심해 저장: 우리가 대기 중으로 배출하는 새로운 온실 가스의 양을 줄이는 것은 기후 변화의 최악의 영향을 방지하는 데 중요하지만 기후 전문가에 따르면 그것만으로는 충분하지 않다. 이미 공기 중에 있는 탄소이다.
이를 수행하는 한 가지 방법은 지구 해양의 탄소 포집 잠재력을 최대화하는 것이다. 해양은 주로 식물성 플랑크톤의 활동으로 인해 이미 인간 CO2 배출량의 25%를 흡수한다.
이 미세한 단세포 식물은 바다 표면 근처에서 자라며 햇빛과 CO2를 흡수하여 광합성을 통해 에너지를 생성한다. 그 탄소 중 일부는 나중에 식물성 플랑크톤이 죽고 가라앉을 때 심해에 갇히게 된다.
식물성 플랑크톤에 있는 대부분의 탄소는 식물이 분해되거나 먹힐 때 표면 근처에 남아 있지만 일부는 심해로 가라앉는다. 이미지 출처: NASA / 해양 과학의 새로운 물결 / US JGOFS
철의 시대: 다른 식물과 마찬가지로 식물성 플랑크톤도 번성하려면 태양과 이산화탄소보다 더 많은 것이 필요하다.
우리는 과거의 자연 현상을 통해 이 바다에서 철의 양을 늘리면 식물성 플랑크톤의 성장을 극적으로 증가시킬 수 있다는 것을 알고 있다. 화산 폭발로 인한 철분이 풍부한 화산재가 바다 표면에 떨어지면 우주에서 볼 수 있을 만큼 큰 식물성 플랑크톤이 번성한다.
이 지식은 해양학자인 존 마틴(John Martin)이 "철 가설(iron hypothesis)"이라는 것을 내세우게 했다. 철로 바다를 "비옥하게" 하면 이론적으로 지구 전체를 식힐 수 있을 만큼 탄소를 빨아들이는 식물성 플랑크톤의 양이 증가할 수 있다는 것이다.
1988년 강의에서 그는 "나에게 철 탱크 반만 주면 빙하기를 주겠다"고 말했다.
1993년 마틴이 사망한 직후 모스 랜딩 해양 연구소의 동료들은 태평양의 64제곱킬로미터에 철 농도를 증가시켜 가설을 테스트했다. 그런 다음 그들은 10일 동안 그 지역을 관찰했고 식물 바이오매스의 양이 두 배로 증가하는 것을 확인했다.
"모든 생물학적 지표는 철분 첨가에 대한 반응으로 식물성 플랑크톤 생산 증가율을 확인했다."라고 그들은 실험을 자세히 설명하는 논문에 썼다.
2022년 1월 15일 Hunga-Tonga-Hunga-Ha'apai 화산의 폭발로 이틀 만에 해당 지역의 식물성 플랑크톤 양이 10배 증가했다. 이미지 출처: Barone 외, 2022년
그 이후로 12개 이상의 다른 해양 시비 실험이 수행되었지만 플랑크톤 번성을 유발하는 것처럼 보이지만 이 접근 방식이 실제로 기후 변화에 대처하는 데 도움이 될 수 있는지 여부는 아직 명확하지 않다.
2009년 미국 에너지부의 로렌스 버클리 국립연구소(Lawrence Berkeley National Laboratory) 연구원들은 뉴질랜드와 남극 대륙 사이의 남극해에서 1년 동안 해수면 800미터 아래에서 탄소 입자를 측정하여 대규모 해양 시비 실험의 영향을 추적했다. 그들의 발견은 고무적이지 않았다.
짐 비숍(Jim Bishop) 연구원은 “바다에 철분을 추가하는 것만으로는 대기 중 탄소를 저장하는 좋은 계획으로 입증되지 않았다. "중요한 것은 심해에 도달하는 탄소이며 플랑크톤 번성에 묶인 많은 탄소는 매우 빠르게 또는 멀리 가라앉지 않는 것으로 보인다."
연구자들은 여전히 그 이유를 알아내려고 노력하고 있지만 식물성 플랑크톤을 먹고 사는 생물의 먹이 습관과 해수에 철 결합 유기 화합물의 존재를 중심으로 하는 이론을 포함하여 많은 이론이 있다.
입자력: 일부 기후 과학자들은 아직 해양 시비 아이디어를 포기할 준비가 되어 있지 않다.
2022년 11월, 리즈 대학과 DOE의 태평양 북서부 국립 연구소의 과학자들이 이끄는 국제 연구팀은 비료를 전달하는 방법을 바꾸는 것이 비료를 작동시키는 열쇠가 될 수 있다는 연구를 발표했다.
단순히 황산철을 바다 표면에 추가하는 대신, 이 연구원들은 현재 해양 수정이 그 잠재력을 발휘하지 못하게 하는 문제를 극복하는 데 도움이 되는 특성을 가진 철 나노입자를 설계할 것을 제안한다.
예를 들어 나노 입자를 고분자로 코팅하여 부력을 높일 수 있다. 또는 식물 플랑크톤이 광합성을 위해 햇빛을 더 잘 흡수하도록 돕는 빛 흡수 특성을 부여한다.
예를 들어 실리카를 포함하여 철 이외의 물질로 나노 입자를 묶을 수도 있다. 예를 들어 입자를 흡수하는 식물성 플랑크톤의 밀도가 증가하고 밀도가 1%만 증가해도 가라앉는 속도를 두 배로 늘릴 수 있다.
연구원들은 조작된 나노입자가 해양 시비 실험에 일반적으로 사용되는 황산철보다 생산 비용이 훨씬 더 많이 들지만 훨씬 더 효과적일 것이라는 점을 인정한다.
"우리의 연구는 해양 시비에 여러 유형의 공학 나노입자를 사용하는 것이 생산 및 배송 과정에서 비용과 이산화탄소 배출 측면에서 유망할 수 있음을 보여준다."라고 연구원 Peyman Babakhani가 말했다.
큰 그림: DOE가 지원하는 최근 연구는 해양 시비를 위한 유망한 경로를 밝히고 있지만, 기후에 영향을 미치기 위해 바다에 충분한 양의 철 나노입자를 추가하는 것은 엄청난 일이 될 것이며, 그것이 해양 생태계에 어떤 영향을 미칠 수 있는지를 결정하기 위해서는 훨씬 더 많은 연구가 필요하다.
심해 관리 이니셔티브의 연구원에 따르면 "대규모 수정은 국지적으로 뿐만 아니라 시공간적으로 먼 거리에도 의도하지 않고 예측하기 어려운 영향을 미칠 수 있다."
기후 변화에서 벗어나는 지구 공학에 대한 다른 아이디어와 마찬가지로 고려해야 할 대중 수용 및 정부 규제 문제도 있다.
현재로서는 대기 중 탄소를 격리하는 다른 덜 위험한 방법이 있다. 더 많은 나무를 심고, 농장 토양을 더 탄소가 부족하게 만들고, 화학 필터에 탄소를 가두는 기계를 배치할 수 있다. 미래에 과감한 조치가 필요할 경우 가장 안전하고 효과적인 배포 방법을 알 수 있다.
