Rosnąca sprawa dla geoinżynierii

Tatsuro Kiuchi

David Mitchell wjeżdża na parking przed Desert Research Institute, placówką nauk o środowisku na Uniwersytecie Nevada, usadowioną na suchych czerwonych wzgórzach nad Reno. Kampus spogląda ponad szczytami kasyn w centrum miasta na zasypane śniegiem Góry Orzechów Sosnowych. Tego ranka delikatne chmury cirrus rysują długie linie nad pasmem.

Mitchell, chudy, cicho mówiący fizyk atmosferyczny, wierzy, że te lodowate chmury w górnej troposferze mogą zaoferować jeden z naszych najlepszych planów awaryjnych w walce ze zmianą klimatu. Maleńkie kryształki lodu w chmurach cirrus rzucają promieniowanie cieplne z powrotem na powierzchnię ziemi, zatrzymując ciepło jak koc – lub, bardziej konkretnie, jak dwutlenek węgla. Ale Mitchell, profesor nadzwyczajny w instytucie, uważa, że ​​może istnieć sposób na przeciwdziałanie skutkom tych chmur.

Ta historia była częścią naszego wydania z maja 2017 r.

• Zobacz resztę numeru
• Subskrybuj

Działałoby to w ten sposób: floty dużych dronów w miesiącach zimowych przemierzyłyby górne szerokości geograficzne globu, zrzucając co roku niebo tonami niezwykle drobnego pyłu. Jeśli Mitchell ma rację, wytworzyłyby większe kryształki lodu niż normalnie, tworząc cieńsze chmury cirrus, które rozpraszają się szybciej. To pozwoliłoby na więcej promieniowania w kosmos, ochładzając Ziemię, mówi Mitchell. Wykonane na wystarczająco dużą skalę, to zasiewanie chmur może obniżyć globalne temperatury nawet o 1,4 ° C, więcej niż ociepliła się planeta od rewolucji przemysłowej, według oddzielne studium Yale .

Pozostają poważne pytania dotyczące tego, czy to naprawdę zadziała, jakie szkodliwe skutki uboczne mogą wystąpić i czy świat powinien zaryzykować wdrożenie narzędzia, które może zmienić cały klimat. Rzeczywiście, sugestia, że ​​powinniśmy powierzyć globalny termostat armii latających robotów, wyda się wielu niedorzeczna. Ale prawdziwe pytanie brzmi: niedorzeczność w porównaniu z czym?

Bez jakiegoś drastycznego działania zmiana klimatu może zabić szacunkowo pół miliona osób rocznie do połowy tego stulecia, przez głód, powodzie, stres cieplny i konflikty międzyludzkie. Zapobieganie wzrostowi temperatury o 2°C powyżej poziomu sprzed epoki przemysłowej, od dawna uważanej za strefę niebezpieczną, której należy unikać za wszelką cenę, teraz wydaje się prawie niemożliwe. Według Międzyrządowego Zespołu ONZ ds. Zmian Klimatu oznaczałoby to ograniczenie emisji gazów cieplarnianych nawet o 70 procent do 2050 r. i może wymagać opracowania technologii, które mogłyby wysysać miliardy ton dwutlenku węgla z atmosfery. Ale rosnący ciało z Badania sugeruje, że prawdopodobnie nie będziemy mieć czasu ani technologii, aby to zrobić. Warto zauważyć, że nawet jeśli każdy naród dotrzyma zobowiązań podjętych w ramach politycznie ambitnych porozumień klimatycznych z Paryża, globalne temperatury mogą wzrosnąć ponad 5°C do 2100 .

Wszyscy patrzą na dwa stopnie, ale dla mnie to mrzonka, mówi Daniel Schrag, dyrektor Harvard University Center for the Environment, który był jednym z najlepszych doradców prezydenta Obamy w zakresie zmian klimatycznych. Obawiam się, że będziemy mieli szczęście, jeśli uciekniemy czterem, i chcę się upewnić, że nikt nigdy nie zobaczy sześciu.

Różnica między dwoma a czterema stopniami to kolejny ćwierć miliarda ludzi bez niezawodnego dostępu do wody, ponad sto milionów bardziej narażonych na powodzie i ogromne spadki plonów na całym świecie, według badanie przez Komitet ds. Zmian Klimatu, londyńską grupę naukową powołaną w celu doradzania rządowi Wielkiej Brytanii (patrz poniżej).

Szacuje się, że bez jakichś drastycznych działań zmiana klimatu może zabijać około pół miliona ludzi rocznie do połowy tego stulecia.

Pomysł, że możemy przeciwdziałać tym niebezpieczeństwom poprzez przeprojektowanie samego klimatu, techniki znane jako geoinżynieria, zaczął wyłaniać się z marginesu nauki około dekadę temu (zob. Gambit geoinżynieryjny). Teraz pomysł nabiera tempa: coraz bardziej ponure prognozy klimatyczne przekonały coraz większą liczbę naukowców, że nadszedł czas, aby rozpocząć eksperymenty, aby dowiedzieć się, co może zadziałać. Ponadto imponująca lista instytucji, w tym Harvard University, Rada Carnegie , a Uniwersytet Kalifornijski w Los Angeles , niedawno podjęły inicjatywy badawcze.

Niewielu poważnych naukowców twierdziłoby, że powinniśmy zacząć wdrażać geoinżynierię w najbliższym czasie. Ale gdy czas się kończy, konieczne jest zbadanie każdej opcji, która może odciągnąć świat z krawędzi katastrofy, mówi Jane Long, były zastępca dyrektora w Lawrence Livermore National Laboratory. Tak naprawdę nie wiem, jaka jest odpowiedź, mówi. Ale wierzę, że musimy wciąż mówić, jaka jest prawda, a prawda jest, że możemy jej potrzebować.

Marzenia o kurzu

Mitchell pracuje w małym, kwadratowym biurze na ostatnim piętrze Desert Research Institute. Stosy prac naukowych tłoczą się na jego biurku; czasopisma i segregatory pakują jego półkę z książkami. Zbliżenia delikatnych kryształków lodu zwisają z pinezek na tablicy ogłoszeń nad monitorem komputera.

Wiosną 2005 roku, podczas urlopu naukowego w National Center for Atmospheric Research w Boulder w Kolorado, Mitchell zaczął badać, w jaki sposób wielkość kryształków lodu wpływa na chmury cirrus i system klimatyczny. On i jego koledzy znaleziony że większe kryształy, które mają tendencję do tworzenia się w obecności cząsteczek kurzu, wytwarzały mniej i cieńsze chmury cirrus.

Ten punkt utknął w mózgu Mitchella. Pewnego ranka, krótko po powrocie do Nevady, miał sen, w którym to spojrzenie przekształciło się w schemat inżynierii klimatycznej. Obudził się, zastanawiając się, czy celowe dodanie pyłu w obszarach, w których tworzą się te chmury, spowoduje powstawanie większych kryształków lodu, zmniejszając pokrycie cirrusów i uwalniając więcej ciepła w kosmos.

280 milionów

więcej osób bez dostępu do odpowiedniej wody

120 milionów

więcej osób narażonych na duże powodzie rzeczne

12 milionów

więcej osób narażonych na powodzie przybrzeżne

24%

spadek globalnej produktywności kukurydzy

Choć miał poważne zastrzeżenia do geoinżynierii, postanowił zbadać ten pomysł. W 2009 roku wraz z kolegą opublikował a papier sugerując, że zasiewanie chmur cirrus drobnymi cząstkami trójjodku bizmutu, związku nieorganicznego, który może rozpaść się do niezbędnego rozmiaru submikrometrowego, może znacząco zrównoważyć zmiany klimatyczne. Niedawno Mitchell oszacował, że zasianie chmur na obszarach, które ma na myśli, wymagałoby około 160 ton materiału rocznie, kosztem około 6 milionów dolarów.

8%

spadek plonów pszenicy jarej

3. 4%

gatunków roślin traci połowę swojego odpowiedniego siedliska

dwadzieścia jeden%

gatunków ssaków traci swoje siedliska

Nie wszyscy zgadzają się, że propozycja zadziała. Artykuł z 2013 roku w Nauka , pod kierunkiem naukowca atmosfery z MIT, Dana Cziczo , doszedł do wniosku, że powstawanie kryształków lodu wokół pyłu, znane jako heterogeniczne zarodkowanie lodu, jest już dominującym mechanizmem tworzącym chmury cirrus. Może to oznaczać, że dodanie większej ilości pyłu, w sumie, stworzy grubsze chmury, które zatrzymują więcej ciepła. Większy problem z tym pomysłem, przekonuje Cziczo, polega na tym, że chmury są najmniej poznaną częścią systemu klimatycznego. Nie mamy wystarczającej wiedzy na temat mikrofizyki chmur ani wystarczająco dokładnych pomiarów, aby w ten sposób precyzyjnie manipulować klimatem – mówi.

Ale najnowsze badania Mitchella, polegające na obserwacjach koncentracji kryształków lodu z satelity Calipso NASA, przekonały go, że zasiewanie chmur może działać, o ile odbywa się to w regionach, w których chmury cirrus tworzą się głównie bez cząstek pyłu. Na monitorze w swoim biurze Mitchell wyświetla stronę z mapami z artykułu, który przedstawił w Narodowym Centrum Badań Atmosferycznych pod koniec lutego. Granatowe i jasnoniebieskie kropki, reprezentujące niejednorodne chmury Cziczo, dominują na średnich szerokościach geograficznych, obejmując znaczną część Ameryki Południowej i Afryki. Ale wyższe szerokości geograficzne są pokryte czerwonymi, żółtymi, pomarańczowymi i zielonymi kropkami, które wskazują, jakie chmury ma na myśli Mitchell.

Zdjęcia satelitarne sugerują, że w bardzo zimnych i wilgotnych warunkach, w kierunku biegunów, a zwłaszcza zimą, maleńkie kryształki lodu mogą tworzyć się samoistnie, bez pyłu. Sugeruje to, że rozsiewanie w chmurze może działać, jeśli jest ukierunkowane na te obszary w tych miesiącach. Mitchell sądzi nawet, że wymyślił sposób, aby skłonić naturę do przeprowadzenia eksperymentu terenowego, aby przetestować jego teorię. Wiosną i zimą silne wiatry regularnie wywołują duże burze piaskowe na pustyniach Mongolii i zachodnich krańcach Chin. Drobne cząstki przelatują przez Pacyfik i wpadają w falę atmosferyczną, która toczy się nad Górami Skalistymi.

Jeśli Mitchell ma rację, pył powinien promować cieńsze chmury cirrus w obszarze, w którym grubszy typ ma tendencję do dominacji. Nie było sposobu, aby właściwie zaobserwować to zjawisko – aż do końca zeszłego roku, kiedy Narodowa Administracja Oceaniczna i Atmosferyczna wystrzeliła satelitę wyposażonego w jedne z najpotężniejszych technologii obrazowania, jakie kiedykolwiek wystrzelono w kosmos, a także czujniki, które mogą mierzyć temperaturę chmur . Satelita powinien być w stanie uchwycić dokładnie to, co dzieje się, gdy pył przemieszcza się nad Górami Skalistymi, wykrywając subtelne zmiany zachodzące w mikrofizyce chmur.

Mitchell przedłożył NOAA w zeszłym roku propozycję badawczą, prosząc agencję o wykorzystanie satelity do przeprowadzenia takich obserwacji. Wie, że to perspektywa dalekowzroczna, szczególnie w świetle wysiłków administracji Trumpa, by obciąć fundusze na naukę o klimacie. Ale jeśli NOAA się zgodzi, test może wzmocnić jego teorię – lub, oczywiście, zaprzeczyć jej.

Jeszcze wcześniej powinien nastąpić kolejny eksperyment geoinżynieryjny.

Do tego czasu w przyszłym roku profesorowie z Harvardu, David Keith i Frank Keutsch, mają nadzieję, że wystrzelą balon na dużą wysokość z miejsca w Tucson w Arizonie. Będzie to początek projektu badawczego mającego na celu zbadanie wykonalności i zagrożeń związanych z podejściem znanym jako zarządzanie promieniowaniem słonecznym. Podstawową ideą jest to, że rozpylanie materiałów w stratosferze może pomóc w odbiciu większej ilości ciepła z powrotem w kosmos, naśladując naturalne zjawisko chłodzenia, które występuje po tym, jak wulkany wystrzeliwują w niebo dziesiątki milionów ton dwutlenku siarki (patrz Tani i łatwy plan zatrzymania globalnego Ocieplenie ).

Naukowcy generalnie uważają, że ta technika złagodzi temperatury, ale nieustające pytanie brzmi: co jeszcze zrobi? Warto zauważyć, że erupcje wulkanów również znacznie się zmieniły zmienione wzorce opadów w niektórych obszarach, a dwutlenek siarki zuboża ochronną warstwę ozonową.

Najbardziej prawdopodobne scenariusze dotyczące klimatu w dłuższych skalach czasowych są niszczące dla przyszłych pokoleń, absolutnie niszczące.

Keith przeprowadził obszerne modelowanie klimatu, aby zbadać, czy inne materiały, w tym tlenek glinu, pył diamentowy i węglan wapnia, mogą mieć neutralny lub nawet pozytywny wpływ na ozon. W rozmowie w swoim biurze na Harvardzie podkreślił, że eksperymenty nie będą testem samej geoinżynierii. Ale pozwoliliby jego grupie na poddanie swoich modeli danym ze świata rzeczywistego, ujawniając więcej na temat odpowiedniej fizyki i chemii stratosfery. Sama teoria nie mówi, co wydarzy się w atmosferze, mówi Keith. Możesz się oszukać, jeśli nie wyjdziesz i nie dokonasz bezpośrednich pomiarów.

Keith rozpoczął już prace projektowe z firmą balonową World View Enterprises, a także dyskusje na temat odpowiedniej przejrzystości i nadzoru nad takimi zewnętrznymi eksperymentami. Wczesne loty testowałyby podstawowe działanie balonu, który byłby przywiązany do gondoli wyposażonej w śmigła, rozpylacze i czujniki. Ale w końcu eksperyment polegał na uwolnieniu do stratosfery drobnej smugi materiałów, prawdopodobnie węglanu wapnia. Balon śledziłby następnie ten ślad w odwrotnej kolejności, pozwalając czujnikom mierzyć, jak dobrze cząstki rozpraszają światło słoneczne, czy łączą się, czy rozpraszają oraz jak wchodzą w interakcje z prekursorami ozonu.

Nieznane niewiadome

Geoinżynieria na pełną skalę nieuchronnie wiązałaby się z pewnym poziomem ryzyka. Prawdopodobnie staniemy przed strasznym wyborem między zaakceptowaniem wyraźnych niebezpieczeństw związanych ze zmianą klimatu a zaryzykowaniem niewiadomych geoinżynierii. Alan Robock , profesor nauk o środowisku w Rutgers, opublikował lista z 27 zagrożeń i obaw związanych z technologią, w tym jej potencjału do zubożenia warstwy ozonowej i zmniejszenia opadów w Afryce i Azji.

Ostatecznie Robock martwi się, że geoinżynieria może być po prostu zbyt ryzykowna, aby kiedykolwiek spróbować. Nie wiemy, czego nie wiemy, mówi. Czy powinniśmy ufać jedynej planecie, o której wiadomo, że ma inteligentne życie w tym skomplikowanym systemie technicznym? Cziczo z MIT jest bardziej dosadne. Wiemy, że problemem są gazy cieplarniane, więc rozwiązaniem jest usunięcie gazów cieplarnianych, mówi. Nie próbujesz zrobić czegoś, czego kompletnie nie rozumiemy.

Zastrzeżenia dotyczące badań geoinżynieryjnych były w pełni widoczne pod koniec marca, gdy dziesiątki wybitnych naukowców zajmujących się klimatem i naukami społecznymi zebrało się w Carnegie Endowment for International Peace w Waszyngtonie, na Forum Badań nad Geoinżynierią Słoneczną w USA. Prelegenci podkreślili długą listę pytań, na które nie udzielono odpowiedzi i być może bez odpowiedzi, dotyczących ładu międzynarodowego: kto decyduje, kiedy nacisnąć spust? Jak określić prawidłowe średnie temperatury, gdy te same będą oddziaływać na różne narody w bardzo różny sposób? Czy jeden naród może być pociągnięty do odpowiedzialności za negatywny wpływ swojego systemu geoinżynieryjnego na pogodę innego kraju? Czy te narzędzia można wykorzystać do celowego ataku na sąsiedni naród? I czy konflikty o te pytania mogą przerodzić się w wojnę?

„Nie słyszałem jeszcze żadnego opisu przyszłego świata wykorzystującego geoinżynierię słoneczną, który brzmi dla mnie inaczej niż dystopijnie lub wysoce nierealistycznie” – powiedziała Rose Cairns, pracownik naukowy z University of Sussex, która dołączyła do porannej dyskusji z Anglii przez Skype.

Powiązana historia

Czytaj dalej Celowe zaprojektowanie ziemskiej atmosfery w celu zrównoważenia rosnących temperatur może być znacznie bardziej wykonalne, niż można sobie wyobrazić, mówi David Keith. Ale czy to dobry pomysł?

Ale Schrag z Harvardu argumentował coś przeciwnego : że najstraszniejszą wersją przyszłości może być taka, w której geoinżynieria nigdy nie jest rozwijana ani wdrażana. Nie sądzę, żeby ludzie rozumieli, z czym mamy do czynienia z klimatem – powiedział. Najbardziej prawdopodobne scenariusze dotyczące klimatu w dłuższych skalach czasowych są niszczące dla przyszłych pokoleń, absolutnie niszczące.

Pokazując slajdy podkreślające dramatyczną utratę lodu morskiego w Arktyce i Antarktyce w ostatnich miesiącach, Schrag podkreślił, że zmiany klimatyczne już powodują widoczne skutki szybciej niż ktokolwiek się spodziewał. Dodał, że trudno jest przewidzieć jakikolwiek scenariusz, w którym możemy obniżyć poziom gazów cieplarnianych wystarczająco szybko, aby uniknąć znacznie gorszych niebezpieczeństw: ilość, którą już uwolniliśmy, prawdopodobnie zatrzyma kolejny stopień ocieplenia, nawet jeśli jutro zatrzymamy emisje, powiedział. .

Jego zdaniem te trudne realia oznaczają, że musimy spróbować odpowiedzieć na trudne pytania, jakie stawia geoinżynieria. W każdym przypadku, który widziałem, nadal jest to lepsze niż alternatywa polegająca na ogrzaniu się klimatu, powiedział. Biorąc pod uwagę trajektorię świata i trudności związane z redukcją emisji, jest to coś, co naprawdę musimy zrozumieć.

Potęga strachu

Mitchell był przeciwny geoinżynierii przez większość swojej kariery. Pomysł, że ludzkość powinna majstrować przy precyzyjnie dostrojonym systemie klimatycznym, wydał mu się niewiarygodnie arogancki. Ale podobnie jak inni badacze, którzy spędzili dziesięciolecia wpatrując się w coraz bardziej przerażające projekcje, podczas gdy świat ignorował najgłośniejsze ostrzeżenia, które naukowcy potrafili brzmieć, niechętnie zmienił zdanie.

Może minąć dziesięciolecia, zanim dowiemy się, które metody geoinżynierii mogą zadziałać, czy można zminimalizować skutki uboczne dla środowiska i czy próbowanie jest zbyt niebezpieczne. Im dłużej czekamy z rozpoczęciem poważnych badań, tym większe jest ryzyko, że zastosujemy niebezpieczne narzędzie w obliczu nagłych wstrząsów klimatycznych lub nie będziemy mieć go pod ręką, gdy będzie nam potrzebne. I nikt tak naprawdę nie wie, kiedy to może nastąpić.

Mitchell mówi: Potrzeba inżynierii klimatycznej może nadejść szybciej, niż nam się wydaje.

ukryć