背景とメカニズム 霧 や靄は エアロゾルである。エアロゾルとは、空気 または他のガス 中に浮遊する 微細な固体 粒子 または液滴の こと である。エアロゾルは、自然または 人為的な原因 によって発生する可能性がある。科学用語のエアロゾルは、ガス中の 粒子 の混合物を指し、粒子状物質のみを指すものではない。[ 12 ] 。 沈降 速度がかなり大きい大きな粒子は、混合物を懸濁液にするが、その区別は明確ではない。
自然エアロゾルの例としては、霧 、もや 、地質学的または生物学的起源の塵などがあります。 呼吸 中の小さな飛沫によって広がる感染症 もあり、これはバイオエアロゾル と呼ばれることもあります。[ 13 ] 硫酸の液 滴として形成され、最長2年間存在し、太陽光を反射して温度を下げます。砂漠の塵、高高度に吹き上げられた鉱物粒子は熱を吸収し、嵐雲の形成を阻害する原因となる可能性があります。
天然エアロゾル 自然エアロゾルの発生源には、海洋、火山、砂漠、生物などがあります。[ 14 ] [ 15 ] 海塩でできた飛沫が発生します。次に、 プランクトン などの微小な海洋生物がジメチルスルフィド やその他のガスを大気中に放出し、それが水蒸気 などの大気中の他の物質と反応して、気体状の硫酸塩（硫酸 ）エアロゾルを形成します。海塩エアロゾルと硫酸塩エアロゾルはどちらも、水滴の「種 」として作用することで雲の形成を助け、雲の形成と地球のエネルギーバランスに影響を与えます。これらの海洋エアロゾルは広範囲に存在しますが、大気にどの程度影響を与えるかについてはまだ不明な点があります。
火山噴火は、 火山灰とガスを大気中に放出します。火山灰は比較的速やかに大気圏から落下しますが、二酸化硫黄は 成層圏まで上昇し、そこで水蒸気と反応して、上層大気中に長寿命の硫酸塩エアロゾルを形成します。これらは太陽光を反射し、一時的に地球を冷却します。大規模な噴火の後、これらの粒子は1年以上大気中に留まることがあります。
自然のエアロゾルは地球を冷却します。[ 16 ] 1991年のピナツボ山の噴火は 、地球の気温を最大3年間、約0.5度低下させました。[ 17 ] これらの出来事は、過去の気候変動 において重要な役割を果たしてきました。
人為起源エアロゾル 人間の活動、特に化石燃料の 燃焼やバイオマスの 燃焼は、大気中で反応するガスを介して直接的および間接的にエアロゾルを放出します。[ 18 ] 黒色炭素 （すす）、有機炭素などがあります。これらのうち、硫酸塩は主要な冷却剤です。有機炭素エアロゾルは光を反射しますが、黒色炭素は光を吸収し、空気を暖め、雪や氷を黒くします。
人為起源エアロゾルの正味の効果は、地球温暖化を覆い隠すことだった。1850年から2014年にかけて、エアロゾルは世界の平均地表温度を約0.66 ℃低下させた。この冷却効果は、人口密度の高い北半球でより顕著である。この不均一な影響は、熱帯モンスーンの弱体化など、降雨パターンを変化させた。
大気汚染 規制により、1980年代以降、ヨーロッパと北米では硫酸塩の排出量が削減され、近年では中国でも同様の措置が取られている。これらの削減は大気質を改善したが、エアロゾルの冷却効果を弱め、温暖化の加速に寄与している。
実装と技術的な考慮事項
配達 エアロゾルや前駆ガスを散布するための様々な技術が提案されている。[ 1 ] 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）、赤道では17キロメートル（11 マイル/58,000 フィート）と変化する。
成層圏にエアロゾル を注入するための係留気球の提案
注入システム 注入地点の緯度と分布については、さまざまな著者が議論してきた。赤道付近の注入体制では粒子がブリューワー・ドブソン循環 の上昇気流に入ることができるが、より広範囲で高緯度の注入体制では注入質量流量が減少し、気候上の利点が得られるという結論に至った研究がいくつかある。[ 46 ] [ 47 ] [ 48 ] 大気中の二酸化炭素 の長い滞留時間のため、積極的な排出削減が同時に行われない場合、エアロゾル注入には千年規模の取り組みが必要になる可能性がある。 [ 49 ]
ウェルスバッハ散布法は、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 、酸化アルミニウムなど ）を散布する、特許取得済みの太陽放射改変法である。ウェルスバッハ散布法の目的は、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、変換された放射エネルギーの一部を宇宙空間に放出することで大気を冷却し、「温室効果ガス層による温室効果に起因する大気温暖化を （軽減 する）」ことである。この散布法は、高度7～13キロメートルの航空機によって実施される。
この方法は、1991年にヒューズ・エアクラフト社 によって米国特許5003186として特許取得されました。 [ 50 ]
料金 2020年の研究では、2100年までのSAIのコストが調査されました。他の気候介入や解決策と比較すると、SAIは依然として安価であることがわかりました。しかし、回避される温暖化1℃あたり年間約180億ドル（2020年米ドル換算）かかるため、気候に大きな影響を与える太陽地球工学プログラムは、個人、小国、その他の非国家主体による潜在的な暴走行為者の財政的手の届かないものとなるでしょう。[ 51 ] 億米ドルと推定されています。[ 51 ]
SAIは、気候変動を抑制しない場合と積極的な緩和策の両方の予想されるコストと比較して、実施の直接的な財政コストが低いと予想されています[ 52 ] 。
初期の研究では、成層圏エアロゾル注入の直接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 を高めるエアロゾル500万トンを高度20～30kmに散布する年間コストは20億～80億 米ドルと推定されており、この金額は今後100年間に予想される温暖化を相殺するのに十分であると示唆されている。[ 53 ] [ 53 ]
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 億米ドルであることが判明しました。[ 54 ] オストワルド熟成 などのメカニズムにより、線量の増加によって粒子が大きくなりますが効率が悪くなるため、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。[ 55 ] 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。[ 56 ] 2 の場合、効率低下も考慮に入れるとコストは年間 550 億～ 5500 億米ドルとなり、年間支出は他の緩和策と同等のレベルになる。
利点 このグラフは、3つの異なる代表濃度経路 シナリオにおける基準放射強制力 と、2034年から開始されるSAIの展開によって、2100年までに温暖化の速度を半減させる、温暖化を止める、または完全に逆転させることによって、それがどのように影響を受けるかを示しています。[ 51 ] この手法が他の太陽地球工学手法と比較して優れている点は以下のとおりです。
自然のプロセスを模倣している ：[ 57 ] 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いる。[ 58 ] 宇宙日よけ ）とは対照的である。技術的実現可能性： 海洋雲の明るさ向上 など、他の提案されている太陽地球工学技術とは対照的に、必要な技術の多くは既に存在しています。化学製造 、砲弾 、高高度航空機、気象観測気球 などです。[ 6 ] 拡張性： クールルーフ や氷防護 などの一部の太陽地球工学技術は、規模が不十分なため、気候への介入が限定的である。各技術で温度を一定量以上下げることはできない。研究によると、この技術は高い放射「強制力ポテンシャル」を持つ可能性があるが、[ 59 ] [ 51 ] スピード ：成層圏エアロゾル注入は迅速に行うことができ、[ 60 ] 二酸化炭素空気回収 などの炭素隔離 プロジェクトを実施して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一般的な議論がある。[ 37 ]
不確実性 太陽地球工学技術の効果は、その影響をモデル化することの難しさや地球規模の気候システム の複雑さから、不確実である。成層圏エアロゾルに関しては、効果に関する特有の問題も存在する。
エアロゾルの寿命 ：対流圏硫黄エアロゾルは寿命が短い。[ 61 ] 界面 より上のブリュワー・ドブソン循環 の上昇脚に注入された粒子は、通常は数年間空中にとどまる。粒子のサイズも持続性にとって重要である。[ 62 ] エアロゾルの供給 ：成層圏硫酸エアロゾル雲を生成する方法として、前駆ガス（SO₂）の放出による方法と、成層圏硫酸エアロゾル雲を生成する方法の2つの提案がある。2 ）または硫酸（H）2 4 ）そしてこれらは異なる課題に直面している。 [ 63 ] SO2つの ガスが放出され、酸化されてH2 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。 [ 64 ] SO の放出2 では SO が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、冷却効果は逓減するだろう。 [ 65 ] 2 4 が直接放出されると、エアロゾル粒子は非常に速やかに形成され、原理的には粒子サイズを制御できるが、そのための工学的要件は不確実である。直接H の技術を仮定すると2 4 SO2 リリース。 [ 63 ] 冷却の強さ : エアロゾルによる強制力の影響の大きさは、表面で受ける日射量の減少によって完全には確実ではありません。これは、その 科学的モデリングには、 光学特性 、排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、地球規模の負荷、大気化学、他の 化合物 およびエアロゾルとの混合および反応、粒子サイズ 、相対湿度 、雲などのさまざまな交絡因子およびパラメータによる複雑な計算が含まれるためです。他のものに加えて、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との相互作用に密接に関連しており、反射される 放射 量に影響を与えるため、特に不確実性が高いです。[ 66 ] [ 67 ] CMIP6 モデルは、現在存在するエアロゾルによる総冷却が0.1 °C (0.18 °F) から0.7 °C (1.3 °F) の間であると推定しています。[ 68 ] 第6次評価報告書では、 0.5 °C (0.90 °F) という最良の推定値 を使用していますが、[ 69 ] エアロゾル の雲の影響に関する矛盾した研究がまだ多く、エアロゾル冷却のこの推定値を変更する可能性があり、その結果、望ましい効果を達成するために年間何百万トンを投入する必要があるかについての知識も変わります。[ 70 ] [ 71 ] [ 72 ] [ 73 ] [ 74 ] [ 75 ] [ 76 ] 人為起源の硫酸塩エアロゾルはアジアの大部分（赤）で降水量を減少させたが、中央アジアの一部（青）では増加させた。[ 77 ]
リスク ターナーは 火山性エアロゾルによって引き起こされる劇的な夕日にインスピレーションを受けた[ 87 ] 一般的に太陽地球工学にはさまざまな問題とリスクがある。しかし、成層圏硫化物注入には特有の、あるいはより顕著な問題がある。[ 88 ]
オゾン層破壊 [ 89 ] [ 90 ] [ 91 ] しかし、これは、 CFC やその他のオゾン破壊ガスのレベルが自然に安全なレベルまで低下する前に、十分な量のエアロゾルが極成層圏雲 に漂着または沈着した場合にのみ発生する可能性があります。なぜなら、成層圏エアロゾルは、オゾン破壊ガスとともにオゾン層破壊の原因となっているからです。 [ 92 ] [ 93 ] [ 8 ] [ 8 ] 空の白化 ：火山噴火は日没の見え方に大きな影響を与えることが知られており、[ 94 ] タンボラ山 の噴火「夏のない年」後の空の見え方の変化は、 JMWターナー の絵画のインスピレーションとなった。[ 95 ] [ 96 ] [ 97 ] [ 98 ] 成層圏の温度変化 ：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。これにより周囲の気温が変化し、成層圏の循環に影響を与える可能性があり、ひいては地表の循環にも影響を与える可能性があります。[ 99 ] 沈着と酸性雨 ：成層圏に注入された硫酸塩の表面沈着は、生態系にも影響を与える可能性があります。しかし、注入されたエアロゾルの量と広範囲な拡散により、粒子濃度と降水の酸性度への影響は非常に小さいと考えられます。[ 100 ] 生態学的影響 ：成層圏エアロゾル注入が生態系に及ぼす影響は不明であり、生態系によって異なり、海洋バイオームと陸上バイオームでは影響が異なる可能性がある。[ 101 ] [ 102 ] [ 103 ] 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）とピナツボ山 （1991年）の火山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与えたことが判明した。 [ 104 ] IPCC第6次評価報告書は、日照量の減少による 光合成の低下が CO2施肥効果 と熱ストレスの減少によって相殺されるため、作物の収穫量 と炭素吸収源は ほぼ影響を受けないか、わずかに増加する可能性があると示唆しているが、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ない。[ 86 ] 太陽エネルギー技術の阻害 ：正味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％低下する。[ 105 ] [ 106 ] [ 105 ] [ 107 ]
ガバナンス 成層圏硫酸エアロゾルの既存のガバナンスの大部分は、より広範な太陽放射管理に適用されるものから派生しています。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ります。国際レベルでは、長距離越境大気汚染条約 （CLRTAP条約）は、批准した国に対し、特定の越境大気汚染物質の排出量を削減することを義務付けています。注目すべきは、太陽放射管理と気候変動（および温室効果ガス）の両方が、署名国が削減を約束している「大気汚染」の定義に該当する可能性があり、その実際の悪影響に応じて、その定義を満たす可能性があるということです。[ 108 ]
成層圏への硫酸エアロゾルの注入は、成層圏オゾンへの有害な影響の可能性から、オゾン層の保護に関するウィーン条約の 適用対象となります。この条約は一般的に、締約国に対し、「オゾン層の改変または改変の可能性から生じる、または生じる可能性のある悪影響」を規制する政策を制定することを義務付けています。[ 109 ] 議定書は 、段階的廃止により、特定のオゾン層破壊物質の生産を禁止しています。硫酸塩は現在、禁止物質には含まれていません。
米国では、大気浄化法により 、米国環境保護庁が 成層圏硫酸塩エアロゾルを規制する権限を持つ可能性がある。[ 110 ]
関連項目 人工降雨 – 雲を凝縮させて降雨を起こさせる気象操作。
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