해양구름 브라이트닝

해양 클라우드 시딩과 해양 클라우드 엔지니어링으로도 알려진 해양 클라우드 브라이트닝은 인공적인 지구온난화를 상쇄하기 위해 우주로 들어오는 햇빛의 소량을 반사해 구름을 밝게 만드는 태양 복사 관리 기후공학 기법이다. 성층권 에어로졸 주입과 함께, 그것은 가장 타당하게 기후에 영향을 미칠 수 있는 두 가지 태양 복사 관리 방법 중 하나이다.^[1] 지구의 알베도를 증가시키면 온실가스 감축, 이산화탄소 제거, 적응과 함께 기후변화와 기후변화를 줄이고 사람과 환경에 대한 위험을 줄일 수 있다는 취지다. 구현될 경우 냉각 효과는 빠르게 느껴질 것으로 예상되며 상당히 짧은 시간 범위에서도 되돌릴 수 있을 것으로 예상된다. 하지만 대규모 해상 구름이 밝아지는 데는 기술적 장벽이 남아 있다. 복잡한 기후 시스템의 이러한 변경에도 위험이 있다.

기본 원리

해양 구름 밝기는 현재 기후 시스템에서 관측되고 있는 현상을 기반으로 한다. 오늘날 배출 입자는 대기 중의 구름과 혼합되어 반사되는 햇빛의 양을 증가시켜 온난화를 감소시킨다. 이 '냉각' 효과는 0.5~1.5℃로 추정되며 기후에서 가장 중요한 미지의 하나이다.^[2] 해양 구름 브라이트닝은 이러한 효과에 가장 취약한 구름에 전달되는 양성 물질(예: 해수염)을 사용하여 유사한 효과를 발생시킬 것을 제안한다.

대부분의 구름은 반사되어 우주로 들어오는 태양 복사를 튕겨낸다. 구름의 알베도를 증가시키면 반사되는 태양 복사량이 증가하여 지구를 냉각시킬 것이다. 구름은 물방울로 이루어져 있고, 작은 물방울을 가진 구름은 (투메이 효과 때문에) 더 반사적이다. 구름 응축 핵은 물방울 형성을 위해 필요하다. 해양구름을 밝게 하는 밑바탕에 깔려 있는 중심 아이디어는 구름이 형성되는 대기 위치에 에어로졸을 첨가하는 것이다. 이것은 구름 응축 핵으로 작용하여 구름 알베도를 증가시킨다.

해양환경은 낮은 수준의 먼지와 바다의 오염으로 인해 구름 응결핵이 부족하기 때문에 육지보다 바다 위에서 바다 구름의 밝기가 더 효과적일 것이다.^{[citation needed]} 실제로 작은 규모로 밝게 빛나는 해상 구름은 이미 선박의 배기가스 속 에어로졸로 인해 의도치 않게 발생해 선로를 이탈하고 있다.^[3] 해상의 층층구름(해상 지역 상공의 낮은 층층구름)이 에어로졸 변화에 가장 민감하게 반응하는 등 구름 정권마다 밝게 빛나는 전략에 대한 민감도가 다를 가능성이 높다.^[4][5] 따라서 이러한 해양성층 구름은 일반적으로 적합한 표적으로 제시된다. 그것들은 아열대 해양과 중위도 해양의 시원한 지역에 걸쳐 흔하며, 연간 평균 50%를 초과할 수 있다.^[6]

추가적인 구름 응축 핵의 가장 유력한 공급원은 다른 것도 있지만 바닷물에서 나온 소금이다.^[7]

비록 구름 형성을 위한 에어로졸의 중요성이 일반적으로 잘 이해되고 있지만, 많은 불확실성은 남아 있다. 사실, 최근의 IPCC 보고서는 에어로졸-클라우드 상호작용을 일반적으로 기후 모델링에서 현재 주요 난제 중 하나로 간주하고 있다.^[8] 특히 에어로졸이 많아지면 비눗방울의 수가 비례적으로 증가하지 않고 심지어 감소할 수도 있다.^[9][10] 마이크 물리적인 척도에서 관측된 구름에 미치는 입자의 영향을 지역적, 기후적으로 관련되는 척도로 추정하는 것은 간단하지 않다.^[11]

기후 영향

지구온난화 감소

해양구름의 밝은 지구 기후 영향에 대한 모델링 증거는 여전히 제한적이다.^[1] 현재 모델 연구는 해양 구름의 밝기가 행성을 실질적으로 냉각시킬 수 있다는 것을 보여준다. 한 연구에서는 전 세계적으로 평균 음의 강제력을 3.7 W/m으로² 산출할 수 있다고 추정했다. 이것은 비록 모델이 더 적은 용량을 나타냈지만,^[4] 산업화 이전 대기 이산화탄소 농도의 두 배, 즉 섭씨 3도의 추정치에 의해 야기된 온난화에 대항할 것이다.^[12] 2020년 한 연구에 따르면 남동 대서양 유역에서의 배송으로 인한 구름 반사율이 상당히 증가했으며, 이는 층류 중심 지역에서 MCB에 대한 지역적 규모의 테스트가 성공할 수 있음을 시사했다.^[13]

해양 구름이 밝게 비추는 기후 영향은 빠르게 반응하고 되돌릴 수 있을 것이다. 만약 밝기 활동이 강도로 변화하거나 완전히 멈춘다면 구름의 밝기는 구름 응축 핵 입자들이 자연적으로 침전되기 때문에 며칠에서 몇 주 사이에 반응할 것이다.^[1]

성층권 에어로졸 주입과는 달리 해양 구름 브라이트닝은 제한적이긴 하지만 지역적으로 사용될 수 있을 것이다.^[14] 해양성층운은 특히 동태평양과 남대서양 동쪽에 있는 특정 지역에서 흔하다. 시뮬레이션 연구 중 대표적인 발견은 태평양의 지속적인 냉각으로 '라니냐' 현상과 유사하며, 알베도 변화의 국부적 특성에도 불구하고 극해빙이 증가했다는 것이다.^{[12][15][16][17][18]} 최근의 연구는 서로 다른 모델에서 도출된 시뮬레이션 결과를 비교 가능하게 만드는 것을 목표로 한다.^[19][20]

부작용

모델링에서 성층권 에어로졸 주입에 비해 변화가 적고, 완화되지 않은 인공 지구 온난화에 비해 상당히 작은 것으로 나타나지만,^[16][21][22] 강수 패턴과 진폭에 약간의 변화가 있을 가능성이 있다.^[1]

리서치

해양 구름 브라이트닝은 원래 1990년 존 라담에 의해 제안되었다.^[23]

클라우드는 기후변화의 불확실성의 주요 원천으로 남아 있기 때문에, 일반적인 기후변화 맥락에서 클라우드 반사성에 대한 일부 연구 프로젝트들은 구체적으로 밝아지는 해양 클라우드에 대한 통찰력을 제공했다. 예를 들어, 한 프로젝트는 태평양의 배 뒤에서 연기를 방출하고 미립자가 구름에 미치는 영향을 관찰했다.^[24] 비록 이것이 구름과 기후 변화를 더 잘 이해하기 위해 이루어졌지만, 이 연구는 해양 구름들이 밝게 빛나는 것에 시사하는 바가 있다.

연구 활동을 조정하기 위해 '마린클라우드 브라이트닝 프로젝트'라는 연구연대가 결성되었다. 제안된 프로그램으로는 클라우드 애어로졸 효과와 해양 클라우드 브라이트닝을 연구하기 위한 모델링, 현장 실험, 기술 개발 및 정책 연구 등이 있다. 제안된 프로그램은 현재 대기 중 공정 수준(환경적으로 양호한) 실험 프로그램의 모델 역할을 하고 있다.^[25] 켈리 완서(Kelly Wanser)가 켄 칼데이라(Ken Caldeira)의 지원을 받아 2009년 결성된 이 프로젝트는 현재 워싱턴 대학에 소장되어 있다.^[26] 공동대표는 로버트 우드, 토마스 애커먼, 필립 래쉬, 숀 가너(PARC), 켈리 완서(실버 라이닝) 등이다. 이 프로젝트는 사라 도허티가 관리한다.

해운업계가 선박 배출로 인해 해양구름빛을 밝게 하는 의도치 않은 실험을 해왔고, 그렇지 않을 경우보다 무려 0.25℃나 낮은 지구온도 저하를 초래했을 것이다.^[27] 2020년 한 연구에 따르면 남동 대서양 유역에서의 배송으로 인한 구름 반사율이 상당히 증가했으며, 이는 층류 중심 지역에서 MCB에 대한 지역적 규모의 테스트가 성공할 수 있음을 시사했다.^[28]

그레이트 배리어 리프와 같은 산호초를 그늘지게 하고 식혀주는 방법으로 해양구름 브라이트닝이 검토되고 있다. ^[29]

제안 방법

해양구름을 밝게 하는 대표적인 방법은 바닷물에서 미세한 소금 미스트를 생성하고, 바다를 가로지르는 배에서 해양성층구름의 목표 둑으로 전달하는 것이다. 이를 위해서는 최적의 크기(~100nm)의 바다소금 입자를 생성해 저층 해상구름을 침투할 수 있는 충분한 힘과 규모로 전달할 수 있는 기술이 필요하다. 그 결과 발생하는 스프레이 미스트는 바다 위의 목표 구름으로 연속적으로 전달되어야 한다.

가장 먼저 발표된 연구들에서 존 라담과 스티븐 살터는 약 1500척의 무인 로터 선박, 즉 플레트너 선박으로 구성된 함대를 제안했는데, 이 함대는 바닷물로부터 생성된 미스트를 공중에 뿌릴 것이다.^[4][30] 이 선박들은 지구 해양 표면의 많은 부분에 초당 약 50 입방미터의 속도로 바닷물 방울을 분사할 것이다. 로터와 배를 위한 동력은 수중 터빈에서 발생할 수 있다. Salter와 동료들은 동력을 위해 제어된 피치를 가진 활성 수력 포일을 사용할 것을 제안했다.[1]

후속 연구자들은 운송 효율이 규모에 따라서만 사용하기에 적합하며, 연구 요건에 대해서는 표준 선박을 운송에 사용할 수 있다고 판단했다.(일부 연구자들은 항공기를 옵션으로 고려했지만 비용이 너무 많이 들 것이라고 결론지었다. 드롭릿 생성과 전달 기술은 진보를 위해 매우 중요하며, 기술 연구는 이 난제를 해결하는 데 집중되어 왔다.

그 밖에 다음과 같은 방법을 제안하고 할인하였다.

• 바다거품을 통해 공기 중으로 작은 바닷물방울을 사용한다. 거품 속의 거품이 터지면, 그들은 작은 바닷물 방울을 훔친다.^[31]
• 압전 변환기 사용. 이것은 자유 표면에서 패러데이 파동을 일으킬 것이다. 만약 파도가 충분히 가파르다면, 볏에서 바닷물 방울이 던져지고 그 결과로 생긴 소금 입자가 구름 속으로 들어갈 수 있다. 그러나 상당한 양의 에너지가 필요하다.^[32]
• 바닷물 방울의 정전기적 원자화. 이 기법은 변화하는 기상 조건에 적응하기 위해 이동하는 이동식 스프레이 플랫폼을 활용할 것이다. 이것들도 무인선박에 있을 수 있다.
• 엔진 또는 매연 배출물을 CCN의 소스로 사용.^[1] 파라핀 석유 입자 역시 생존 가능성은 낮아졌지만 제안되었다.^[24]

비용.

해양구름의 밝기 비용은 대부분 알려지지 않고 있다. 한 학술지는 연간 약 5천만에서 1억 파운드(약 75억에서 1억 5천만 달러)의 비용을 암시했다.^[4] 미국 국립 아카데미 보고서는 대규모 배치 프로그램(방사능 강제력 5W/m² 감소)에 대해 연간 약 50억 달러를 제안했다.^[1]

거버넌스

해양 구름의 밝기는 주로 국제법에 의해 지배될 것이다. 왜냐하면 그것은 다른 나라들과 바다의 환경에 영향을 미치기 때문이다. 대부분 일사량 관리를 총괄하는 국제법이 적용된다. 예를 들어, 관습적인 국제법에 따르면, 한 국가가 다른 나라나 해양의 환경에 심각한 위해를 가할 수 있는 해양 구름 밝기 활동을 수행하거나 승인한다면, 해당 국가는 실사 기준에 따라 이러한 위험을 최소화해야 할 의무가 있다. 이 경우, 국가는 활동에 대한 인가를 요구하고(사적 행위자에 의해 수행되는 경우), 사전 환경영향평가를 실시하고, 잠재적 피해국에 통보 및 협조하며, 국민에게 알리고, 가능한 비상사태에 대한 계획을 개발할 필요가 있을 것이다.

해양 클라우드 브라이트닝 활동은 국제 해양법, 특히 유엔 해양법 협약(UNCLOS)에 의해 관리될 것이다. UNCLOS의 당사자들은 어떤 원천으로부터도 해양 환경의 오염을 방지, 감소, 통제하는 것을 포함하여 "해양 환경을 보호하고 보존할 의무가 있다.^[33] "해양 환경"은 정의되지 않지만, 바다의 물, 생명체, 그리고 위의 공기를 포함하는 것으로 널리 해석된다.^[34] "해양 환경의 오염"은 지구 온난화와 온실 가스를 포함하는 방식으로 정의된다.^[35][36] 따라서 UNCLOS는 해양 구름이 효과적이고 환경적으로 양호한 것으로 판명될 경우 관련 당사자들에게 해양 구름 밝기와 같은 방법을 사용하도록 의무화하는 것으로 해석될 수 있다. 해양구름 자체가 밝게 빛나는 것이 해양환경의 오염이 될 수 있을지는 불확실하다. 동시에, 오염과 싸우는 데 있어서, 당사자들은 "직접적이든 간접적이든, 손상이나 위해를 한 지역에서 다른 지역으로 이전하거나 한 종류의 오염을 다른 지역으로 전환해서는 안 된다."^[37] 만약 해양 구름의 밝기가 손상이나 위해를 유발하는 것으로 밝혀지면, UNCLOS는 그것을 금지할 수 있다. 해양 클라우드 브라이트닝 활동이 "해양 과학 연구" 또는 정의되지 않은 용어인 경우 UNCLOS 당사자는 일부 자격에 따라 연구를 수행할 권리가 있다.^[38] 다른 모든 배와 마찬가지로 해상구름을 밝게 할 선박도 무인이나 자동화된 선박이라 하더라도 허가해 준 나라와 선박에 진짜 연결고리가 있는 나라의 국기를 달아야 한다.^[39] 국기를 게양한 국가는 그 배들에 대한 관할권을 행사해야 한다.^[40] 법적 함의는 무엇보다도 그 활동이 영해, 배타적 경제수역(EEZ) 또는 공해에서 일어날 것인지, 그리고 그 활동이 과학적 연구인지 여부에 달려 있다. 연안국들은 영해에서 어떠한 해양 구름 밝기 활동도 승인해야 할 것이다. EEZ에서 선박은 연안 주의 법과 규정을 준수해야 한다.^[41] 다른 주의 EEZ에서 해양 구름 밝기 활동을 수행하는 주에서는 해양 과학 연구가 아닌 한 후자의 허가가 필요하지 않을 것으로 보인다. 그럴 경우 연안국가가 정상적인 상황에서 허가를 내줘야 한다.^[42] 다른 주의 이익을 위해 "유효한 고려"를 한다면, 국가는 일반적으로 공해상에서 해양 구름 밝기 활동을 자유롭게 수행할 수 있다. 무인선박이나 자동화된 선박에 관한 법률상의 미비점이 있다.^[43]

장단점

해양구름 브라이트닝은 일반적으로 일사량 관리의 장단점이 대부분인 것으로 보인다. 예를 들어, 그것은 현재 직접적인 기후 영향에서 고통 받는 기후 변화 피해와 온실 가스 배출 감소, 빠른 행동, 그리고 되돌릴 수 있는 것에 비해 비용이 적게 드는 것으로 보인다. 제안된 다른 일사량 관리 기법에 비해 일부 장단점은 그것에 특정된다.

성층권 에어로졸 주입과 같은 다른 제안된 일사량 관리 방법과 비교하여, 해양 구름의 밝기는 그 효과에서 부분적으로 국부화될 수 있을 것이다.^[14] 예를 들어, 이것은 서남극 빙상을 안정시키는데 사용될 수 있다. 게다가, 현재 구상되고 있는 것처럼, 해양 구름은 인간이 만든 물질을 환경에 도입하는 대신, 물과 바람의 천연 물질만을 사용할 것이다.

참고 항목

• 기후공학
• 일사량 관리
• 성층권 황산염 에어로졸(지오엔지니어링)
• 서러스 구름 얇아짐

참조