-Cなどの軍用機は必要な飛行上限を備えているが、積載量は限られている。KC -135ストラトタンカーやKC-10エクステンダーなどの軍用タンカー機も、極地に近い緯度で必要な飛行上限を備えており、積載量も大きい。[77]
- 改造された砲兵は必要な能力を備えているかもしれないが[78]、弾頭を打ち上げるには汚染物質を排出する高価な推進剤の充填が必要となる。レールガン砲兵は汚染物質を排出しない代替手段となり得る。
- 高高度気球は、タンク、ブラダー、または気球のエンベロープ内の前駆ガスを持ち上げるために使用できます。
噴射システム
注入場所の緯度と分布については、様々な著者によって議論されている。赤道付近の注入方式では、粒子がブリューワー・ドブソン循環の上昇脚に入ることができるが、いくつかの研究では、より広く高緯度の注入方式では、注入質量流量が減少し、気候上の利点が得られると結論付けている。[79] [80] 前駆体注入を単一の経度に集中させることは有益であるように思われ、既存の粒子への凝縮が減少し、結果として生じるエアロゾルのサイズ分布をより適切に制御できる。[81]二酸化炭素 は大気中に長く滞留するため、積極的な排出削減を同時に進めなければ、 エアロゾル注入には千年スケールの取り組みが必要になる可能性がある[82] 。
この技術の利点
太陽光地理工学の他の手段と比較したこのアプローチの利点は次のとおりです。
- 自然のプロセスを模倣する：[84]成層圏の硫黄エアロゾルは既存の自然プロセス（特に火山）によって生成され、その影響は観測によって研究されてきました。[85]これは、自然界に類似するものがない、より推測的な他の太陽地理工学技術（例えば、宇宙日よけ）とは対照的です。
- 技術的な実現可能性:海洋雲の増光など、提案されている他の太陽地理工学技術とは対照的に、必要な技術の多くは既存のものであり、化学製造、砲弾、高高度航空機、気象観測気球などです。[6] 未解決の技術的課題には、良好な散乱特性を備えた制御された直径で物質を送達する方法が含まれます。
- 拡張性：クールルーフや氷防護などの一部の太陽熱地理工学技術は、規模が不十分なため気候への介入が限定的であり、各技術で一定量以上気温を下げることはできない。研究では、この技術は高い放射「強制力」を持つ可能性があることが示唆されている。[86]しかし、必要な冷却量に応じて細かく調整することができる。[83]
- スピード：一般的な議論は、成層圏エアロゾル注入は迅速に実行でき、[87]二酸化炭素の空気回収などの炭素隔離プロジェクトが実施され、数十年から数世紀にわたって効果を発揮するまでの時間を稼ぐことができるというものである。[71]
不確実性
太陽光地理工学技術がどの程度効果的であるかは、その影響をモデル化することが困難であることと、地球の気候システムの複雑な性質のため、不確かです。成層圏エアロゾルに特有の有効性の問題もあります。
- エアロゾルの寿命：対流圏硫黄エアロゾルは短命である。[88] 北極圏の下部成層圏に粒子を送達すると、この地域の空気は主に下降するため、粒子が上空に留まるのは典型的には数週間から数ヶ月に過ぎない。持続性を確保するには、より高高度への送達が必要であり、熱帯圏界面上のブリューワー・ドブソン循環の上昇脚に注入することで、典型的には数年間の持続性を確保する。さらに、粒子のサイズは持続性にとって重要である。[89]
- エアロゾルの送達：成層圏硫酸エアロゾル雲を生成する方法としては、前駆ガス（SO
2）または硫酸（H
2それで
4）そしてこれらはそれぞれ異なる課題に直面している。[90 ]
2ガスが放出されると酸化されてHを形成する。
2それで
4そして、注入部位から遠く離れた場所で凝縮して液滴を形成する。[91 ] SO
2形成される粒子の大きさを制御することはできないが、高度な放出メカニズムは必要としない。シミュレーションによれば、SO
2放出速度が増加すると、より大きな粒子が形成され、寿命が短くなり、光の散乱効率が低下するため、冷却効果は減少する。[92] H
2それで
4直接放出されると、エアロゾル粒子は非常に速く形成され、原理的には粒子サイズを制御できるが、これに関する技術的要件は不明である。直接H
2それで
4放出が考案され開発されれば、粒子サイズを制御できるようになり、SOに関連する非効率性の一部を軽減できる可能性がある。
2リリース。[90] - 冷却の強さ:地表で受ける日射量が減少することでエアロゾルが及ぼす強制力の大きさは、その科学的モデリングには、光学特性、放出または注入の空間的および時間的分布、アルベド、地理、負荷、硫酸塩の輸送速度、地球全体の負荷、大気化学、他の化合物やエアロゾルとの混合と反応、粒子サイズ、相対湿度、雲などのさまざまな交絡因子とパラメータによる複雑な計算が含まれるため、完全には明らかではありません。エアロゾルのサイズ分布と吸湿性は、硫酸エアロゾルと他のエアロゾルの相互作用に密接に関連しており、反射される放射の量に影響を与えるため、特に不確実性が高いです。[13] [62] 2021年現在、最先端のCMIP6モデルでは、現在存在するエアロゾルによる総冷却は0.1 °C（0.18 °F）から0.7 °C（1.3 °F）の間であると推定されています。[93] IPCC第6次評価報告書では0.5℃（0.90℉）という最良の推定値が使用されていますが、[94]雲のエアロゾルの影響については依然として多くの矛盾した研究があり、エアロゾル冷却の推定値を変える可能性があり、その結果、望ましい効果を得るために年間何百万トンを配備する必要があるかという私たちの知識も変わります。[95] [96] [97] [98] [99] [100] [101]
- 水循環: 対流圏の硫酸塩汚染による歴史的な地球の暗化は、すでに特定の地域で降雨量を減らしたことがよく知られており、[55] [102]南アジアのモンスーンを弱めた可能性があり[103] [104] 、 1984年のエチオピア飢饉の一因となったか、あるいは直接引き起こした可能性もあるため[105] [106] [107]水循環とパターンへの影響は、さまざまな成層圏エアロゾル注入提案の不確実性の中で最も議論されているものの1つです。[108] [109]成層圏エアロゾル注入による降水量の変化は、将来の温暖化で予想される変化よりも管理しやすい可能性が高い一方で、死亡率への主な影響の1つは、蚊の生息地を移動させ、その結果、媒介性疾患の分布と蔓延に大きな影響を与えることであると示唆されています。今日の蚊の生息地はすでに広範囲に広がっていることを考慮すると、これらの変化がプラスになるのかマイナスになるのかは現時点では不明である。[69]
料金
初期の研究では、成層圏エアロゾル注入の直接的なコストは比較的低い可能性があることが示唆されている。ある分析では、アルベド強化エアロゾル500万トンを高度20～30kmに放出する年間コストは20億～80億ドルと推定されており、この金額は、次の世紀に予想される温暖化を相殺するのに十分な額であると示唆されている。[110]比較すると、気候被害や排出削減にかかる年間コストの推定額は2000億～2兆ドルの範囲である。[110]
2016年の研究では、1 W/m 2あたりの冷却コストは年間50億～500億ドルとされています。[111]粒子が大きいほど冷却効率が低く、空から早く落ちてしまうため、線量の増加により凝集やオストワルド熟成 などのメカニズムによって粒子が大きく効率が低くなり、単位冷却コストは時間の経過とともに増加すると予想されます。[112] RCP8.5と仮定すると、2020年の気候を維持するために、2100年までに-5.5 W/m 2の冷却が必要になります。この冷却を提供するために必要な線量レベルでは、注入されたエアロゾルの質量あたりの正味効率は、低レベルの展開（1W/m 2未満）と比較して50%未満に低下します。[113] 総線量が-5.5W/m2の場合、効率低下も考慮するとコストは年間550億～5,500億米ドルとなり、年間支出は他の緩和策と同等のレベルとなる。
その他の副作用の可能性
一般的に、太陽地理工学はさまざまな問題とリスクを伴います。しかし、成層圏硫化物注入に特有の、あるいはより顕著な問題もあります。[115]
- オゾン層の破壊：硫黄エアロゾルの潜在的な副作用。 [116] [117]これらの懸念はモデル化によって裏付けられている。 [118]しかし、これは、 CFCやその他のオゾン層破壊ガスのレベルが自然に安全レベルまで下がる前に、十分な量のエアロゾルが極成層圏雲に漂うか、そこに沈着した場合にのみ発生する。なぜなら、成層圏エアロゾルはオゾン層破壊ガスとともにオゾン層の破壊の原因だからである。 [119] [120]そのため、方解石などのより安全な可能性のある他のエアロゾルの注入が提案されている。 [8]方解石（石灰岩）などの非硫化物エアロゾルの注入は、オゾン層の破壊を打ち消すと同時に冷却効果もあり、他の副作用を軽減すると期待される。 [8]
- 空の白化: 火山の噴火は夕焼けの見た目に大きく影響することが知られており、[121] 1816年のタンボラ山の噴火後の空の見た目の変化は、JMWターナーの絵画「夏のない年」のインスピレーションとなった。[122]成層圏エアロゾル注入ではエアロゾルの量が少ないため、夕焼けの変化はより微妙で、青空がわずかに霞むことが予想される。[123] [124]成層圏エアロゾル注入が雲にどのような影響を与えるかは不明である。[125]
- 成層圏温度変化：エアロゾルは太陽、地球、周囲の大気からの放射線を吸収することもあります。これにより周囲の空気温度が変化し、成層圏循環に影響を与える可能性があり、それが地表循環に影響を与える可能性があります。[126]
- 沈着と酸性雨：成層圏に注入された硫酸塩の表面沈着も生態系に影響を及ぼす可能性がある。しかし、注入されたエアロゾルの量と広範囲にわたる拡散を考えると、粒子濃度と降水の酸性度への影響は非常に小さいだろう。[67]
- 生態学的影響：成層圏エアロゾルの注入が生態系に与える影響は不明であり、生態系によって異なる可能性があり、海洋と陸上のバイオームへの影響も異なる。[127] [128] [129]
- 農業への複合的な影響：2018年の歴史的研究では、チコン火山（1982年）とピナツボ火山（1991年）の噴火によって注入された成層圏硫酸エアロゾルが、特定の主要作物の世界的収穫量に複合的な影響を及ぼしたことが判明しました。 [130]いくつかの研究に基づいて、IPCC第6次評価報告書は、日照量の低下による光合成の減少はCO2の施肥効果と熱ストレスの軽減によって相殺されるため、作物の収穫量と炭素吸収源はほとんど影響を受けないか、わずかに増加する可能性があると示唆していますが、特定の生態系がどのように影響を受けるかについては確信が持てません。 [69]
- 太陽エネルギー技術の阻害：純短波放射が均一に減少すると、太陽光発電は植物と同様に2～5％のダメージを受ける。[131]集光された入射太陽光の散乱が増加すると、太陽熱発電の集光効率がさらに劇的に低下する（RCP8.5では11％）。これは、発電[132] [131]と、ソーラーセメント生産などの化学反応の両方に適用される。[133]
アウトドア研究
2009年、ロシアのチームがヘリコプターを使用して下層圏でのエアロゾル形成をテストしました。[134] 2015年に、デビッド・キースとゲルノット・ワグナーは、成層圏炭酸カルシウム[135]注入を使用した潜在的なフィールド実験、成層圏制御摂動実験（SCoPEx）について説明しましたが、[136] 2020年10月時点で時間と場所はまだ決定されていません。[137] [138] SCoPExはビル・ゲイツによって部分的に資金提供されています。[139] [140]英国政府の元主席科学顧問である サー・デビッド・キングは、炭酸カルシウムで太陽を暗くするというSCoPEXとゲイツの計画は壊滅的な影響を及ぼす可能性があると述べました。[141]
2012年、ブリストル大学が主導する気候工学のための成層圏粒子注入（SPICE）プロジェクトは、潜在的な送達システムを評価するために限定的なフィールドテストを計画した。このグループは、EPSRC、NERC、STFCから210万ポンドの支援を受け[142] 、太陽放射管理に関する証拠に基づく知識を提供することを目指した英国初のプロジェクトの1つとなった。[142]フィールドテストはキャンセルされたが、プロジェクト委員会はプロジェクトのラボベースの要素を継続することを決定した。[143]さらに、カーディフ大学による並行プロジェクトでは、一般の人々との協議が行われ、SPICEテストに対する態度が具体的に調査された。[144]この調査では、投票参加者のほぼ全員がフィールドトライアルの続行に賛成していたが、成層圏エアロゾルの実際の使用に抵抗を感じた人はほとんどいなかったことが判明した。ETCグループが主導する地球工学反対運動は、国際合意に達するまでプロジェクトを一時停止するよう求める公開書簡を起草し、[145]特に2012年に予定されている生物多様性条約締約国会議を指摘した。 [146]
ガバナンス
成層圏硫酸エアロゾルの既存の管理のほとんどは、太陽放射管理に広く適用できるものである。しかし、既存の法的手段の中には、成層圏硫酸エアロゾルに特に関連するものもある。国際レベルでは、長距離越境大気汚染に関する条約（CLRTAP条約）は、批准国に特定の越境大気汚染物質の排出削減を義務付けている。特に、太陽放射管理と気候変動（および温室効果ガス）は、実際の悪影響に応じて、署名国が削減を約束する「大気汚染」の定義を満たす可能性がある。[147]硫酸塩を含む汚染物質の特定の値に対する約束は、CLRTAP条約の議定書を通じて行われる。成層圏硫酸エアロゾルの完全な実施または大規模な気候応答フィールドテストにより、各国が制限を超える可能性がある。しかし、成層圏への注入は近隣諸国に集中するのではなく、地球全体に広がるため、CLRTAP条約で削減対象とされている「大気汚染」の実質的な削減につながる可能性があるため、許可される可能性がある。
成層圏への硫酸エアロゾルの注入は、成層圏オゾンに有害な影響を及ぼす可能性があるため、オゾン層の保護に関するウィーン条約の適用対象となる。この条約は、一般的に、締約国に「オゾン層の変更または変更の可能性に起因する悪影響がある、または悪影響がある可能性のある」活動を規制する政策を制定することを義務付けている。[148]ウィーン条約のモントリオール議定書は、段階的な廃止を通じて、特定のオゾン層破壊物質の生産を禁止している。硫酸塩は現在、禁止物質には含まれていない。
米国では、大気浄化法により、米国環境保護庁に成層圏硫酸エアロゾルを規制する権限が与えられる可能性がある。 [149]
ウェルスバッハの種まき
ウェルスバッハ播種は、成層圏に小さな（10～100ミクロン）金属酸化物粒子（二酸化トリウム、酸化アルミニウム）を播種する、特許取得済みの気候工学手法です。ウェルスバッハ播種の目的は、近赤外線波長の放射エネルギーを遠赤外線波長の放射に変換し、変換された放射の一部を宇宙に逃がして大気を冷却することで、「温室効果ガス層に起因する温室効果による大気の温暖化を（軽減する）」ことです。説明されている播種は、高度7～13キロメートルの航空機によって行われます。
特許
この方法は1991年にヒューズ・エアクラフト社によって特許取得され、米国特許5003186となった。[150]特許からの引用：
「地球温暖化は多くの環境科学者にとって大きな懸念事項です。科学者は温室効果が地球温暖化の原因であると考えています。産業革命以来、熱を閉じ込めるガスの量は大幅に増加しています。CO2、CFC、メタンなどのこれらのガスは大気中に蓄積され、太陽光は自由に差し込みますが、熱が逃げるのを妨げます (温室効果)。これらのガスは太陽光に対して比較的透明ですが、地球から放出される長波長の赤外線を強く吸収します。」
「本発明は、温室効果による地球温暖化を軽減する方法に関し、特に、地球の成層圏にウェルスバッハのような物質を散布する方法に関する。」
実現可能性
[要出典]これは現在の地球工学の専門家からは実行可能な選択肢とは考えられていない。実際、提案されたメカニズムは熱力学の第二法則に違反していると考えられている。[151]現在提案されている大気の地球工学的手法では、代わりにかなり高い高度で他のエアロゾルを使用する。[152]
歴史
ミハイル・ブディコは、1974年に、地球温暖化が差し迫った問題になった場合に、成層圏硫酸エアロゾルによる人工太陽放射管理の概念を最初に提唱したと考えられています。 [153]このような地球の暗化に関する物議を醸す気候工学の提案は、「ブディコ・ブランケット」と呼ばれることもあります。[154] [155] [156]
大衆文化において
映画『スノーピアサー』とそのスピンオフテレビシリーズでは、太陽の光を遮断して地球温暖化を防ぐ目的で、CW-7と呼ばれる架空の物質を大気中に放出することで、終末的な地球氷河期が引き起こされる。[157] [158]
キム・スタンリー・ロビンソンの小説『未来省』では 、壊滅的で致命的な熱波の後、インド政府は気候緩和策として成層圏エアロゾル注入を利用している。 [159]
ニール・スティーブンソンの小説『ターミネーション・ショック』は、一部の国の政府からの秘密裏の支援や反対を受けながら、大富豪が銃で打ち上げた回収可能なグライダーを使って成層圏に硫黄を注入するという私的な取り組みを描いている。[160]
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- 気候変動の緩和 – 気候変動を制限するために温室効果ガスの純排出量を削減する行動
- 気候工学 – 地球の気候システムへの意図的かつ大規模な介入
- クラウドシーディング – 雲を凝縮して雨を降らせる方法
- 地球の暗化 – 地球表面に届く太陽光の量の減少
- 太陽地理工学 – 太陽光を反射して地球を冷却する大規模な方法
- ターミネーション・ショック – ニール・スティーブンソンのSF小説
- 気象改変作戦研究委員会 – 気象を意図的に改変または操作する行為
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外部リンク
- 気候変動に対して私たちは何ができるのか？海洋学誌
- 地球温暖化と氷河期：物理学に基づく地球変動の調整の展望、ローレンス・リバモア国立研究所
- 地球工学の選択肢：地球温暖化に対する最後の手段か？外交問題評議会
- 硫酸エアロゾルによる気候変動の地球工学、パシフィック・ノースウェスト国立研究所
- 地球工学研究、科学技術議会事務局
- 気候変動を緩和するための地球工学的選択肢、エネルギー・気候変動省
- 一方的な地球工学、外交問題評議会
- Rasch PJ、Tilmes S、Turco RP、Robock A、Oman L、Chen CC、Stenchikov GL、Garcia RR (2008 年 11 月 13 日)。「成層圏硫酸エアロゾルを使用した気候のジオエンジニアリングの概要」。Philosophical Transactions of the Royal Society A : Mathematical, Physical and Engineering Sciences。366 ( 1882 ) : 4007–4037。Bibcode :2008RSPTA.366.4007R。doi : 10.1098 /rsta.2008.0131。PMID 18757276。S2CID 9869660。
- US 5003186「地球温暖化の軽減のための成層圏ウェルスバッハ播種」
- 地球温暖化が進む中、科学者たちは大気中の二酸化炭素を削減する「画期的な」方法をYouTube PBS NewsHourで探究している。 2019年3月27日に公開されたSCoPExのアニメーション