Desperacki wyścig o ochłodzenie oceanu, zanim będzie za późno

Holly Jean Buck jest stypendystką Instytutu Środowiska i Zrównoważonego Rozwoju UCLA. To zaadaptowany fragment jej nadchodzącej książki Po geoinżynierii: tragedia klimatyczna, naprawa i przywrócenie (wrzesień 2019, Verso Books).

Za pomocą

• Holly Jean Buck strona archiwum

23 kwietnia 2019 r.

Unsplash / Scott Webb

Rafy koralowe pachną gnijącym ciałem podczas wybielania. Zamieszki kolorów — żółty, fioletowy, błękitny — bledną do upiornej bieli, gdy miąższ koralowców staje się przezroczysty i odpada, pozostawiając ich szkielety pod rozmytymi glonami przypominającymi pajęczyny.

Koralowce żyją w symbiozie z rodzajem alg. W ciągu dnia glony fotosyntetyzują i przekazują pokarm koralowemu żywicielowi. W nocy polipy koralowe rozszerzają swoje macki i łapią przechodzące pożywienie. Tylko 1 °C ocieplenia oceanu może zaburzyć tę zależność między koralami a algami. Zestresowane koralowce wydalają glony, a po powtarzających się lub długotrwałych epizodach takiego wybielania mogą umrzeć z powodu stresu cieplnego, głodować bez karmienia glonów lub stać się bardziej podatne na choroby.

Ta historia była częścią naszego wydania z maja 2019 r.

• Zobacz resztę numeru
• Subskrybuj

Australijska Wielka Rafa Koralowa – w rzeczywistości system liczący 2300 km (1400 mil) składający się z prawie 3000 oddzielnych raf – doznał poważnego wybielenia w ciągu ostatnich kilku lat. Daniel Harrison, australijski oceanograf, który zastanawia się, co można zrobić, aby kupić więcej czasu dla Wielkiej Rafy Koralowej, mówi, że sytuacja staje się tragiczna. Z czasów przedantropogenicznych pozostało zaledwie 25% płytkowodnej pokrywy koralowej. Tak naprawdę tego nie wiemy, bo nikt nie rozpoczął pomiarów przed 1985 rokiem – mówi mi. W rafach koralowych znajduje się mniej niż 1% oceanu i 25% całego życia morskiego. Patrzymy na utratę tego wszystkiego bardzo szybko, w kategoriach ewolucyjnych. W kategoriach ludzkiego życia.

Rafy koralowe to nie tylko kolorowe ryby i egzotyczne gatunki. Rafy chronią wybrzeża przed burzami; bez nich fale docierające do niektórych wysp Pacyfiku byłyby dwa razy wyższe. Ponad 500 milionów ludzi jest uzależnionych od ekosystemów raf jako żywności i środków do życia. Nawet jeśli wzrost temperatury ostatecznie ustabilizuje się na poziomie 1,5 °C za sto lub dwa lata, nie wiadomo, jak dobrze ekosystemy raf koralowych przetrwają chwilowe przekroczenie wyższych temperatur.

Koralowce są jak kanarek w kopalni węgla.

Koralowce są jak kanarek w kopalni węgla, mówi Harrison: Są bardzo wrażliwe na temperaturę. Naprawdę uważam, że to tylko zwiastun rzeczy, które nadejdą. Wiesz, ekosystem koralowców może najpierw zapaść się, ale myślę, że może być jeszcze kilka ekosystemów, które podążą za nim. Życie jest bardzo odporne, ale ekosystemy, jakie znamy, nie są.

Ekosystemy arktyczne, lodowce górskie i lasy sekwojowe w Kalifornii są również zagrożone nawet niewielkimi zmianami średniej temperatury na świecie. Podobnie jak gatunki, które nie potrafią się szybko poruszać i znaleźć inną odpowiednią niszę. To rzeczy, które już żyją na skrajnych krańcach skali i nie mogą się poruszać, prawda? mówi Harrison. A więc rafy koralowe — wiesz, utknęły już w niektórych najcieplejszych wodach. Jeśli robi się dla nich za gorąco, to a) nie mogą się ruszać i b) i tak nie mają dokąd pójść. I to samo z ekstremalnie zimnymi ekosystemami. I to samo z lasami sekwojowymi. Drzewa nie mogą wznosić się i poruszać wystarczająco szybko, aby nadążyć za zmianami klimatu.

Rozpylacz soli

Grupa robocza Harrisona utworzyła zespoły, aby przyjrzeć się różnym pomysłom, które mogłyby pomóc rafie pozostać przy życiu. Na przykład ocean jest pełen chłodniejszej wody na niższych głębokościach. Zastanawiali się, czy mogliby po prostu wypompować trochę tej wody w górę, ale zdali sobie sprawę, że byłoby niewykonalne, aby przenieść wystarczającą ilość wody, aby ochłodzić całą rafę.

Zamiast tego naukowcy skupili się na idei rozjaśniania chmur morskich – formie geoinżynierii słonecznej, która zwiększa współczynnik odbicia planety. Rozpylanie maleńkich cząstek soli z wody morskiej do niskiej warstwy chmur, która pokrywa większą część powierzchni oceanu, utworzyłoby mikrokropelki chmur. Kropelki te sprawią, że chmury będą odbijać więcej światła słonecznego, a także wydłużą ich żywotność, ochładzając obszar. Zespół Harrisona zajmujący się modelowaniem do tej pory sugeruje, że dzięki tej metodzie możliwe byłoby schłodzenie wody o 0,5 do 1 °C.

Projekt Marine Cloud Brightening, międzynarodowa współpraca kierowana przez naukowca atmosfery Roberta Wooda i współpracowników z University of Washington, uważa, że ​​może to być podejście skalowalne. Kelly Wanser, starszy doradca projektu, opisuje inne sposoby, w jakie naukowcy myślą o utrzymaniu koralowców, takie jak genetyczne modyfikowanie lub hodowanie ich, aby wytrzymały cieplejsze wody, lub przenoszenie mocnych koralowców na nowe obszary i ponowne ich sadzenie. Ale, jak mówi, skala problemu jest jak wzmocnienie Gór Skalistych. Jest ogromny.

Natomiast rozjaśnianie chmur morskich jest stosunkowo proste. Zasadniczo wiąże się to z budowaniem urządzeń do rozpylania wody morskiej. Z pewnością istnieją pewne wyzwania techniczne do pokonania, ale podstawowy proces polegający na pobieraniu wody morskiej i filtrowaniu jej, a następnie rozpylaniu jej w rozmiarze submikronowym, nie jest taki trudny, mówi Harrison. Jego wyniki modelowania sugerują, że prawdopodobnie musiałyby być jakieś stacje nieco dalej na morzu, tuż przy krawędzi szelfu kontynentalnego - pływające platformy lub statki, które rozpylałyby cząstki w powietrzu. Cały projekt może kosztować od 150 do 300 milionów dolarów rocznie. Drogie, ale rafa przynosi australijskiej gospodarce około 6 miliardów dolarów rocznie. W koncepcji Harrisona nie trzeba by cały czas rozjaśniać chmur, a nawet każdego lata. Byłoby to raczej zrobione, gdy koralowi groziło blaknięcie, co wymagałoby około dwóch tygodni ostrzeżenia, aby maksymalnie schłodzić wodę.

Unsplash / Steve Halama

Ale, mam na myśli, jest tu kilka prawdziwych niewiadomych, prawda? mówi Harrison. Ponieważ nikt nigdy nie prowadził nad tym żadnej pracy w terenie.

Chociaż inżynieria może być stosunkowo prosta, trudno jest stwierdzić, jak dobrze działałoby rozjaśnianie chmur morskich, ponieważ chmury są naprawdę złożone. Jeśli wyjrzysz przez okno na samolocie, możesz zobaczyć chmury z różnymi rodzajami struktur, mówi Ben Kravitz z Indiana University, który pracuje nad porównywaniem symulacji modeli geoinżynieryjnych. Poruszają się. Niektóre z nich mają średnicę kilku metrów, inne dziesiątki kilometrów. Niektóre z nich są zorganizowane, inne nie. Zasadniczo nie można dopasować całego tego zachowania do żadnego pojedynczego modelu.

Tę złożoność dodatkowo uzupełniają telepołączenia w systemie klimatycznym — to znaczy chmury w jednym miejscu wpływają na pogodę w innym miejscu. Kiedy próbujesz schłodzić duże obszary, te dalekosiężne efekty są istotne. Dlatego przeraża mnie myśl o rozjaśnieniu chmur morskich, mówi Anthony Jones, klimatolog z University of Exeter. Telepołączenia są prawie nieuniknione, a jeśli zdołasz znacznie schłodzić pewien obszar, zmienisz klimat i reakcję pogodową.

Rozliczanie się z geoinżynierią we wszystkich jej formach oznacza pogodzenie się ze stratą.

Nowsze modele klimatyczne mogą dostarczyć lepszych szacunków dotyczących skuteczności rozjaśniania chmur morskich. Wanser z projektu Marine Cloud Brightening mówi, że następnym krokiem jest zbudowanie i przetestowanie dysz do rozpylania wody morskiej. Ale trudno było pozyskać fundusze, ponieważ projekt jest postrzegany jako eksperyment geoinżynieryjny, a ludzie boją się geoinżynierii. Myślę, że rozmawialiśmy ze wszystkimi odpowiednimi agencjami rządowymi, które mogłyby to wesprzeć, i zasadniczo nie ma nikogo, kto chciałby powiedzieć: „Zrobimy to po prostu jako podstawowa nauka w chmurze-aerozolu” – mówi. Mówią: „Nie, kota wyszło z worka – to jest geoinżynieria. Musielibyśmy uzyskać zgodę”.

Tak więc rozjaśnianie chmur jest techniką, która może pomóc w ratowaniu ekosystemów morskich, ale nie wiemy, jak dobrze by to działało, i nie możemy się tego dowiedzieć, ponieważ piętno geoinżynierii utrudnia uzyskanie funduszy na badania. Na szczęście nie jest to jedyna możliwość ochłodzenia oceanów.

Unsplash / Thomas Peham

Lasy wodorostów

Drzewa wysysają dwutlenek węgla, a więc sadzenie mas nowych lasów zostało zaproponowane jako sposób na obniżenie stężenia dwutlenku węgla w atmosferze, a tym samym ochłodzenie ziemi. Ale jest tylko tyle ziemi. Wprowadź zalesianie oceanów, koncepcję nakreśloną w artykule z 2012 r. Antoine de Ramon N'Yeurt z Uniwersytetu Południowego Pacyfiku i jego współpracowników. Ta propozycja uprawy wodorostów w celu usunięcia węgla składa się z kilku etapów. Po pierwsze, wodorosty muszą rosnąć i być zbierane. Następnie jest umieszczany w beztlenowej komorze fermentacyjnej — dużym, beztlenowym zbiorniku, który rozkłada materiał organiczny. W ten sposób powstaje biogaz, który zawiera około 60% metanu i 40% dwutlenku węgla. Metan może być wykorzystywany jako biopaliwo, podczas gdy dwutlenek węgla musi być magazynowany, aby nie mógł wrócić do atmosfery. (Jednym z pomysłów jest przechowywanie go w rurze, która spoczywałaby na dnie morskim, chociaż można ją również wstrzykiwać pod ziemię.) Zaletą takiego wykorzystania wodorostów jest to, że szybko rosną i nie wymagają suchego lądu, więc nie będzie konkurować z produkcją żywności czy lasami.

N’Yeurt i jego koledzy obliczyli, że zalesianie 9% powierzchni oceanów na świecie i przetwarzanie powstałych biopaliw może zastąpić energię z paliw kopalnych, zwiększyć zrównoważoną produkcję ryb i usunąć z atmosfery 53 miliardy ton dwutlenku węgla każdego roku. Przy obecnych emisjach na poziomie około 40 miliardów ton rocznie może to oznaczać faktyczne obniżenie ogólnego poziomu CO2.

Jak napisali autorzy artykułu, szybkie wdrożenie zalesiania oceanów byłoby próbą wyniesienia człowieka na księżyc, ale zarówno tańszym, jak i prawdopodobnie znacznie lepszym zwrotem z inwestycji. Ale taki wysiłek wymaga koordynacji z wielu dziedzin nauki i inżynierii, aby nawet stworzyć projekty demonstracyjne. Nie ma instytucji zajmujących się tego rodzaju holistycznymi badaniami i rozwojem.

Z drugiej strony, podobnie jak w przypadku rozjaśniania chmur, podstawowa technologia zalesiania oceanów jest dość prosta. Wymaga postępów w takich dziedzinach, jak niskoenergetyczne techniki uprawy i zbierania wodorostów, wydajna separacja gazów oraz wychwytywanie i składowanie dwutlenku węgla – wszystko to opiera się na rzeczach, które już wiemy, jak to zrobić. Rządowa Agencja ds. Zaawansowanych Projektów Badawczych ds. Energii ma program o wartości 22 milionów dolarów o nazwie Mariner, który jest skrótem od badań nad makroalgami inspirującymi nowe źródła energii, w celu odkrywania innowacji, które mogą ożywić przemysł wodorostów.

Uprawa wodorostów może mieć również inne korzyści, takie jak usuwanie zanieczyszczeń rolniczych. Spływy nawozów z rolnictwa przemysłowego wlewają do oceanów azot i fosfor. W artykule opublikowanym w Nature Scientific Reports z 2017 roku stwierdzono, że chiński przemysł wodorostów usuwa już 75 000 ton azotu i 9 500 ton fosforu z wód przybrzeżnych każdego roku – i że tylko 150% więcej upraw wodorostów może usunąć cały fosfor dopływający do chińskich wód przybrzeżnych, choć znacznie więcej potrzeba więcej, aby poradzić sobie z nadmiarem azotu.

Aby uchwycić te korzyści, potrzebujemy dobrze zaprojektowanego systemu, ale w tej chwili branża jest w większości nieuregulowana. Dlaczego wodorosty wymagają regulacji? Po pierwsze, aby zapobiec rozprzestrzenianiu się inwazyjnych gatunków lub chorób. Na przykład choroba bakteryjna zwana lodem lodowym zaraża czerwone wodorosty zwane Kappafikos , zamieniając jego gałęzie w upiornie białe sople. Choroba spowodowała miliony strat w uprawach na Filipinach, a następnie rozprzestrzeniła się na gospodarstwa w Tanzanii i Mozambiku.

Kolejnym wyzwaniem jest uczynienie hodowli wodorostów jawną częścią polityki klimatycznej. Definicja pochłaniacza dwutlenku węgla w Ramowej Konwencji Narodów Zjednoczonych w sprawie Zmian Klimatu została napisana dla drzew. Nie do końca pasuje do profilu wodorostów — węgiel, który wciągają, łatwo się rozkłada i ponownie uwalnia. Oczywiście istnieją pomysły na sekwestrację biomasy — zatopienie jej w głębokim morzu lub w podwodnych kanionach. Ale obecna polityka ONZ oznacza, że ​​wodorosty będą uprawiane przede wszystkim na żywność, biopaliwa i inne produkty, a nie z wyraźnym uwzględnieniem sekwestracji dwutlenku węgla.

Kolejną przeszkodą w wykorzystywaniu wodorostów do usuwania dwutlenku węgla jest sama zmiana klimatu, która już dziesiątkuje na przykład naturalne lasy wodorostów. Jeden raport naukowy opisuje jałowe jeżowce, które osiedlają się w dawnym lesie wodorostów; te ciepłowodne gatunki koszą wszystko na swojej drodze. Najwyraźniej są prawie odporne na głód, a niektóre gatunki żyją przez ponad pięć dekad. Kiedy są zestresowane przez głód, ich szczęki i zęby faktycznie się powiększają i tworzą fronty, które maszerują po dnie morza w poszukiwaniu pożywienia. To tylko jeden przykład tego, jak zmiany klimatyczne sprawiają, że wszystkie rodzaje rolnictwa stają się trudniejsze.

Hamowanie lodowców

Oprócz denerwowania ekosystemów ocieplenie oceanów oczywiście podniesie poziom mórz. Są już o 13 do 20 centymetrów wyższe niż w 1900 roku. W XX wieku większość tego wzrostu pochodziła z rozszerzania się wód oceanicznych, gdy robiły się cieplejsze, ale teraz skutki topnienia lodowców i pokryw lodowych znacznie wyprzedziły rozszerzalność termiczna. Przewiduje się, że wzrost spowodowany topnieniem lodowców będzie oszałamiający – rzędu metrów na stulecie.

Ale co by było, gdybyśmy mogli zaprojektować konkretne lodowce, aby zapobiec ich topnieniu? John Moore, glacjolog i lider chińskiego programu badań geoinżynieryjnych, ostatnio przyglądał się temu i napisał komentarz wraz z kolegami z Nature, który przedstawia kilka sposobów na zrobienie tego.

Jeden z przykładów dotyczy dwóch lodowców antarktycznych, na które naukowcy mają nerwowe oko: Pine Island i Thwaites. Pod nimi spływa ciepła woda oceaniczna. Powszechna mądrość mówi, że jest to nie do powstrzymania i nieodwracalne z powodu nachylenia i geometrii podłoża skalnego. Ale Moore sugeruje, że budowanie sztucznych wysp przed lodowcami może je wzmocnić, przygwożdżając lód i powstrzymując go tak, jak robią to naturalne skały i wyspy.

Inną techniką byłoby wydobywanie wody spod lodowców, aby nie ześlizgiwały się one do oceanu. Lodowce leżą na subglacjalnych strumieniach lub cienkich warstwach wody, ale wysuszenie tych strumieni może spowolnić ich ześlizgiwanie się do morza.

Moore mówi, że postrzega to jako bardzo demokratyczny, egalitarny sposób radzenia sobie z podnoszeniem się poziomu mórz: zamiast próbować budować mury wokół całego wybrzeża świata – co w rzeczywistości oznacza, że ​​kraje bogate zrobią to więcej niż kraje biedne, oczywiście – możesz poradzić sobie z problemem u źródła, gdzie masz do czynienia z czymś w skali stu kilometrów zamiast dziesiątek tysięcy kilometrów linii brzegowej. Wiedza inżynierska istnieje, mówi – spójrz na takie rzeczy, jak budowa Kanału Sueskiego lub budowa nowego lotniska w Hongkongu.

Kiedy rozmawialiśmy o tym z glacjologami, na początku jest dużo horroru, dodaje Moore. Najwyraźniej będziesz musiał umieścić niektórych ludzi [na Antarktydzie] z wieloma rzeczami. To na pewno zamiesza ze środowiskiem i ekologią. Ale jeśli porównasz szkody spowodowane zapadnięciem się pokrywy lodowej, jest to trochę skarłowaciałe.

Życie w ruinach

Pomysły Moore'a mogą być na razie tylko eksperymentem myślowym, ale potrzebujemy więcej eksperymentów myślowych. Rozliczanie się z geoinżynierią we wszystkich jej formach oznacza pogodzenie się ze stratą – zbadanie, co to znaczy żyć w ruinach, jak mówi antropolog Anna Tsing. Geoinżynieria jest szokiem dla ludzi, którzy obecnie nie czują się tak, jakby żyli w ruinach, którzy nie pogodzili się jeszcze z ponoszonymi stratami. Jednak w Pekinie, gdzie mieszka Moore, jest inaczej, szczególnie z powodu zanieczyszczenia powietrza. Nie ma zaprzeczenia – każdy może zobaczyć, co robimy, mówi. Zrobiliśmy ten bałagan; powinniśmy to wyjaśnić. Nie możesz polegać na naturze, że to zrobi.

ukryć