地球温暖化を緩和するためには温室効果ガス排出量の削減が必要不可欠です。しかし現実には、排出量の削減が短期間では十分に進まず、地球上の多くの地域で人類や生態系が深刻な危機にさらされる可能性が高まっています。そこで大気・気候科学分野では、排出量削減と温暖化抑止が達成できるまでの時間を確保するための方策として、気候介入(Climate intervention) の研究が本格化しています。

気候を人為的に制御する気候工学 (Geoengineering)1の中で、気候介入は大気の物理・化学過程を介する手法を指します。現在特に注目されているのは、海洋上の下層雲の反射率を上げるMarineCloud Brightening (MCB)2と、成層圏に人為的なエアロゾルを注入するStratospheric Aerosol Injection (SAI)3です（図1）。中でもSAIは、温室効果ガスの放射強制力を打ち消すために必要な技術的コストが最も小さいと考えられています4, 5。SAIは火山噴火による気候冷却効果を人工的に再現する手法です。1991年のピナツボ火山噴火では、成層圏に流入した硫酸エアロゾルによる太陽光の反射増加により、全球平均気温が約0.5℃低下しました6。SAIの研究における重要な科学的・技術的課題として、以下が挙げられます。

1. 成層圏エアロゾルの現状把握：観測とモデルによる成層圏背景場におけるエアロゾルの組成、濃度、粒径分布、生成・消失過程、輸送メカニズムの解明7。

2. 最適な粒子特性の探索：太陽光を効率的に散乱し、重力沈降が遅く、成層圏化学場への副作用が少ないエアロゾル候補物質の選択とその粒径分布の制御8。

3. 成層圏化学への影響評価：注入したエアロゾル化学種が成層圏のオゾン等の物質に与える影響の予測と評価の方法9,10。

これらの課題に取り組むため、エアロゾル粒子の物理化学過程から大規模循環までを包括する多階層的な研究が進められています。また、上記の科学的・技術的課題に加えて、政治的にも様々な課題があると考えられています11。温暖化に伴う森林火災の増加により、対流圏エアロゾルの変化に加え、火災誘発の積雲対流による成層圏へのエアロゾル流入量増加の可能性も示唆されています12。人為起源エアロゾルの世界的な減少傾向の中、SAIなどの気候介入の効果と副作用を予測できるようにするため、新たな視点でのエアロゾル気候影響研究の重要性が高まっています。

気候冷却のための成層圏エアロゾル注入の概念図

図1：気候冷却のための成層圏エアロゾル注入の概念図

引用文献

  1. National Research Council, Division on Earth, Life Studies, Ocean Studies Board, Board on Atmospheric Sciences, Committee on Geoengineering Climate, Climate Intervention: Reflecting Sunlight to Cool Earth, National Academies Press, 2015. https://doi.org/10.17226/18988.

  2. Feingold, G., Ghate, V. P., Russell, L. M., Blossey, P., Cantrell, W., Christensen, M. W., et al., Physical science research needed to evaluate the viability and risks of marine cloud brightening, Sci. Adv., 10(12), eadi8594, 2024. https://doi.org/10.1126/sciadv.adi8594.

  3. Huynh, H. N., and McNeill, V. F., The potential environmental and climate impacts of stratospheric aerosol injection: a review, Environ. Sci.: Atmospheres, 2024. https://doi.org/10.1039/D3EA00134B.

  4. Shepherd, J. G., Geoengineering the Climate: Science, Governance and Uncertainty, Royal Society, 2009. https://royalsociety.org/news-resources/publications/2009/geoengineering-climate/.

  5. Parson, E. A., and Keith, D. W., Solar geoengineering: History, methods, governance, prospects, Annu. Rev. Environ. Resour., 49, 2024. https://doi.org/10.1146/annurev-environ-112321-081911.

  6. Soden, B. J., Wetherald, R. T., Stenchikov, G. L., and Robock, A., Global cooling after the eruption of Mount Pinatubo: A test of climate feedback by water vapor, Science, 296(5568), 727–730, 2002. https://doi.org/10.1126/science.296.5568.727.

  7. Kremser, S., Thomason, L. W., von Hobe, M., Hermann, M., Deshler, T., Timmreck, C., et al., Stratospheric aerosol—Observations, processes, and impact on climate, Rev. Geophys., 54(2), 278–335, 2016. https://doi.org/10.1002/2015RG000511.

  8. Vattioni, S., Käslin, S. K., Dykema, J. A., Beiping, L., Sukhodolov, T., Sedlacek, J., et al., Microphysical interactions determine the effectiveness of solar radiation modification via stratospheric solid particle injection, Geophys. Res. Lett., 51(19), e2024GL110575, 2024. https://doi.org/10.1029/2024GL110575.

  9. Heckendorn, P., Weisenstein, D., Fueglistaler, S., Luo, B. P., Rozanov, E., Schraner, M., et al., The impact of geoengineering aerosols on stratospheric temperature and ozone, Environ. Res. Lett., 4(4), 045108, 2009. https://doi.org/10.1088/1748-9326/4/4/045108.

  10. Vattioni, S., Weber, R., Feinberg, A., Stenke, A., Dykema, J. A., Luo, B., et al., A fully coupled solid-particle microphysics scheme for stratospheric aerosol injections within the aerosol–chemistry–climate model SOCOL-AERv2, Geosci. Model Dev., 17(21), 7767–7793, 2024. https://doi.org/10.5194/gmd-17-7767-2024.

  11. Baum, C. M., Fritz, L., Low, S., and Sovacool, B. K., Public perceptions and support of climate intervention technologies across the Global North and Global South, Nat. Commun., 15(1), 2060, 2024. https://doi.org/10.1038/s41467-024-46341-5.

  12. Katich, J. M., Apel, E. C., Bourgeois, I., Brock, C. A., Bui, T. P., Campuzano-Jost, P., et al., Pyrocumulonimbus affect average stratospheric aerosol composition, Science, 379(6634), 815–820, 2023. https://doi.org/10.1126/science.add3101.

参考図書

  • 杉山昌広 著「気候を操作する」2021年 KADOKAWA, ISBN-13: 978-4044006112

  • 杉山昌広 著「気候工学入門」2011年 日刊工業新聞社, ISBN-13: 978-4526066962

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