公海基于自然的气候解决方案

开放海洋中的自然气候解决方案： 科学知识和机遇围绕四个潜在的二氧化碳去除或避免排放的途径 自然气候解决方案环境保护基金 1开放海洋蓝色碳 UNSPLASH|CRISTIANPALMER 开放海洋中的自然气候解决方案： 科学知识和机遇围绕四个潜在的二氧化碳去除或避免排放的途径 作者JamesCollins 罗伯特·博伊尼什·罗德·藤田·道格拉斯·雷德·丽莎·摩尔 环境保护基金 Acknowledgments 作者感谢为这项工作奠定基础的贡献，包括劳拉·查韦斯·安德森和奥凯·曼森的工作。我们也赞赏与克里斯汀·克莱斯纳，卡姆林·布劳恩，莎拉·库利，多利亚·戈登以及参加EDF/贝索斯地球基金关于公海自然气候解决方案共识研讨会的许多科学家和专家的讨论。 如何引用本报告 Collins,J.R.,Boenish,R.E.,Fujita,R.M.,Rader,D.N.,Moore,L.A.2022。公海中的自然气候解决方案:围绕二氧化碳去除或避免排放的四种潜在途径的科学知识和机遇。环境保护基金,纽约。 2022年10月28日 目录 执行摘要5 导言9 自然气候解决方案和二氧化碳的全球途径移除(CDR)9 来自表层海洋的碳循环和出口：溶解度和生物泵14 通过生物泵出口碳的中介：浮游植物，浮游动物、鱼类和鲸鱼16 评估公海中的四种自然气候解决方案基于当前的科学23 通过以下方式增强碳封存的潜力上中上层鱼类种群的重建23 通过限制或禁止新的排放来避免排放的潜力中生鱼类的收获24 通过重建新的碳封存潜力 大型海洋哺乳动物群落，包括鲸鱼25 结论30 关于本报告 这是环境保护基金会（EDF）海洋科学团队为期两年的 EDF自然气候解决方案（NCS）项目的一部分。在贝索斯地球基金的财政支持下，EDF寻求围绕科学准备、市场适用性、社会经济层面以及在地球系统的四个主要部分——热带森林、温带森林、工作(农业)土地和海洋——大规模吸收NCS的途径达成共识。EDF工作的最终目标是确定可扩展的干预措施，这些干预措施可以保留或放大NCS途径 ，并准备实施-i。Procedres.，可能通过NCS途径导致持久碳封存的干预措施，可能会产生共同效益，并且对不利的社会，经济或生态不利影响的风险较低。我们还确定需要进一步的科学和政策研究才能产生符合这些标准的NCS 。 特别是在海洋系统中，EDF正在研究三套潜在的NCS干预措施： •公海的干预措施，包括通过重建大型海洋哺乳动物和上中上层鱼类的生物量来固碳，以及通过限制或限制中上层海洋和/或底栖拖网捕捞新捕鱼来避免排放的潜力， •各种干预措施，以保护，恢复和提高大型藻类（海藻）系统（天然床和农场）的生产力，以避免温室气体排放和封存更多的碳（C）和 •保护，恢复和管理植被的沿海蓝碳生态系统，如红树林，沼泽和海草，以避免温室气体排放和增加碳固存 。 本报告试图描述围绕第一组途径——基于公海生态系统 的途径——的科学状况，包括关键的不确定性。EDF已编写了有关周围沿海和大型藻类途径的科学状况的伴随报告 。这些海洋系统报告共同为一系列复杂系统制图讲习班提供了投入，在这些讲习班中，EDF聘请了60多名外部专家来批判性地评估我们的初步发现；确定与各种途径相关的共同利益，风险，权衡和公平问题；并确定任何有希望的碳封存或避免的排放的其他途径。因此，本报告只是讨论和探索围绕公海蓝碳途径的科学和社会经济层面的起点，并不一定反映EDF公海蓝碳研讨会参与者的共识。EDF正在单独调查与森林和农业系统相关的途径的市场准备情况。 自然气候解决方案（NCS）旨在通过保护，管理，恢复或增强生态系统来避免温室气体（GHG）排放或从地球大气中隔离碳。 现在是基于NCS的碳信用的正式标准，在几乎每个主要的陆地或沿海生物群落中，除了世界的沙漠，公海在支持高质量的、基于NCS的碳信用和市场准备方面继续落后于其他生物群落 更普遍的是二氧化碳去除(CDR)或负排放技术的可靠途径 。 在这份报告中，我们回顾了海洋在吸收和封存碳方面的作用。 大气，并检查围绕四个拟议的海洋NCS途径的科学状态 ，这些途径旨在增强或保护构成海洋生物泵的一个或多个生物地球化学过程：1碳封存通过 重建大型海洋动物生物量，特别是须鲸；增强碳固存通过重建远洋鱼类种群；通过限制/禁止针对中生鱼类，避免排放和保护现有的天然碳固存途径，中生鱼类越来越被认为在海洋中的碳固存中起着重要的关键作用；通过限制/禁止 人为活动，如深海采矿和 底栖拖网捕捞干扰目前储存在海底沉积物中的有机碳。2未包含在有关开放海洋蓝碳的科学的初步报告中，来自EDF于2021年底召开了一次科学和政策专家研讨会。该研讨会关于市场准备情况，科学不确定性和围绕此处描述的每种途径的潜在政策干预措施的共识结果将于2022年或2023年初在单独的地点发布。 EDF认为，鲸鱼种群的急剧增加，鱼类生物量和平均大小的大幅增加以及海洋沉积物中储存的碳的人为再矿化减少都不会有助于至少部分地加强许多有助于封存碳的生物地球化学过程。海洋。似乎也很清楚，旨在实现这些结果的干预措施也是如此。 因为那些旨在保护中生种群和生态系统的措施将产生许多共同利益，这将进一步证明采取这种行动是合理的 。 However,wefoundthereissignificantscientificuncertaintyaroundthemagnitudeofcarbonthatcouldbesquestered,ornewemissionsavoided,viathesefourwaysaregreaterthanothersandsomeapproaches—suchtheprotectionofas-尚未开发的中生生态系统-将 执行摘要 UNSPLASH|MarekOKON 1海洋的“生物泵”是海洋固碳的两个主要系统之一。在其最简单的形式中,该泵是由三部分组成的系统:首先,一种或多种限制性营养物被输送到表面海洋。这些营养素为浮游植物的新初级生产提供了燃料，从而减少了大气中的二氧化碳。然后，这种新的浮游植物生物质中掺入的一部分碳被“出口”到更深的海洋水域，在那里它可以被隔离。 这种出口通过各种过程发生，包括含有死生物质的颗粒的重力下沉和碳的“主动运输”到深度 由营养级较高的生物，包括浮游动物和中生鱼类。 2在另一份报告中回顾了围绕第五种基于海洋的NCS途径，即大型藻类 （海藻）的开放海洋养殖的科学状况。 保护生物地球化学途径，这些途径每十年都会封存大量的碳，如果有的话，也很少有明显的缺点。因此，这种不确定性和权衡的范围为我们提供了一个机会，可以在短期内优先考虑一些清晰，双赢的解决方案，同时进行有针对性的研究以减少围绕其他解决方案的关键不确定性。 由于海洋生物地球化学过程的巨大尺度和时空异质性，研究成本高，大多数遥感技术无法“看到”海洋表面的前几厘米和 与生物和化学过程的研究相关的许多后勤和物理障碍，通常在极端的温度和压力下发生流体介质。至关重要的是，我们发现在海洋NCS文献中很少或没有直接考虑气候变化将如何通过这些途径影响碳封存的效率或时间尺度；这部分是由于某些海洋环流模型未能捕获与气候变化有关的变化对各种海洋过程的影响（Siegel，DeVries等。2021) 。虽然有大量证据表明生物的许多成分。 泵已经并可能继续受到与气候有关的变化的影响，例如增加 海洋分层(Li等人，2020年；Fu，Randerson和Moore2016年)，海洋酸化(Bopp等人，2013年)，海洋内部的脱氧(基林， Körtzinger和Gruber2010)和浮游植物种群相对丰度和地理的巨大变化(Henson等人，2021年；Benedetti等人，2021年)，声称通过海洋中的NCS途径实现十年至百年尺度的碳固存 在以更全面的方式解决永久性，泄漏和额外性问题之前 ，应该持怀疑态度。 就大型海洋哺乳动物而言，我们发现有许多原因可以重建与碳固存没有直接关系的大型须鲸种群。此外，有一些证据表明，鲸鱼可以在其生命周期的各个阶段直接（通过鲸鱼尸体的自然下沉）或间接（通过浮鲸粪便对表层海洋初级生产的施肥）介导碳流向深海。 此外，鲸鱼种群的增加可以在活生物量中隔离额外的碳。然而，我们发现围绕这一提议途径的许多方面仍然存在巨大的不确定性:例如，我们不确定是否 当考虑到它们生活史的所有方面时，鲸鱼作为大气中的碳的净来源或汇，更不用说单条额外鲸鱼的恢复可能会固存多少碳，或者我们如何追踪和归因于这种固存。 可以估计通过分别掺入活生物量和鲸鱼瀑布而直接碳储存和封存的潜在规模 由于鲸鱼迁徙路线的一致性，因此具有合理的精度，鲸鱼种群和生物体大尺寸的相对稳健的数据（例如，Pershing等人，2010年）。站立生物量， 特别是对于大型须鲸来说，即使气候效应改变了承载能力的边际，也有相当大的增长空间。由于鲸鱼对磷虾的需求先前被低估的程度，以及鲸鱼之间紧密的、铁介导的食物网耦合， 南大洋的磷虾和硅藻(Savoca等人，2021)，增加磷虾的积极干预措施 除了其他拟议的干预措施外，可能还需要丰富的资源来支持鲸鱼种群的重建，例如减少船只罢工（Smetacek2021 ）。 但是，对可归因于鲸鱼粪便施肥的表层海洋碳出口比例的估计限制不大。关键的生物地球化学不确定性继续围绕着碳出口效率和鲸鱼排泄的铁的生物利用度问题，部分原因可能是海洋哺乳动物专家，海洋学家，生态学家和生物地球化学家之间的沟通不足。例如，在鲸鱼粪便中铁的生物利用度的科学文献中，很少有直接测量（Ratarajah等人 。2017)。以前的研究。 通常认为这种铁的很大一部分可用于浮游植物(例如，拉弗里 etal.,2010;2014),即使对浮游植物的铁生物利用度是多个生物地球化学参数之间相互作用的高度可变的产物(Hassleretal.,2012)。Savocaetal.(2021)使用新颖而严格的方法来有说服力地证明,基于模型和观测方法的组合然而，由于缺乏铁生物利用度的可用数据，作者依靠 Ratnarajah等人（2016）的假设值来估计鲸鱼粪便受精刺激的初级生产速率。 此外，科学家还没有证明刺激表面之间的可靠联系 生产率和碳出口(Boyd等人。，2007；Besseler等人。,2008)。已证明向地表水中添加铁可刺激自然系统中的浮游植物生长（Dprat，Bigg和Wilto2016；Blai等人。，2007)以及在实验室和大规模现场实验中(Besseler等人。 ，2004；沃森等人。，2008)；然而，根据情况，许多新固定的碳可以迅速呼吸回二氧化碳(Charette和Besseler2000；Besseler等人。,2008)。因此，即使是非常大的浮游植物开花，通过鲸鱼粪便受精。 或其他一些手段，将不一定从大气中隔离碳。 虽然我们审查的公海NCS途径没有一个科学上足够成熟 ，足以支持高质量的碳信用计划，但多个证据表明，相对较大的来源 排放量（约2.25PgC年-1，与当前人为排放的规模相称 ；Boyd等，2019)可以通过限制或禁止中生鱼类群落的收获来避免。虽然这些鱼类的生物量和它们在diel垂直迁移过程中移动的碳的绝对量都仍然不确定，即使与这些生物相关的碳通量的最低估计 -大约1Pgyr-1-表明它们介导了海洋中碳的大量转移，因此，通过商业捕鱼进行的大规模生物质去除几乎肯定会破坏地球上最大的动物地理化学转移之一。因此，我们发现限制了这些 物种是一种保守的政策干预措施，今天可以采取这种干预措施，以防止海洋隔离大气碳的能力进一步恶化。 为了避免温室气体排放，为科学家争取更多的时间来开发和部署必要的模型和观测技术。 远洋渔业提出了另一个现成的政策干预目标，而不是基于新的封存潜力-围绕碳的科学 这些鱼类的出口仍然太不确定了——而是专注于减少当前的排放。与针对大型远洋物种相关的近82%的排放直接来自燃料使用， 如果没有目前的燃料补贴，全球海上渔获量只有57%是