Augantis geoinžinerijos pavyzdys

Tatsuro Kiuchi

Davidas Mitchellas įvažiuoja į Dykumos tyrimų instituto, Nevados universiteto aplinkos mokslų forposto, automobilių stovėjimo aikštelę, esančią sausose raudonose kalvose virš Reno. Universitetas žvelgia virš centrinių kazino viršūnių į sniego palaidotus Pine Nut kalnus. Šį rytą plunksniniai debesys nubrėžia ilgas linijas virš diapazono.

Mitchellas, lieknas, švelnus atmosferos fizikas, mano, kad šie šalti debesys viršutinėje troposferos dalyje gali pasiūlyti vieną iš geriausių atsarginių planų kovojant su klimato kaita. Maži ledo kristalai plunksniniuose debesyse sviedžia šiluminę spinduliuotę atgal į žemės paviršių, sulaikydami šilumą kaip antklodė arba, tiksliau, kaip anglies dioksidą. Tačiau Mitchellas, instituto profesorius, mano, kad gali būti būdas neutralizuoti šių debesų poveikį.

Ši istorija buvo mūsų 2017 m. gegužės mėnesio numerio dalis

• Žr. likusią numerio dalį
• Prenumeruoti

Tai veiktų taip: žiemos mėnesiais didelių bepiločių orlaivių parkai kirstų viršutines Žemės rutulio platumas ir kiekvienais metais dangų apibarstytų tonomis itin smulkių į dulkes panašių medžiagų. Jei Mitchellas teisus, susidarytų didesni nei įprastai ledo kristalai ir susidarytų plonesni plunksniniai debesys, kurie greičiau išsisklaido. Tai leistų daugiau spinduliuotės patekti į kosmosą ir atvėsinti žemę, sako Mitchellas. Remiantis pakankamai dideliu mastu, šis debesų sėjimas gali sumažinti pasaulinę temperatūrą net 1,4 °C, daugiau nei planeta atšilo nuo pramonės revoliucijos. atskiras Jeilio tyrimas .

Lieka dideli klausimai, ar tai tikrai veiks, koks žalingas šalutinis poveikis gali atsirasti ir ar pasaulis turėtų rizikuoti panaudoti įrankį, galintį pakeisti visą klimatą. Iš tiesų, pasiūlymas, kad pasaulinį termostatą turėtume patikėti skraidančių robotų armadai, daugeliui atrodys absurdiška. Tačiau tikrasis klausimas yra toks: absurdiška, palyginti su kuo?

Be kokių nors drastiškų veiksmų, klimato kaita gali mirti pusė milijono žmonių kasmet iki šio amžiaus vidurio per badą, potvynius, karščio stresą ir žmonių konfliktus. Neleisti temperatūrai pakilti 2 °C virš priešindustrinio lygio, ilgą laiką laikyta pavojinga zona, kurios reikėtų vengti bet kokia kaina, dabar atrodo beveik neįmanoma. Tai reikštų, kad iki 2050 m. išmetamas šiltnamio efektą sukeliančių dujų kiekis turėtų būti sumažintas net 70 procentų, o tam gali prireikti kurti technologijas, kurios galėtų iš atmosferos išsiurbti milijardus tonų anglies dvideginio, teigia JT Tarpvyriausybinė klimato kaitos grupė. Tačiau augantis kūnas apie tyrimai rodo, kad tikriausiai neturėsime laiko ar technologijų tai padaryti. Pažymėtina, kad net jei kiekviena tauta laikysis įsipareigojimų, prisiimtų pagal politiškai ambicingus Paryžiaus klimato susitarimus, pasaulinė temperatūra vis tiek gali pakilti daugiau nei 5 °C iki 2100 m .

Visi žiūri į du laipsnius, bet man tai yra svajonė, sako Danielis Schragas, Harvardo universiteto Aplinkos centro direktorius, kuris buvo vienas pagrindinių prezidento Obamos patarėjų klimato kaitos klausimais. Bijau, kad mums pasiseks ištrūkti iš keturių, ir noriu įsitikinti, kad niekas nematė šešių.

Skirtumas tarp dviejų ir keturių laipsnių yra dar ketvirtadalis milijardo žmonių, neturinčių patikimos prieigos prie vandens, daugiau nei šimtas milijonų žmonių yra labiau paveikti potvynių ir didžiulis pasėlių derliaus sumažėjimas visame pasaulyje. Studija Klimato kaitos komitetas, Londone įsikūrusi mokslinė grupė, įsteigta patarti JK vyriausybei (žr. toliau).

Be kokių nors drastiškų veiksmų, klimato kaita iki šio amžiaus vidurio kasmet gali nužudyti pusę milijono žmonių.

Idėja, kad galėtume kovoti su šiais pavojais pertvarkydami patį klimatą, technikos, bendrai vadinamos geoinžinerija, iš mokslo pakraščių pradėjo kilti maždaug prieš dešimtmetį (žr. „Geoinžinerijos gambitas“). Dabar idėja auga: vis niūresnės klimato prognozės įtikino vis daugiau mokslininkų, kad laikas pradėti eksperimentus, kad išsiaiškintų, kas galėtų pasiteisinti. Be to, įspūdingas sąrašas institucijų, įskaitant Harvardo universitetą Carnegie taryba , ir Kalifornijos universitetas, Los Andželas , neseniai sukūrė mokslinių tyrimų iniciatyvas.

Nedaug rimtų mokslininkų ginčytųsi, kad artimiausiu metu turėtume pradėti diegti geoinžineriją. Tačiau laikui bėgant, būtina išnagrinėti bet kokią galimybę, kuri galėtų atitraukti pasaulį nuo katastrofos slenksčio, sako buvusi Lawrence'o Livermore'o nacionalinės laboratorijos direktoriaus pavaduotoja Jane Long. Aš tikrai nežinau, koks yra atsakymas, sako ji. Bet aš tikiu, kad turime nuolat sakyti, kas yra tiesa, ir tiesa yra ta, kad mums jos gali prireikti.

Svajonės apie dulkes

Mitchellas dirba mažame kvadratiniame biure viršutiniame Dykumos tyrimų instituto aukšte. Krūvos mokslinių straipsnių prigrūsta prie jo stalo; žurnalai ir segtuvai pakuoja jo knygų lentyną. Gležnų ledo kristalų vaizdai iš arti kabo ant skelbimų lentos virš jo kompiuterio monitoriaus nykščių segtukų.

2005 m. pavasarį per sabatą Nacionaliniame atmosferos tyrimų centre Boulderyje, Kolorado valstijoje, Mitchellas pradėjo tyrinėti, kaip ledo kristalų dydis veikia plunksninius debesis ir klimato sistemą. Jis ir jo kolegos rasta kad didesni kristalai, kurie paprastai susidaro esant dulkių dalelėms, sudarė mažiau ir plonesnių plunksninių debesų.

Tas taškas įstrigo Mitchello smegenyse. Vieną rytą, netrukus grįžęs į Nevadą, jis susapnavo sapną, kuriame ši įžvalga peraugo į klimato inžinerijos schemą. Jis pabudo galvodamas, ar tyčia pridėjus dulkių tose vietose, kur susidaro šie debesys, atsirastų didesni ledo kristalai, sumažėtų plunksnos danga ir į kosmosą išleistų daugiau šilumos.

280 mln

daugiau žmonių, neturinčių pakankamai vandens

120 mln

daugiau žmonių, nukentėjusių nuo didelių upių potvynių

12 mln

daugiau žmonių, patyrusių pakrantės potvynių

24 %

pasaulinio kukurūzų produktyvumo sumažėjimas

Nors jis turėjo rimtų abejonių dėl geoinžinerijos, jis nusprendė ištirti idėją. 2009 metais jis su kolega paskelbė a popierius Tai rodo, kad plunksninių debesų sėjimas su mažytėmis bismuto trijodido dalelėmis – neorganiniu junginiu, kuris gali suskaidyti į reikiamą submikrometro dydį – gali iš esmės kompensuoti klimato kaitą. Visai neseniai Mitchellas apskaičiavo, kad kasmet prireiktų apie 160 tonų šios medžiagos debesims išsėti tose srityse, kurias jis galvoja, o tai kainuotų apie 6 mln.

8 %

vasarinių kviečių derliaus sumažėjimas

3. 4 %

augalų rūšių netenka pusės tinkamos buveinės

dvidešimt vienas%

žinduolių rūšių praranda savo buveines

Ne visi sutinka, kad pasiūlymas būtų veiksmingas. Įtrauktas 2013 m Mokslas MIT atmosferos mokslininko Dano Cziczo vadovaujama išvada, kad ledo kristalų susidarymas aplink dulkes, žinomas kaip nevienalytis ledo branduolys, jau yra dominuojantis mechanizmas, sukuriantis plunksninius debesis. Tai gali reikšti, kad pridėjus daugiau dulkių susidarytų storesni debesys, kurie sulaiko daugiau šilumos. Didesnė idėjos problema, Cziczo teigia, kad debesys yra mažiausiai suprantama klimato sistemos dalis. Jis sako, kad mes neturime beveik pakankamai žinių apie debesų mikrofiziką ar pakankamai tikslių matavimų, kad galėtume tokiu būdu tiksliai manipuliuoti klimatu.

Tačiau naujausias Mitchello tyrimas, pagrįstas NASA Calipso palydovo ledo kristalų koncentracijos stebėjimais, dar labiau jį įtikino, kad debesų sėjimas gali būti veiksmingas, jei tai daroma regionuose, kur plunksniniai debesys susidaro daugiausia be dulkių dalelių. Savo biuro monitoriuje Mitchellas ištraukia žemėlapių puslapį iš popieriaus, kurį vasario pabaigoje pristatė Nacionaliniame atmosferos tyrimų centre. Tamsiai ir šviesiai mėlyni taškai, vaizduojantys nevienalyčius Cziczo debesis, dominuoja vidutinėse platumose, apimančiose didžiąją dalį Pietų Amerikos ir Afrikos. Tačiau aukštesnės platumos yra padengtos raudonais, geltonais, oranžiniais ir žaliais taškais, kurie rodo debesų rūšis, kurias Mitchell turi omenyje.

Palydovinės nuotraukos rodo, kad labai šaltomis ir drėgnomis sąlygomis link ašigalių ir ypač žiemą, mažyčiai ledo kristalai gali susidaryti patys savaime, be dulkių. Tai rodo, kad debesų sėjimas gali veikti, jei tais mėnesiais jis bus nukreiptas į tas sritis. Mitchellas netgi mano, kad jis sugalvojo būdą, kaip priversti gamtą atlikti lauko eksperimentą, kad patikrintų savo teoriją. Pavasarį ir žiemą stiprūs vėjai Mongolijos dykumose ir vakariniame Kinijos pakraštyje reguliariai sukelia dideles dulkių audras. Smulkios dalelės pučia Ramųjį vandenyną ir patenka į atmosferos bangą, kuri ritasi per Uolinius kalnus.

Jei Mitchellas yra teisus, dulkės turėtų skatinti plonesnius plunksninius debesis tose vietose, kur kitu atveju dominuoja storesnis debesų tipas. Nebuvo galimybės tinkamai stebėti šio reiškinio – iki praėjusių metų pabaigos, kai Nacionalinė vandenynų ir atmosferos administracija į kosmosą paleido palydovą su galingiausia kada nors į kosmosą paleista vaizdo gavimo technologija, taip pat jutikliais, galinčiais matuoti debesų temperatūrą. . Palydovas turėtų sugebėti tiksliai užfiksuoti tai, kas vyksta dulkėms skraidant virš Uolinių kalnų ir aptikti subtilius debesų mikrofizikos pokyčius.

Praėjusiais metais Mitchell pateikė NOAA tyrimų pasiūlymą, prašydamas agentūros naudoti palydovą tokiems stebėjimams atlikti. Jis žino, kad tai toli, ypač atsižvelgiant į Trumpo administracijos pastangas sumažinti klimato mokslo finansavimą. Bet jei NOAA sutiks, testas gali suteikti svarbos jo teorijai arba, žinoma, jai prieštarauti.

Kitas lauko geoinžinerijos eksperimentas turėtų įvykti dar anksčiau.

Iki to laiko kitais metais Harvardo profesoriai Davidas Keithas ir Frankas Keutschas tikisi paleisti didelio aukščio balioną iš Tuksono, Arizonos valstijos. Taip bus pradėtas mokslinių tyrimų projektas, skirtas ištirti saulės spinduliuotės valdymo metodo įgyvendinamumą ir riziką. Pagrindinė idėja yra ta, kad purškiamos medžiagos į stratosferą galėtų padėti atspindėti daugiau šilumos atgal į kosmosą, imituojant natūralų aušinimo reiškinį, kuris atsiranda po to, kai ugnikalniai į dangų išsprogdina dešimtis milijonų tonų sieros dioksido (žr. Atšilimas).

Mokslininkai paprastai mano, kad ši technika sumažintų temperatūrą, tačiau kyla nuolatinis klausimas: ką dar ji padarys? Pažymėtina, kad ugnikalnių išsiveržimai taip pat buvo reikšmingi pakeisti kritulių modeliai tam tikrose vietose, o sieros dioksidas ardo apsauginį ozono sluoksnį.

Labiausiai tikėtini klimato scenarijai ilgesniam laikui yra pražūtingi ateities kartoms, visiškai niokojantys.

Keithas atliko išsamų klimato modeliavimą, siekdamas išsiaiškinti, ar kitos medžiagos, įskaitant aliuminio oksidą, deimantų dulkes ir kalcio karbonatą, gali turėti neutralų ar net teigiamą poveikį ozonui. Per pokalbį savo biure Harvarde jis pabrėžė, kad eksperimentai nebūtų pačios geoinžinerijos išbandymas. Tačiau jie leistų jo grupei pritaikyti savo modelius realaus pasaulio duomenims, atskleisti daugiau apie atitinkamą stratosferos fiziką ir chemiją. Vien teorija nepasako, kas nutiks atmosferoje, sako Keithas. Galite apgauti save, jei neišeinate ir neatliksite tiesioginių matavimų.

Keithas jau pradėjo projektavimo darbus su oro balionų kompanija „World View Enterprises“, taip pat diskutavo apie tinkamą skaidrumą ir priežiūrą tokiems lauko eksperimentams. Ankstyvųjų skrydžių metu būtų išbandytas pagrindinis baliono veikimas, kuris būtų pririštas prie gondolos su sraigtais, purkštuvais ir jutikliais. Tačiau galiausiai eksperimentas apimtų smulkių medžiagų, tikriausiai kalcio karbonato, išleidimą į stratosferą. Tada balionas sektų tą pėdsaką atvirkščiai, leisdamas jutikliams išmatuoti, kaip gerai dalelės išsklaido saulės šviesą, ar jos susilieja, ar išsisklaido, ir kaip jos sąveikauja su ozono pirmtakais.

Nežinomi nežinomieji

Viso masto geoinžinerija neišvengiamai būtų susijusi su tam tikru rizikos lygiu. Tikėtina, kad susidursime su siaubingu pasirinkimu – priimti aiškius klimato kaitos pavojus ir rizikuoti geoinžinerijos nežinomybėmis. Alanas Robockas , Rutgerso aplinkos mokslų profesorius, paskelbė a sąrašą Iš 27 technologijos keliamų pavojų ir rūpesčių, įskaitant jos potencialą ardyti ozono sluoksnį ir sumažinti kritulių kiekį Afrikoje ir Azijoje.

Galiausiai Robockas nerimauja, kad geoinžinerija gali būti pernelyg rizikinga, kad ją kada nors būtų galima išbandyti. Mes nežinome, ko nežinome, sako jis. Ar vienintelę žinomą protingą gyvybę turinčią planetą turėtume patikėti šiai sudėtingai techninei sistemai? MIT Cziczo yra bukesnis. Žinome, kad problema yra šiltnamio efektą sukeliančios dujos, todėl sprendimas yra pašalinti šiltnamio efektą sukeliančias dujas, sako jis. Jūs nesistenkite daryti to, ko mes visiškai nesuprantame.

Su geoinžinerijos tyrimais susijusios išlygos buvo išryškintos kovo pabaigoje, kai dešimtys žymių klimato ir socialinių mokslų mokslininkų susirinko į Carnegie tarptautinę taiką Vašingtone, į JAV Saulės geoinžinerijos tyrimų forumą. Kalbėtojai pabrėžė ilgą neatsakytų ir galbūt neatsakomų klausimų apie tarptautinį valdymą sąrašą: kas gali nuspręsti, kada spausti gaiduką? Kaip nustatyti teisingą vidutinę temperatūrą, kai tos pačios temperatūros skirtingoms tautoms paveiks labai skirtingai? Ar viena tauta gali būti laikoma atsakinga už neigiamą jos geoinžinerijos schemos poveikį kitos šalies orams? Ar šios priemonės galėtų būti panaudotos tyčia užpulti kaimyninę tautą? Ir ar konfliktai dėl šių klausimų gali virsti karu?

Dar negirdėjau jokio būsimo saulės geoinžinerijos pasaulio aprašymo, kuris man skambėtų kitaip nei distopiškai ar labai nerealiai, sakė Rose Cairns, Sasekso universiteto mokslinė bendradarbė, prisijungusi prie rytinės diskusijos iš Anglijos per Skype.

Susijusi istorija

Skaitykite toliau Sąmoningai sukurti Žemės atmosferą, kuri kompensuotų kylančią temperatūrą, gali būti daug lengviau, nei įsivaizduojate, sako Davidas Keithas. Bet ar tai gera idėja?

Bet Harvardo Schragas ginčijosi priešingai : kad baisiausia ateities versija gali būti ta, kurioje geoinžinerija niekada nebus plėtojama ar įdiegta. Nemanau, kad žmonės supranta, su kuo mes susiduriame su klimatu, sakė jis. Labiausiai tikėtini klimato scenarijai ilgesniam laikui yra pražūtingi ateities kartoms, visiškai niokojantys.

Blykstelėdamas skaidres, pabrėžiančias dramatišką jūros ledo praradimą Arktyje ir Antarktidoje pastaraisiais mėnesiais, Schragas pabrėžė, kad klimato kaita jau daro matomą poveikį greičiau, nei kas tikėjosi. Jis pridūrė, kad sunku numatyti bet kokį scenarijų, pagal kurį galėtume sumažinti šiltnamio efektą sukeliančių dujų kiekį pakankamai greitai, kad išvengtume daug didesnių pavojų: tikėtina, kad jau išleistas kiekis užblokuos kitą atšilimo laipsnį, net jei rytoj sustabdysime emisijas. .

Jo nuomone, šios sunkios realybės reiškia, kad turime pabandyti atsakyti į sudėtingus geoinžinerijos klausimus. Jis vis tiek kiekvienu mano matytu atveju yra geresnis už alternatyvą tiesiog leisti klimatui sušilti, sakė jis. Atsižvelgiant į pasaulio trajektoriją ir išmetamųjų teršalų mažinimo sunkumus, tai tikrai turime suprasti.

Baimės galia

Didžiąją savo karjeros dalį Mitchellas priešinosi geoinžinerijai. Idėja, kad žmonija turėtų tvarkytis su puikiai sureguliuota klimato sistema, jam atrodė neįtikėtinai arogantiška. Tačiau, kaip ir kiti tyrinėtojai, dešimtmečius spoksoję į vis baugesnes projekcijas, o pasaulis ignoravo garsiausius mokslininkų žinomus įspėjimus, jis nenoriai pakeitė savo požiūrį.

Gali prireikti dešimtmečių, kol sužinosite, kurie geoinžinerijos metodai gali būti naudingi, ar galima sumažinti šalutinį poveikį aplinkai ir ar tai galiausiai per pavojinga. Kuo ilgiau lauksime, kol pradėsime rimtus tyrimus, tuo didesnė rizika, kad staigių klimato sukrėtimų akivaizdoje panaudosime nesaugų įrankį arba neturėsime jo rankose, kai to prireiks. Ir niekas iš tikrųjų nežino, kada tai gali būti.

Mitchellas sako, kad klimato inžinerijos poreikis gali atsirasti greičiau, nei mes suprantame.

paslėpti