地球規模の海底通信ネットワークが堆積性有機炭素貯蔵量に及ぼす影響の評価

Jul 15, 2023

Nature Communications volume 14、記事番号: 2080 (2023) この記事を引用

2235 アクセス

41 オルトメトリック

メトリクスの詳細

海底堆積物中の有機炭素の隔離は、地球の気候を制御する上で重要な役割を果たしています。 しかし、人間の活動により、これまで隔離されていた炭素貯蔵量が乱され、海洋の CO2 貯留能力が低下する可能性があります。 最近の研究では、漁業や海運による深刻な海底への影響と堆積炭素の損失が明らかになりましたが、海洋におけるその他の人間活動のほとんどは見過ごされてきました。 ここでは、世界的に広がる海底電気通信ケーブルネットワークに関連する有機炭素障害の評価を紹介します。 最大 2000 m の水深でのケーブル埋設の結果、世界中で最大 282 ～ 1126 万トンの有機炭素が破壊されています。 底漁によって妨害される量よりは桁違いに少ないものの、世界の予算からは無視できる量ではありません。 海底を乱す将来の海洋開発では、ブルーエコノミー産業の全範囲にわたって炭素貯蔵量の保護を考慮する必要がある。

海洋堆積物は地球上で有機炭素の最大の貯蔵庫であり、この隔離は地球の気候を制御する上で重要な役割を果たしています1、2、3、4。 しかし、以前に埋もれていた有機炭素貯蔵量が乱されて掘り出されると、炭素のCO2への再石灰化が起こり（これにより海洋の酸性化が進む可能性がある）、追加のCO2を貯蔵する海洋の容量が制限され、CO2の生成量が増加する可能性がある。大気中のCO23,4,5,6の増加。 堆積炭素貯蔵量は、浅い海底の堆積物を再浮遊させる洪水や嵐、地震によって引き起こされる大規模な海底地滑りなどの自然現象によって、一時的に乱される可能性があります7、8、9、10、11。 これらの自然現象に加えて、海底に影響を与える人間の活動（漁業、鉱業、石油・ガス探査、骨材採取、停泊など）が、以前に埋められた有機炭素の放出に重要な役割を果たしていることがますます認識されてきています。そして海洋資源の利用増加とBlue Growthによる空間的広がり2,3,4,12,13,14,15,16。 世界の海底の 1.3% (約 5 × 106 km2) が毎年トロール漁されていると推定されており、陸上の農業耕作物と同量の堆積性有機炭素が放出される可能性があります 17。 他の人間活動が以前に埋もれていた炭素をどの程度放出するかは依然として不明である。 その主な原因は、その混乱を定量化できる業界のデータセットにアクセスできないことです。 この制限により、人間の活動の全範囲が世界中の炭素埋設効率に及ぼす影響を評価することができなくなります。 ここでは、地球上で最も大規模なインフラストラクチャ システムの 1 つである、地球全体の海を 180 万 km 以上に渡る海底通信ケーブル ネットワークの潜在的な影響を評価します (図 1)。

A ケーブルルートは水深（m）に応じて色分け（白から紺）されています。 深浅地形は、GEBCO_2022 グリッド、GEBCO Compilation Group (2022) GEBCO 2022 グリッドから派生しました。 B 水深 2000 m までのケーブルルートの範囲を黒い線で示し、Atwood et al.2 の海底から 1 メートル下の堆積炭素蓄積量の世界分布図を重ねています。 挿入円グラフは、地球規模の地形図63に基づいて、さまざまな地理学領域を横断するすべてのケーブル ルートの相対的な長さを示しています。 国の概要は、Natural Earth の無料ベクター データから取得しています。

すべての国際デジタル データ トラフィックの 99% 以上が、400 以上の相互接続された海底ケーブル システム (図 1A) を介してルーティングされています。このシステムはインターネットを支え、リモート ワークや 1 日あたり数兆ドル相当の金融取引を可能にし、離島諸国を接続して維持しています。彼らの経済発展18,19。 これらのケーブルは、海底に直接敷設されているか、埋め込まれており、通常は庭のホースパイプと同等の直径を持っています（ただし、保護のための一体型鋼線の外装を収容するために、浅瀬では直径が4〜5 cmに増加する場合があります）は、損傷を受けやすいです外部の脅威によって接続が停止したり、帯域幅が大幅に減少したりする可能性があり、高価で物流的に困難な修理が必要になります。 世界的な業界データベースの分析により、毎年約 150 ～ 200 件のケーブル障害が発生しており、そのほとんど (60 ～ 70%) は水深 200 m 未満での人間の活動によって引き起こされていることが明らかになりました 18。 主な原因は漁業（断層の41％）と船舶からの偶発的な錨の落下（16％）です。 底引き網漁は、ほとんどの大陸棚で行われ、海底の広い範囲をカバーするため、海底ケーブルと相互作用する最も一般的な種類の漁業です13、18、19、20。 このような潜在的に損害を与える可能性のある人間の活動が行われる地域では、侵入型の溝掘り、すき込み、または噴射技術によって保護するためにケーブルが埋め込まれます21 (図2)。 底引き網漁によって引き起こされるケーブルの障害は、通常、柔らかい堆積物に数十センチメートルも貫通する可能性がある重い（0.1〜8トン）ラッコボードの引きずりや、魚介類を捕獲するために海底をかき回すように設計された重りのひっかかりに関連しています18,22。 漁業資源の減少（主に乱獲による）により、いくつかの地域で底釣りがより深い海域に押し寄せている15,23。これは、大陸斜面の一部（水深1500メートルまで）でのケーブル埋設の必要性がますます高まっていることを意味している。大陸棚に加えて。 一部の地域（大西洋北東部や太平洋東部など）では、漁業活動のより深い水深への拡大により、水深 2000 メートルまでのケーブルが埋設される可能性があります24。 漁業やその他の撹乱活動がまれな深海では（つまり、公海でケーブル障害が発生するのは年間 4 件未満19）、通信ケーブルは外装されておらず、海底に直接敷設されているため、堆積物の撹乱はごくわずかです25、26、27。 。

デバイスには、A、B プラウ、C ジェット、D 機械式トレンチャーが含まれます。 E には、水深 1242 m にある幅 0.5 m の急峻な溝の写真が示されています。この写真は、固化した粘性堆積物内でジェットを使用して掘削されました (21 から修正)。 写真 A ～ D は Global Marine Group の提供による。

これまでの研究では、海底電気通信ケーブルの環境相互作用が調査されており、ケーブルは通常、海底生態系に良性から軽度の物理的影響を与えると結論付けられています25、26、27。 しかし、最近、トロール漁、骨材浚渫、停泊などの沖合での人間の活動による撹乱により、以前に埋もれていた炭素が海底堆積物から除去される可能性があることが示されています16、17、28。 しかし、これまでのところ、ケーブル埋設の結果として、特に海底下の漁業活動よりも深い深さ（つまり最大2メートル）が撹乱されることを考慮して、堆積物とそれに含まれる有機炭素の量が撹乱されることを考慮した研究は存在しない。 ここでは、将来の炭素放出を最小限に抑えるためのより効率的な管理戦略を提供することを目的として、この問題を地球規模で評価することを目指しています。 これを行うには、次の質問に対処します。 まず、ケーブル埋設による海底撹乱の地球規模の影響はどれくらいですか、また、これまでにケーブル敷設によって撹乱された堆積物の総量はどれくらいですか? 第二に、ケーブル埋設によってどのくらいの量の有機炭素が乱されたのか、また、ケーブル埋設活動の結果として、以前に隔離されていた炭素がどの程度失われる可能性があるか? 第三に、乱れた堆積物と有機炭素の量は、他の自然のプロセスや人間の活動とどのように比較されるのでしょうか? 最後に、反応性有機炭素の地域的なホットスポットに基づいて、有機炭素はケーブル埋設に対してより脆弱なのはどこでしょうか?

この研究では、海底電気通信ケーブルの範囲と位置を文書化する世界的なデータベースと、世界中の現代の海洋堆積物にホストされている有機炭素のモデル化された分布を統合することにより、堆積物の有機炭素貯蔵量に対するケーブル埋設の影響の世界的な評価を報告します。 (11,000 を超えるサンプリング ポイントでトレーニング)2,29。 私たちは、世界中で最大 282 ～ 1126 万トンの有機炭素がケーブル埋設によってどのように妨害されたかを示し、自然のプロセスや他の人間の活動との比較を通じて、この数字をより広い文脈の中に位置づけます。

基本ケースとして、大陸棚（全世界のケーブル長の 16% を占める）と水深 1500 m までの大陸斜面（13%）のケーブルがすべて埋設されていると仮定します（図 3）。 これらの水深より下では、すべてではありませんが、一部のケーブルが埋まっています。 したがって、保守主義のため、水深 1500 ～ 2000 m の間にあるケーブルも含めます (5%)。 残りのケーブル長 (つまり 66%) は海底に直接敷設され、埋設されません。 埋没深さの範囲 (0.5 ～ 2.0 m) と海底撹乱の幅 21 (0.5 ～ 1.0 m) を仮定します (「方法」を参照)。 これらの発掘された寸法を統合すると、これまでにケーブル埋設活動によって撹乱された可能性のある堆積物の累積湿潤体積は、水深 1500 m までで 0.13 ～ 1.05 km3 にもなる可能性があることが示されています（表 1）。 撹乱が水深 2000 m まで及ぶと仮定すると、さらに 0.02 ～ 0.17 km3 の撹乱堆積物が発生し、合計 0.15 ～ 1.22 km3 の撹乱堆積物となります（記録開始以来、年間平均 0.004 ～ 0.04 km3）。

概要の世界地図を表示し、(B) 東南アジア、(C) 南北海、バルト海、地中海を含む局所的なホットスポットを特徴とする地域にズームインします。 国の概要は、Natural Earth の無料ベクター データから取得しています。

世界的に公表されている堆積性有機炭素の推定値は通常、海底から 5 ～ 10 cm 下の上部に焦点を当てています 30。 ただし、ケーブルの埋設はより深い深さに影響します21。 ケーブル埋設活動によって潜在的に撹乱された堆積炭素の蓄積量を推測するために、海底から 1 メートル以内の蓄積量を考慮した全球モデルを使用します 2 (図 1B)。 1 メートル未満に広がる地球規模のデータセットが存在しない場合、同様の濃度の有機炭素が深さ 2 メートル (つまり、ここで評価されるケーブル埋設の最大深さ) まで存在すると必然的に仮定されます。 私たちは、これにより、その低いメーターの撹乱炭素蓄積量が過大評価される可能性があることを認めており、このデータのギャップは、将来の研究によるより大きな制約の必要性を明確に強調しています。 このモデルでは、世界中の大陸斜面全体の炭素蓄積量の中央値は 8632 Mg/km2 で、これは 200 ～ 1500 m (8690 Mg/km2) と 1500 ～ 2000 m (9087 Mg/km2) のケーブルルートに沿って見られる炭素蓄積量と同様です。水深。 世界中の大陸棚の堆積物の炭素貯蔵量の中央値は 18,666 Mg/km2 2 ですが、大陸棚のケーブルルートに沿って遭遇する炭素貯蔵量の中央値は、その半分未満の 8880 Mg/km2 です。 したがって、大陸棚にある堆積性有機炭素の地球規模のホットスポットの多くは、ケーブルルートによって横断されていません。 ケーブルルートに沿ってマッピングされた堆積炭素蓄積量2に基づいて、乱れた炭素蓄積量を計算します。 水深 2,000 m までの最も保守的な埋設シナリオを仮定すると、大陸棚と斜面上の撹乱された堆積物の推定量は、282 万～1126 万トンの撹乱された堆積物の有機炭素蓄積量に相当し（表 1）、そのうちの寄与はほぼ等しい。大陸棚の擾乱 (51%) と斜面 (49%) から生じます。 炭素貯蔵量にはかなりの地理的変動があり、ケーブル埋設活動によって妨害された可能性があります (図 3)、特に異なる海洋盆地間では (図 4)。 バルト海は、ケーブルが交差する堆積性有機炭素の濃度が最も高い主な地域として際立っており、続いて太平洋、南中国および東部諸島海がケーブルルート沿いの炭素の相対濃度が高いことが特徴です（図 3 および 4）。 ）。

ケーブルルート A に沿った海底下上位 1 m 以内の堆積炭素蓄積量が、世界中のすべての値の上位 4 分の 1 に含まれる場所を示します。 国の概要は、Natural Earth の無料ベクター データから取得しています。 箱ひげ図 B は、世界のさまざまな海洋盆地のケーブル ルートに沿った海底下 1 m 以内の有機炭素蓄積量の分布を示しています。 ボックスは 25 パーセンタイルと 75 パーセンタイルを示し、間に中央値の注釈が付けられています。一方、ひげは全範囲のデータを示しています。

これらの撹乱された資源のうちどれだけが失われるか（つまり、酸化され、再隔離されないのか）を判断することは、はるかに困難な問題です。 海底の撹乱により、浸食によって有機炭素が物理的に除去され、その後、有機炭素の正味損失がほとんどまたは全くなく、別の場所に再堆積される一方、有機炭素の別の部分は酸化され、水性二酸化炭素に分解される可能性があります。酸素化された上層水への堆積物の曝露。 各メカニズムによる有機炭素損失の定量化は複雑であり、底引き網漁による有機炭素の放出を推定する研究が試みられており、しばしば対照的な結果が得られています17、31、32、33、34、35。 地中海と北海の大陸棚と斜面に焦点を当てた研究では、深海のトロール漁によって妨害された海底有機炭素の再石灰化率が 20 ～ 60% であることがわかりました 17,31,32。 これらの再石灰化率は、底引き網漁の頻度が最も高い地域で最も高かった。 ただし、ケーブルの埋設は 1 回限りの作業であるため、再石灰化率が最も高くなる可能性は低いと考えられます。 これらの研究から推測的に最も低い損失率（つまり20％）を仮定すると、大陸棚で以前に埋もれていた有機炭素が0.144～1.17Mt、大陸斜面で0.136～1.09Mt（合計0.280Mt）の累積損失が生じることになる。世界全体で –225 万トン）。 しかし、これまでのところ、現場規模での炭素撹乱に対するケーブル埋設の影響を具体的に研究した研究はなく、底引き網漁で得た知見が本当にケーブル埋設に適用できるかどうかは不明のままである。 したがって、ケーブル埋設によって妨害された堆積性有機炭素の運命にはかなりの不確実性が残っている。 まず、掘削されたすべての堆積物が水柱に放出されるわけではありません。 むしろ、ほとんどの乱れた物質はトレンチの内部または近くで急速に再堆積する可能性があり、そのため効果的に再埋まり、再石灰化の可能性が制限される可能性があります。 堆積物が溝を急速に埋め戻すかどうかは、堆積物の性質（例えば粒度）、河床付近の一般的な海流、およびその他の背景環境条件に依存する。 多くの場合、大陸棚では数週間から数年以内に溝が埋め戻されることが観察されていますが、場合によっては、堆積物の供給が少ない大陸斜面では、埋め戻されるのに 15 年以上かかる可能性があります 21。 特に重要な制御は、使用するケーブル埋設ツールと初期の外乱の性質である可能性があります。 耕起や溝掘りの場合、堆積物は通常すぐに沈降し（特に砂などの粒状の堆積物）、最初の掘削場所の近くに堆積します。 多くの場合、直ちに（完全または部分的に）トレンチを埋め戻します21。 このような場合、再石灰化の可能性は減少します。 しかし、ジェッティング（堆積物を流動化する）の場合、細かい（粘土やシルトサイズの）堆積物の浮遊プルームが海流によってより広範囲に分散する可能性があり、沈降するまでに数日かかるため、再石灰化の可能性が高まります21,36。 第二に、有機炭素の無機化速度は外部要因に依存します。 たとえば、堆積物に蓄えられているすべての有機炭素が不安定であるわけではなく、撹乱後に再石灰化されない可能性があります37。 以前の研究では、世界全体の平均酸化速度を計算することが試みられました。 しかし、海洋の深さ、堆積速度、一次生産性による制御が主な原因で、大きな変動があり、その結果、大きな不確実性が生じます38。 有機炭素の分解性、したがって再石灰化速度は、生理学的環境および関連する化学的、生物学的および物理的プロセスに強く依存します 38,39,40。 例えば、水柱と堆積物の酸素濃度の地域的な違い、したがって炭素の再石灰化速度の顕著な違いは、再石灰化速度が非常に低い沿岸低酸素地帯など、さまざまな地域で発生する可能性があります41。 世界中の海洋堆積物では、反応率は少なくとも 4 桁にわたって変化する可能性があります 42。 第三に、ケーブルが埋設されている地域はすでに大規模なトロール網漁が行われている可能性があります。 したがって、海底の炭素貯蔵量はすでに混乱している可能性があります。 最後に、ケーブル埋設は、繰り返し掘り起こされる釣りとは対照的に、1 回限りの活動であることが意図されているため、底釣りとは異なります 3,15。 しかし、ケーブル埋設に関連する現地調査が存在しないため、漁業調査から決定された炭素損失の範囲は、最初のトロール漁の後にほとんどの炭素損失が観察される一次地球規模計算の合理的な類似物であると考えられます3,15。 31.

私たちの結果は、現在までに最大 1.22 km3 の堆積物が通信ケーブルの埋設中に撹乱された可能性があることを示しています (表 1)。 これは、大陸の斜面で発生する地滑りなど、個々の事象で同量の堆積物を掘り出す可能性がある自然現象によって妨害されるものと同様の規模です。 例えば、2016 年にニュージーランド沖で発生した Mw 7.8 の地震 43 と Mw 9.0 の地震後のカイコウラ峡谷の先端部の斜面崩壊（面積 1.21 km3、有機炭素量 7 Mt と推定）など、地震に起因する地滑りは特に大規模になる可能性があります43。 2011 年の東北地方太平洋沖地震は、0.2 km3 の地滑りを引き起こし、1 Mt 弱の有機炭素を水深 7 km まで運びました11。 2020 年、コンゴ川からの大規模な河川洪水により水中雪崩が発生し、有機炭素含有量 3 ～ 4% の堆積物 2.68 km3 が水深 5 km まで運ばれました44。 このような自然現象は、1929 年にニューファンドランド沖で Mw 7.2 の地震が引き起こした 100 km3 を超えるグランドバンクス地滑りのように、はるかに大規模なものになる可能性もあります45。これらの自然撹乱現象は、堆積有機物の運命に重要な役割を果たしていることがますます認識されています。それらは炭素を注ぎ込んで深海の扇状地や海溝に効率的に埋められる可能性がありますが、再石灰化される可能性のある以前に埋められた炭素を掘り出す可能性もあります11,46。 しかし、基本的な違いは、そのような出来事は制御できない自然のスペクトルの一部であるのに対し、人間の活動は炭素撹乱の可能性を最小限に抑えるために修正できるということです。

堆積物と炭素の両方の撹乱と再流動化に関して、人間の活動が自然のプロセスよりも大きな役割を果たしている可能性があることがますます明らかになってきています4,28,47。 2015 年だけでも、人間の活動による世界の堆積物の生産量は 150 km3 と推定されており、将来的には増加すると予測されています28。 ただし、この値には海洋環境での浚渫（5.5 km3）のみが含まれており、海底を乱す他の沖合活動は無視されています。 その後の研究では、かなり大きな堆積物量（年間約 50 km3）が底引き網漁によって妨害される可能性があることが示されています。 年間最大 21,870 トンの堆積変動に相当します4,17,48。 ケーブル埋設による年間 0.04 km3 という我々の上部土砂変動推定値は、これらの海洋活動の値よりもかなり小さいです。 これは主に、ケーブル埋設の海底下の貫通深さがより深いにもかかわらず、面積が小さいためです（つまり、ケーブル埋設の場合は3〜6×102 km2であるのに対し、トロール漁場は4.9×106 km2をカバーします13）。 底引き網漁により年間ベースで失われる堆積性有機炭素は、60 百万トンを超えると推定されています (保守的に上部 1 cm のみが妨害され、30% が失われると仮定します 17)。これは、累積炭素量より少なくとも 2 桁大きいです。最新の光ファイバーケーブルが敷設されて以来、ケーブルの埋設により失われた有機炭素の総量（図5）。 ケーブル埋設によって失われる有機炭素の量は、深海のトロール漁や浚渫などの他の人間活動に関連するものよりも桁違いに少ないですが、それらは決して重要な量であり、現在世界的な計算には含まれておらず、人間が自然の堆積系をどのように変化させ、そして変化させ続けるのかという複雑な方法47。 海洋炭素収支をより効果的に管理するための継続的な取り組みを考慮すると、堆積炭素貯蔵量の撹乱を可能な限り制限することが重要です。 したがって、ここではそのような妨害を制限する可能性のあるアプローチについて説明します。

これは潜在的に乱される可能性のある炭素の量を指しますが、その炭素のどれだけが再石灰化され、したがって失われるかについては大きな不確実性が残っていることに注意してください。 データは Telegeography (https://www.submarinecablemap.com/) によるオープン アクセス記録に基づいています。

大陸棚上のケーブルルートは一般に、堆積炭素蓄積量が最も高い地域の多くを横切っていません（図 1B）。 これは主に、既存の海底ケーブルルートのほとんどが低緯度から中緯度に存在する一方、高堆積炭素ホットスポットの多くは現在通信ケーブルルートが十分に開発されていない北極圏に集中しているという事実を反映している49。 同様に、ナミビア沖合、ペルー、バハカリフォルニアなど、他の多くの堆積性炭素ホットスポットもめったに通過しません。 バルト海のケーブルルートは、東南アジアを横断する他の注目すべきホットスポットと同様に、平均よりも高い堆積炭素蓄積量と一致しているようです (図 4)。 乱れた炭素の鉱化の可能性に対するより大きな制限が必要です。 特に、炭素損失に対して最も脆弱な地域のマッピングが今後の研究の焦点となるはずである50。

ここで使用される全球の炭素堆積物蓄積量の計算は、n = 11,578 個の堆積物コアを使用してトレーニングされた機械学習モデルに基づいており、水平解像度 5 × 5 分弧 (約 5 ～ 9 km) の出力予測曲面を提供します。 この比較的粗い空間分解能の結果として、全球モデルには、堆積物炭素富化の非常に局所的なホットスポットがあまり含まれていません。 これらの炭素ホットスポットには、マングローブや海草の牧草地などの沿岸生態系や、深海の海底峡谷が含まれます51、52、53、54。 しかし、海底峡谷などの有機炭素ホットスポットは、不規則で急峻な地形が配線に危険をもたらし、ケーブルに損傷を与える可能性のある海底地滑りや土砂崩れなどの自然災害が発生しやすいため、海底ケーブルの場合は可能な限り避けられます18。 海底ケーブルの全長のうち、海底峡谷を横切るのは 2.8% だけであり (図 1B)、ケーブルが敷設されている水深により、大部分は埋設されず、表層に敷設されています。 したがって、いかなる妨害も軽微なものとなる21。 マングローブや海草の牧草地も、主にそれらがデリケートな生態系を支えているため、ケーブルの配線によって可能な限り避けられます。 ただし、そのような地域を通過する必要がある場合は、ルートから海草を除去してケーブル敷設後に再植林する、海草の種を播種する、または塩性湿地での特注の振動プラウの使用などの是正措置を適用することができます。トレンチから堆積物が消失し、5 年以内に完全に回復した場所。 影響を受けやすい沿岸地域の下にケーブルを設置するために、方向性掘削が使用され、妨害を完全に回避してきました56。 海草草原やマングローブなどのブルー カーボン システムは、ここで使用されるグローバル モデルには組み込まれていません。 したがって、より多くのローカル評価がルート計画に役立ちます。 北海の埋もれた泥炭（総有機炭素含有量が最大 50%）など、有機炭素含有量が極めて高い海底近くの堆積物は、特に撹乱の影響を受けやすい可能性があります。 しかし、これらの長期貯蔵による回収不能な炭素の大量損失の範囲や結果を抑制するための研究はほとんど行われていない57、58、59。 過去のデジタル接続需要のピーク時には、より多くの数と長さの海底ケーブルが敷設されました (たとえば、1990 年代後半の「ドットコム ブーム」; 図 5)。 したがって、高帯域幅の接続に対する将来の需要により、堆積炭素蓄積量が多い地域での新しいルートを含め、海底ケーブル ネットワークも同様に拡大する可能性があります。 私たちは、ケーブルルートを計画する際には、自然災害、人間活動、環境への影響の評価と同様の方法で、堆積炭素貯蔵量の潜在的な撹乱、特に炭素ホットスポットへの影響を最小限に抑えることを考慮すべきであることを提案します。

表層ケーブルが環境に及ぼす影響が小さいことを考えると 25、26、27、堆積炭素蓄積の撹乱を最小限に抑えるためにケーブルの埋設は避けるべきであると提案したくなるかもしれません。 しかし、ケーブル埋設の主な役割は、人間の活動、特に底引き網漁から保護することです。 実際、ケーブルが水深 2000 メートルまで埋設されている主な理由は、底漁の拡大によるものです。 底釣りの取り組みが軽減される（例：オッターボードの侵入深さを制限する）か、ケーブルルートの近くに制限される場合、これは堆積炭素の保存に 2 つの利点をもたらすでしょう。 (i) 底による撹乱の深さと強度を制限するトロール漁60,61; さらに、(ii) 深さを減らすか、深海にケーブルを完全に埋設する必要性を回避します。 ニュージーランドのクック海峡のケーブル保護ゾーンは 236 km2 のエリアをカバーしており、その中では停泊も漁業も許可されていません36。 他の場所でのこのような取り組みは、他の人間の活動を制限することで予備効果を生み出すことができるため、ケーブルの回復力と海洋生態系に相互利益をもたらす可能性があります。

漁場に繰り返し影響を与える可能性のある深海漁業とは異なり、ケーブル埋設は 1 回限りの活動であることを目的としています。 したがって、予測不可能で修理が必要なまれな場合を除き、障害は通常、その初期期間に限定されます。 歴史的には、ケーブルは耐用年数に達しても不活性であるため、そのままの状態で残されてきました。 実際、太平洋と大西洋から回収されたケーブルの部分は、ほぼ 50 年を経ても、ほぼ手付かずで物理的に無傷であることが観察されています62。 この限定的な劣化は、ケーブルを所定の位置に残しておくべきケースを裏付けています。 ただし、これらの同じ特性により、廃止されたケーブル、特にポリエチレン プラスチック、スチール、銅のコンポーネントが高品位のリサイクル対象となる可能性があります。 これは持続可能性の向上に貴重な貢献となる可能性がありますが、廃止されたケーブルをリサイクルするか、所定の位置に残しておくかを評価する際には、その回収が海底環境、底生生物群集21、堆積炭素貯蔵量に与える可能性のある悪影響を慎重に考慮する必要があります。 この研究で推定した堆積物と炭素撹乱の量は漁業などの活動よりも大幅に小さい可能性がありますが、堆積炭素貯蔵量を撹乱する可能性のある人間の活動の影響を抑制し、それを最小限に抑えるための海洋計画のガイダンスを提供することが重要です。可能な場合は妨害。 炭素貯蔵への影響は、石油やガスのパイプライン、電力を伝送するケーブル、海洋の再生可能エネルギー構造物のための大口径基礎の埋設など、海底堆積物の掘削を伴う他の人間活動ではほとんど無視されてきたが、将来的には考慮される必要がある。特に、インフラ開発が北極などの堆積炭素ホットスポットにまで拡大している49。

高帯域幅の国際通信とデータ転送に対する需要の高まりは、これまで接続されていなかった地域への新しいルートや既存の接続の強化など、海底ケーブルの世界的なネットワークが急速に成長し続けていることを意味します。 これらのつながりは持続可能な開発において重要な役割を果たし、国内および海外旅行への依存を減らします。 これらのケーブルが環境に物理的に与える影響は比較的小さいですが、ケーブルの埋設による堆積撹乱の総量は（数十年にわたるとはいえ）、海底地滑りなどの大きな自然撹乱の際に掘り起こされる量と同等になる可能性があることを私たちは示しました。 我々は、将来のケーブルルートの二酸化炭素損失を最小限に抑える機会を強調し、ケーブルルート付近での漁業活動を制限することには、底引き網漁による二酸化炭素損失の減少と、ケーブルを深海に埋める必要性の軽減または回避という二重の利点がある可能性があることを提案する。 この研究は、ケーブル埋設によって撹乱された可能性のある堆積炭素の全体的な評価を示しているが、我々の推定値の不確実性は、撹乱された有機炭素の運命を決定するための現場および実験室ベースの校正研究の緊急の必要性を強調している。 このような研究は、広範囲の水深および多様な地理学的および海洋学的環境における有機炭素の撹乱と損失を抑制し、人間の活動に対する堆積性有機炭素の真の損失と脆弱性を定量化するために不可欠です。

海底擾乱の深さと幅は、保護の要件、海底基質の性質、使用されるケーブル埋設技術の種類によって異なります (図 2)。 設置前および設置後の撹乱に関する現地調査を含む先行研究に基づいて、公表値に基づいて信頼できる埋設深さの範囲（0.5 ～ 2.0 m）および海底撹乱の幅（0.5 ～ 1.0 m）を仮定します18,21。 。 ここでは、さまざまな種類のケーブル埋設技術について詳しく説明します。

耕起はケーブルの敷設と埋設を同時に行うもので、広く使用されている技術です21。 プラウはケーブル敷設船によって曳航され、スキッドまたはキャタピラ トラックに取り付けられたアセンブリが含まれており、そこからブレード (「プラウ シェア」) によって狭い溝が、海底下 3 m までの希望の埋設深さまで掘削されます。 。 掘削された堆積物は再び落ちて溝を埋めます。 溝を切り取る市販の最大のプラウの物理的な幅は 45 cm (SubCom、Pers. Comm.) ですが、通常は 30 cm です55。 溝の両側にあるプラウのスキッドは幅が最大 75 cm になる場合があり、海底の堆積物を圧縮する可能性がありますが、その程度はその硬さに依存します。 掘削された溝の最終的な幅は、堆積物の種類によっても異なります。 たとえば、幅 45 cm の溝は、溝の側壁が溝自体に崩壊すると、固結が不十分な堆積物で幅が広がる可能性があります。 粘着性の堆積物では、溝の幅はプラウの刃の幅と同じである可能性が高いですが、粒状の堆積物では幅がわずかに広い場合があります（<1 m21）。 耕耘作業は、アンビリカルと曳航ワイヤの長さによって最大水深 1200 ～ 1500 m までに制限され、特に大陸棚の切れ目上の斜面を下りたり登ったりする場合、耕耘の制御が難しくなります。

ジェッティングは通常、急な斜面や水深 1200 ～ 1500 m を超える場所など、海底条件が耕作に不利な場所で使用されますが、後者の場合はまれです 21。 この技術には、海底下 3 m の深さまで伸びる遠隔操作車両から展開される「剣」の下の海底の流動化が含まれ、幅 15 ～ 30 cm の領域が流動化されます。 ケーブルは、流動化したスラリーから沈殿した沈殿物で覆われています。 粘着性の堆積物での噴流は急な側面のプロファイルを作成する傾向がありますが、粒状の堆積物ではより広いプロファイルがより一般的です。 観測された海底擾乱の幅は 1 m 未満で、通常はさらに狭い 21。 噴流は耕起よりもはるかに堆積物を撹乱し、溝の近く（100 m未満）に砂や砂利の段を形成する可能性があり、浮遊泥をより広範囲（最大2 km21）に分散させる可能性があります。

あまり一般的ではありませんが、機械式トレンチャーの使用は、装軌式車両が機械式チェーン掘削機またはロックカッターを使用して、岩の多い海底の領域で溝を掘削する方法です。 海溝の深さは海底から最大 1.5 ～ 3 m に達し、幅は 1 m 未満です。 ケーブルの配線は通常、岩石の多い基盤の領域を避けますが、溝を掘ることによる費用と環境への影響を考慮すると、これは最後の手段です。 岩だらけの海底を通過する必要がある多くの場合、ケーブルは埋設するのではなく、海底の保護ケース内に敷設されます21,27。 困難な基質のため、または敏感な生息地（海草、マングローブなど）の存在のためにケーブル埋設が不可能な可能性がある海岸近くのゾーンでは、水平方向の掘削が使用される場合があります。 このアプローチには、地下に穴を掘削し、そこにケーブルを通し、海底の撹乱を回避します21。

海底通信ケーブルの全長は、Global Marine Ltd がこのプロジェクトのために提供した独自のデータベースで個別に特定されたすべてのケーブル セクションの全長を合計することによって決定されました。このデータベースには、運用中のケーブルや既に設置されているケーブルを含む、正確なケーブルの位置が詳細に記載されています。廃止されました (サービス停止中のケーブル)。 この長さをケーブル長のオープンアクセス データベース (Telegeography: https://www.submarinecablemap.com/) と照合すると、差は 3% 未満であり、Global Marine データベースから計算された全長は 1.82 であることがわかります。 × 106。Telegeography の 1.88 × 106 と比較。 Global Marine データベースの全長のうち、ケーブル長の 13.6% (2.47 × 105) が 2020 年 12 月時点で使用不能になっていることが報告されています。 Telegeography データベースは正確な位置情報を提供しないため、必然的にGlobal Marine データベースを使用して、埋設が必要なケーブルの長さを計算します。 全長の推定 13.5% は国家管轄権を超えた地域内にあります。

ケーブル埋設活動によってかき乱された堆積物の量を計算するには、まず埋設が必要な水深に敷設されるケーブルの長さを決定します。 2022 年の GEBCO 海洋深深度地図 (GEBCO、2022) を使用して、Global Marine データベースの各ケーブル ルートに沿った水深を決定します。 まず、水深 2000 m を超えるすべてのケーブル長を除外しました。 次に、大陸棚、水深 1500 m までの大陸棚、および 1500 m から 2000 m までの大陸棚にあるケーブルの長さによって区別しました (GRID Arendal63 の世界海底地形図に基づいています)。この区別を行うのは、ケーブルが通常、水深 1500 m まで埋設されますが、一部の地域 (特に北大西洋) では、水深 2000 m まで埋設する必要がある場合があります。その際、保守的な上限 (つまり、水深 2000 m までを含む) を提供することを目指しています。我々は、これらのケーブル長を、ケーブル埋設のために掘削されたトレンチの寸法と関連付け、潜在的に撹乱される堆積物の体積の上限と下限を提供します。撹乱された海底面積は、ケーブル長とトレンチ幅（0.5 –1.0 m) を計算し、その値に溝の深さ (0.5 ～ 2.0 m) を乗じて撹乱された堆積物体積と関連付け、最後に、撹乱された堆積物体積を Atwood らの地球規模でモデル化された堆積物の炭素蓄積量と関連付けます。 これを 2 つの方法で行います。 まず、これを単純に、Atwood et al が示した海底下 1 m 以内の炭素/km2 の世界平均値に基づいています。 大陸棚と大陸斜面を提供します。 次に、アトウッドのグローバル モデル (つまり図 2B) からマップされた炭素/km2 の値を使用し、各ケーブル ルートに沿った値を抽出して、より地理的に分解された計算を可能にします。 埋設深さ 0.5 m のシナリオを想定した場合、この値は半分になり、埋設深さが 2 m の場合、値は 2 倍になります。

ArcGIS バージョン 10.8 で GRID アーレンダールの世界海底地形図からシェープファイルの範囲までケーブル ポリラインをクリップすることにより、海洋の主要な地理学領域と主要な海洋生物多様性ホットスポット、つまり海底峡谷を横断するケーブルの長さを計算します。 、

ケーブルルートセクションの水深を抽出した深浅地形データは、GEBCO_2022 Grid、GEBCO Compilation Group (2022) GEBCO 2022 Grid (https://doi.org/10.5285/e0f0bb80-ab44-2739-e053-6c86abc0289c) から再現されています。 https://www.gebco.net/data_and_products/gebco_web_services/web_map_service/ からアクセスできます。 大陸棚、大陸傾斜、その他の地理学領域の範囲を計算するための世界海底地形図には、https://www.arcgis.com/home/item.html?id=3a40d6b0035d4f968f2621611a77fe64 からアクセスできます。 分析に使用した正確なケーブル位置のデータベースは独自のものですが、ケーブル ルートのおおよその位置は https://github.com/telegeography/www.submarinecablemap.com でダウンロードできます。 私たちの分析で使用された堆積性有機炭素の全球マッピングは、https://figshare.com/articles/dataset/Global_marine_sedimentary_carbon_stock/11956356 で入手できます。 国の概要は、Natural Earth およびバージョン 5.1.1 から取得しました。 解像度 10 m のオープン アクセス データセットは、https://github.com/nvkelso/natural-earth-vector/find/master からダウンロードできます。

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MAC は、自然環境研究評議会 (NERC) 国家能力プログラム (NE/R015953/1) 「気候連動大西洋セクター科学」および国際ケーブル保護委員会からの資金提供を認めています。 通信ケーブルの世界的なデータベースへのアクセスを提供してくださった Global Marine Ltd に感謝します。

海洋生物地球科学研究グループ、国立海洋センター、サウサンプトン、英国

MA クレア & A. リヒチュラーク

チューリッヒ工科大学地質研究所、チューリッヒ、スイス

サウス・パラディ

リーズ大学、地球環境学部、リーズ、英国

NLM バーロー

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この研究は MAC によって考案され、MAC 分析が主導し、SP と NLMB が原稿の開発、執筆、編集に貢献しました。

MAクレアへの対応。

MAC は、海底ケーブルの空間的設置面積とその埋設範囲の分析を支援した国際ケーブル保護委員会からの財政的支援を認めます。 他のすべての著者は、競合する利益を宣言していません。

Nature Communications は、この研究の査読に貢献してくれた Cai Ladd、Paul Lundgren、および匿名の査読者に感謝します。 査読者レポートが利用可能です。

発行者注記 Springer Nature は、発行された地図および所属機関の管轄権の主張に関して中立を保っています。

オープン アクセス この記事はクリエイティブ コモンズ表示 4.0 国際ライセンスに基づいてライセンスされており、元の著者と情報源に適切なクレジットを表示する限り、あらゆる媒体または形式での使用、共有、翻案、配布、複製が許可されます。クリエイティブ コモンズ ライセンスへのリンクを提供し、変更が加えられたかどうかを示します。 この記事内の画像またはその他のサードパーティ素材は、素材のクレジットラインに別段の記載がない限り、記事のクリエイティブ コモンズ ライセンスに含まれています。 素材が記事のクリエイティブ コモンズ ライセンスに含まれておらず、意図した使用が法的規制で許可されていない場合、または許可されている使用を超えている場合は、著作権所有者から直接許可を得る必要があります。 このライセンスのコピーを表示するには、http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ にアクセスしてください。

転載と許可

マサチューセッツ州クレア、A. リヒツシュラーク、S. パラディ 他地球規模の海底通信ネットワークが堆積物の有機炭素貯蔵量に及ぼす影響を評価する。 ナットコミューン 14、2080 (2023)。 https://doi.org/10.1038/s41467-023-37854-6

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受信日: 2022 年 8 月 30 日

受理日: 2023 年 3 月 28 日

公開日: 2023 年 4 月 12 日

DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-023-37854-6

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