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전 세계 해저 통신 네트워크가 퇴적 유기 탄소 저장량에 미치는 영향 평가

Jun 05, 2023

Nature Communications 14권, 기사 번호: 2080(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

해저 퇴적물에서 유기 탄소를 격리하는 것은 지구 기후를 조절하는 데 핵심적인 역할을 합니다. 그러나 인간 활동은 이전에 격리되었던 탄소 저장량을 교란시켜 잠재적으로 해양의 CO2 저장 용량을 감소시킬 수 있습니다. 최근 연구에 따르면 어업과 운송으로 인해 심대한 해저 영향과 퇴적물 탄소 손실이 밝혀졌지만 바다에서의 다른 인간 활동 대부분은 간과되었습니다. 여기에서는 전 세계적으로 광범위한 해저 통신 케이블 네트워크와 관련된 유기 탄소 교란에 대한 평가를 제시합니다. 최대 2000m 깊이의 케이블 매립으로 인해 전 세계적으로 최대 2.82~11.26Mt의 유기탄소가 교란되었습니다. 바텀 어업으로 인해 방해를 받는 것보다 규모가 훨씬 작지만 글로벌 예산에 포함되지 않는 금액은 사소하지 않습니다. 해저를 교란시키는 향후 해양 개발에서는 블루 경제 산업 전체에 걸쳐 탄소 저장량 보호를 고려해야 합니다.

해양 퇴적물은 지구상에서 가장 큰 유기 탄소 저장소이며 이러한 격리는 지구 기후를 조절하는 데 핵심적인 역할을 합니다1,2,3,4. 그러나 이전에 매장된 유기 탄소 저장고가 교란되고 발굴되면 이는 탄소를 CO2로 재광화시켜(잠재적으로 해양 산성화를 증가시킬 수 있음) 해양의 추가 CO2 저장 용량을 제한하고 잠재적으로 건물에 추가로 추가될 수 있습니다. 대기 CO23,4,5,6까지. 퇴적 탄소 저장량은 홍수, 얕은 해저 퇴적물을 다시 부유시키는 폭풍, 대규모 지진으로 인한 해저 산사태 등의 자연 현상에 의해 간헐적으로 교란될 수 있습니다7,8,9,10,11. 이러한 자연 현상 외에도 해저에 영향을 미치는 인간 활동(예: 어업, 광업, 석유 및 가스 탐사, 골재 추출, 정박)이 이전에 매장된 유기 탄소를 강도와 함께 방출하는 데 중요한 역할을 하는 것으로 점차 인식되고 있습니다. 해양 자원의 사용 증가와 청색 성장2,3,4,12,13,14,15,16으로 인해 공간적 범위가 증가합니다. 매년 전 세계 해저의 1.3%(~5 × 106km2)가 저인망으로 어획되는 것으로 추정되며, 잠재적으로 육지의 농업 경작과 비슷한 양의 퇴적 유기탄소를 방출합니다17. 다른 인간 활동이 이전에 매장된 탄소를 어느 정도 방출하는지는 불분명합니다. 이는 주로 해당 교란을 정량화할 수 있는 업계 데이터 세트에 대한 접근이 부족하기 때문입니다. 이러한 제한은 전 세계적으로 탄소 매장 효율성에 대한 인간 활동의 전체 범위에 대한 영향을 평가하는 것을 방해합니다. 여기서 우리는 지구상에서 가장 광범위한 인프라 시스템 중 하나인 전 세계 해양을 가로질러 180만km 이상에 걸쳐 있는 해저 통신 케이블 네트워크의 잠재적 영향을 평가합니다(그림 1).

A 케이블 경로는 수심(m)에 따라 색상으로 구분됩니다(흰색에서 진한 파란색). GEBCO_2022 그리드, GEBCO 편집 그룹(2022) GEBCO 2022 그리드에서 파생된 수심 측정법. B 최대 2000m 수심의 케이블 경로 범위는 Atwood et al.2의 해저 아래 첫 번째 미터에 있는 퇴적 탄소 저장량의 전 세계 분포 지도 위에 검은 선으로 표시되어 있습니다. 삽입된 원형 차트는 글로벌 지형 매핑을 기반으로 다양한 지형학적 영역을 교차하는 모든 케이블 경로의 상대적 길이를 보여줍니다63. Natural Earth 무료 벡터 데이터에서 가져온 국가 개요입니다.

모든 국제 디지털 데이터 트래픽의 99% 이상이 400개가 넘는 상호 연결된 해저 케이블 시스템(그림 1A)을 통해 라우팅됩니다. 이 시스템은 인터넷을 뒷받침하고 원격 작업, 하루에 수조 달러에 달하는 금융 거래를 가능하게 하며 원격 섬 국가를 연결하여 유지 관리합니다. 그들의 경제 발전18,19. 해저에 직접 놓이거나 매설되고 일반적으로 정원 호스 파이프와 동일한 직경을 갖는 이러한 케이블(그러나 보호를 위한 일체형 강철 와이어 외장을 수용하기 위해 얕은 물에서는 직경이 4~5cm까지 증가할 수 있음)은 손상되기 쉽습니다. 연결을 중단하거나 대역폭을 크게 줄일 수 있는 외부 위협으로 인해 비용이 많이 들고 물류적으로 어려운 수리가 필요합니다. 글로벌 산업 데이터베이스 분석에 따르면 매년 약 150~200건의 케이블 결함이 발생하며, 대부분(60~70%)은 수심 200m 미만에서의 인간 활동으로 인해 발생합니다18. 주요 원인은 어업(단층의 41%)과 선박의 우발적인 닻 낙하(16%)입니다. 바닥 트롤 어업은 대부분의 대륙붕에서 발생하고 해저의 넓은 영역을 덮기 때문에 해저 케이블과 상호 작용하는 가장 일반적인 유형의 어업입니다13,18,19,20. 인간 활동에 잠재적으로 피해를 줄 수 있는 지역에서는 침입형 트렌칭, 쟁기질 또는 분사 기술을 사용하여 보호하기 위해 케이블을 매립합니다21(그림 2). 바닥 트롤 어업으로 인한 케이블 결함은 일반적으로 부드러운 퇴적물 속으로 수십 센티미터를 관통할 수 있는 무거운(0.1~8톤) 수달판이 끌리는 것과 어류 및 조개류를 포획하기 위해 해저를 뒤흔들도록 설계된 추가 걸리는 것과 관련이 있습니다18,22. 주로 남획으로 인해 발생하는 어족 자원의 고갈로 인해 여러 지역에서 더 깊은 바다로의 해저 어업이 활발해졌습니다15,23. 이는 대륙 경사면의 일부(최대 수심 1500m)에서 케이블 매설이 점점 더 필요하다는 것을 의미합니다. 대륙붕 외에도. 일부 지역(예: 북동 대서양 및 동부 태평양)에서는 어업 활동이 더 깊은 수심으로 확장됨에 따라 최대 2000m 수심의 케이블이 매설될 수 있습니다24. 어업 및 기타 교란 활동이 거의 발생하지 않는 심해에서는(즉, 공해에서 연간 4개 미만의 케이블 결함이 발생함19) 통신 케이블이 보호되지 않고 해저에 직접 놓여져 퇴적물에 아주 사소한 교란만 일으킵니다25,26,27 .

11,000 sampling points)2,29. We show how up to 2.82–11.26 Mt of organic carbon worldwide has been disturbed by cable burial, and place this figure in a wider context through comparison with natural processes and other human activities./p>15 years21. A particularly important control is likely to be the cable burial tool that is used, and the nature of the initial disturbance. In the case of ploughing and trenching, sediment typically settles quickly (particularly granular sediment, such as sand) and deposits close to the initial excavation site; in many cases immediately (fully or partially) backfilling the trench21. In such cases, the likelihood of remineralization will be reduced; however, in the case of jetting (which fluidizes the sediment), suspended plumes of fine (clay and silt-size) sediment may be more widely dispersed by ocean currents, taking days to settle and hence increasing the chances of remineralization21,36. Second, organic carbon mineralization rates will depend on external factors. For example, not all organic carbon stored in sediments is labile, and may not be remineralized after disturbance37. Previous studies have attempted to calculate a mean global oxidation rate; however, there is significant variability, due in a large part to controls exerted by ocean depth, deposition rate and primary productivity, resulting in large uncertainties38. The degradability of organic carbon, and hence remineralization rates, strongly depend on the physiographic environment and the associated chemical, biological and physical processes38,39,40. For example, regional differences in water column and sediment oxygen concentrations, and hence markedly different carbon remineralization rates, may occur in different areas, such as coastal hypoxic zones that will feature very low remineralization rates41. The rate of reactivity can vary over at least four orders of magnitude in marine sediments worldwide42. Third, areas where cables are buried may already have been extensively trawled; hence, seabed carbon stocks may already have been perturbed. Finally, cable burial differs from bottom fishing as it is intended to be a one-off activity, in contrast to fishing that leads to repeated exhumation3,15. However, in the absence of field studies related to cable burial we consider the ranges of carbon loss determined from fishing studies to be a reasonable analogue for a first-order global calculation, where most carbon loss is observed following the first fishing trawl3,15,31./p>100 km3 Grand Banks landslide, which was triggered by a Mw 7.2 earthquake offshore Newfoundland in 192945. These natural disturbance events are increasingly recognized as playing an important role in the fate of sedimentary organic carbon, as they may funnel carbon to become efficiently buried in deep sea fans or hadal trenches, but may also exhume previously-buried carbon that can become remineralized11,46. A fundamental difference, however, is that such events are part of a natural spectrum that cannot be controlled, while human activities can be modified to minimize the potential for carbon disturbance./p>60 Mt (conservatively assuming only the top 1 cm is disturbed and 30% is lost17), which is at least two orders of magnitude greater than the cumulative total organic carbon lost due to cable burial since modern fiber-optic cables have been laid (Fig. 5). While the quantities of organic carbon lost due to cable burial are orders of magnitude smaller than associated with other human activities such as deep-sea trawling and dredging, they are non-trivial amounts that are not currently included in any global calculations and they add to the complex manner in which humans have and continue to alter natural sedimentary systems47. In light of ongoing efforts to more effectively manage marine carbon budgets, it is critical to limit disturbance of any sedimentary carbon stocks where possible. We therefore now discuss approaches that may limit such disturbance./p>2000 m. We then differentiated by cable lengths that lie on the continental shelf, the continental shelf between to water depth of 1500 m, and between 1500 m and 2000 m (based on the World Seafloor Geomorphology map of GRID Arendal63. We make this differentiation because cables are typically buried to water depths of up to 1500 m, but in some regions (particularly the NE Atlantic) burial is sometimes required to 2000 m water depth. In so doing, we aim to provide a conservative upper bound (i.e. including water depths of up to 2000 m). We then relate these cable lengths to the dimensions of the trenches excavated for cable burial, which provide upper and lower bounds for the potentially disturbed volume of sediment. Disturbed seabed area is derived by multiplying cable length by trench width (0.5–1.0 m), and then related to disturbed sediment volume by multiplying that value by trench depth (0.5–2.0 m). Finally, we relate the disturbed sediment volumes to the global modeled sedimentary carbon stocks of Atwood et al.2. We do this in two ways. First we simply base this on global average values of carbon/km2 within the top 1 m below seafloor that Atwood et al. provide for the continental shelf and continental slope. Second, we use the mapped values of carbon/km2 from the global model of Atwood (i.e. Fig. 2B), extracting the values along each cable route to enable a more geographically-resolved calculation. Where we assume a burial depth scenario of 0.5 m, we half this value, and for a burial depth of 2 m, we double the value./p>

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