Solar geoengineering for at afkøle planeten:Er det risiciene værd?

Da jeg første gang skrev om geoengineering i 2012, blev det i bedste fald betragtet som langt ude og skørt af de fleste. Men 12 år senere, mens der stadig er kontroverser og betydelig modstand mod at implementere det, presser respektable videnskabsmænd og institutioner på for mere forskning i geoengineering - den bevidste og storstilede intervention i vores klimasystem for at moderere den globale opvarmning.

Det meste af den nuværende opmærksomhed er fokuseret på solar geoengineering, en strategi, der involverer at reflektere sollys væk fra Jorden for at afkøle Jorden. Hvor meget ved vi om det og dets risici? Og hvor skal vi tage det herfra?

Hvorfor den voksende støtte til forskning i solar geoingeniør?

I mange år blev al geoingeniørforskning frarådet af mange videnskabsmænd og eksperter af frygt for, at det ville give en undskyldning for ikke at reducere emissionerne. Nogle højreorienterede politikere som Newt Gingrich promoverede det som en måde at reducere den globale opvarmning uden at skulle skære ned i emissionerne. Geoingeniørforskning er også kontroversiel, fordi der var og stadig er mange usikkerhedsmomenter om dens potentielle virkninger på klimasystemet og økosystemerne.

Ikke desto mindre efterlyser James Hansen, direktør for programmet for klimavidenskab, bevidsthed og løsninger på Columbia's Climate School, som første gang advarede Kongressen om risici for klimaændringer i 1988, og en gruppe på mere end 60 forskere efterlyser mere forskning i solar geoengineering.

Derudover støtter US National Academy of Sciences, Environmental Defense Fund, Natural Resources Defense Council og Union of Concerned Scientists alle solar geoengineering forskning. En rapport fra Det Hvide Hus fra 2022 udtrykte også stærk støtte til forskningen.

Eksperter siger, at støtten til forskning vokser, fordi menneskeheden ikke gør nok hurtigt nok til at reducere kulstofemissioner for at forhindre alvorlige og forværrede klimapåvirkninger. På grund af luftkvalitetsbestemmelser har et fald i emissionen af ​​svovldioxid-aerosol fra kulværker og skibsfart, der hjalp med at beskytte Jorden mod solstråling, resulteret i, at verden opvarmes hurtigere end tidligere forventet, ifølge en ny undersøgelse foretaget af Hansen og kolleger. De forventer, at opvarmningen vil overstige 1,5°C ved udgangen af ​​dette årti og 2°C i 2050, hvilket kan resultere i katastrofale klimapåvirkninger.

De potentielt katastrofale klimapåvirkninger og muligheden for at passere klimavendepunkter, såsom optøning af den arktiske permafrost eller uddøen af ​​Amazonas regnskoven, kunne nødvendiggøre brugen af, hvad der engang var utænkelige strategier.

I et åbent brev sagde de 60 videnskabsmænd, at på grund af disse alvorlige risici og muligheden for, at et eller andet desperat land en dag vil ty til solar geoengineering, skal det undersøges grundigt så hurtigt som muligt, med både fordele og ulemper klart vurderet.

Det meste af forskningen i solar geoengineering-strategier er i øjeblikket fokuseret på stratosfærisk aerosol-injektion (SAI, også kaldet solar radiation management eller SRM) og marin skylysning; andre strategier omfatter udtynding af cirrusskyer og brug af spejle eller parasoller.

Sol-aerosolinjektion

Efter at Pinatubo-bjerget i Filippinerne brød ud i 1991 og sendte 20 millioner tons svovldioxid ind i stratosfæren, afkøledes Jorden med 0,5°C. Når svovldioxid kommer ind i atmosfæren, reagerer det med vanddamp og danner dråber - aerosoler, der reflekterer sollys væk fra Jorden. SAI ville genskabe Pinatubos effekt ved at skyde svovldioxid ind i stratosfæren for midlertidigt at blokere for sollys.

Harvards Solar Geoengineering Research Program hævder, at SAI kunne sænke havoverfladetemperaturerne, hvilket ville mindske risikoen for koralblegning, bremse arternes bevægelse mod køligere områder og reducere tab af havis og gletsjersmeltning. Resultaterne ville være hurtige og give mennesker mere tid til at reducere kulstofemissioner og overgang til vedvarende energi.

Men i modsætning til CO₂ fjernelse, en mangefacetteret geoengineering strategi, der har mere accept, solar geoengineering reducerer ikke CO₂ i atmosfæren. Det ville ikke gøre noget for at adressere havforsuring, som skader marine økosystemer, fordi havet absorberer 25 % af CO₂ mennesker udsender og ændrer dets kemi.

Desuden er en brat brug af SAI muligvis ikke effektiv nok til fuldt ud at afhjælpe ændringer forårsaget af et opvarmende dybt hav, såsom opbremsningen af ​​den atlantiske meridionale væltning, ifølge en nylig undersøgelse. Andre problemer forårsaget af et opvarmende dybhav, herunder ændrede vejrmønstre, havniveaustigning og svækkede strømme, ville også fortsætte.

De usikre konsekvenser af SAI

Fordi der ikke er nogen international styring for solar geoengineering, er der stærk modstand mod storstilet implementering af SAI. Næsten al forskning i solar geoengineering er blevet udført med computermodellering, så ingen ved præcis, hvad der kunne ske, hvis det blev indsat på planetarisk skala.

De, der er imod fremme af SAI-forskning, er bekymrede over dets potentielle og usikre indvirkning på klimaet og økosystemerne, som modellering har afsløret. Undersøgelser viser, at SAI kan svække det stratosfæriske ozonlag, ændre nedbørsmønstre og påvirke landbruget, økosystemtjenesterne, livet i havet og luftkvaliteten.

Ydermere vil påvirkningerne og risici variere afhængigt af, hvordan og hvor det udbredes, klimaet, økosystemerne og befolkningen. Ud over variationer i anvendelsen kan små ændringer i andre variabler, såsom størrelsen af ​​aerosoldråberne, deres kemiske reaktivitet og hastigheden af ​​deres reaktioner med ozon, også give andre resultater.

For eksempel studerede NOAA, Cornell og Indiana University en række implementeringsstrategier ved at bruge en model, der varierede mængden af ​​svovldioxid, der blev injiceret i stratosfæren, og også hvor det blev injiceret. Resultaterne viste faldende overfladetemperaturer, men også en reduktion af ozon over Antarktis og indvirkning på storskala cirkulationsmønstre og regionalt vejr.

Tolv andre modeller forventede, at hvis nok SAI blev indsat til at opveje opvarmningen af ​​firdoblet CO₂ , kunne dele af troperne have 5 % til 7 % mindre nedbør hvert år sammenlignet med præindustriel tid, hvilket kan skade afgrøder og regnskove.

En model indikerede, at SAI indsat over Det Indiske Ocean for at øge nedbøren over det tørkeramte Sahel i Nordafrika ville ende med at skubbe tørken til lande i Østafrika. Og en undersøgelse fra 2022 viste, at SAI kunne flytte malaria fra højlandsområder i Østafrika til lavlandsområder i Sydasien og Afrika syd for Sahara, efterhånden som de blev køligere.

Ifølge Gernot Wagner, medstifter af Harvards Solar Geoengineering Research Program og i øjeblikket klimaøkonom ved Columbia Climate School, er de vigtigste og mest afgørende modelleringsvariabler, hvor højt oppe i stratosfæren, og hvor specifikt SAI er indsat. Wagner sagde, at hvis kun én halvkugle afkøles, får du "skøre resultater", såsom at slukke for den indiske monsun.

"Videnskaben har mere eller mindre smeltet sammen omkring ideen om, at du ønsker at blive [indsat] et sted mellem plus og minus 15 grader fra ækvator. Og uanset hvor du er omkring ækvator, vil du gerne gøre det samme mod nord, som du gør sydpå. " han sagde. "Det er lige meget hvilken længdegrad, fordi det vil sprede sig globalt.

"I det store hele er de hundredvis af klimamodeller enige om, at [hvis SAI implementeres på denne måde] har du mere eller mindre en ensartet global effekt. Det betyder, at det meste af det, vi kan måle - temperaturer, vandtilgængelighed, ekstrem temperatur, ekstrem nedbør – kommer tættere på førindustrielle niveauer med solar geoengineering end uden."

Wagner citerede et Harvard-blad, der modellerede en version af solar geoengineering med en langsom rampe-up for at halvere opvarmningen. "Når den ganske vist er modelleret på denne idealiserede måde, ser sol-geoengineering ud til at have disse ærligt talt overraskende nettofordele. Fordelene dværgede omkostningerne med så meget," sagde han. "Det er opmuntrende på en måde, der får mig til at tro, at det er det værd at fortsætte med at forske."

Hvad ville SAI-implementering tage?

I 2011 anslog David Keith, Harvard's Solar Geoengineering Research Program medstifter, som nu er ved University of Chicago, og atmosfæreforskeren Ken Caldeira, at vende 10 % af opvarmningen forårsaget af en fordobling af CO₂ niveauer sammenlignet med den førindustrielle æra, ville flere hundrede tusinde tons svovldioxid skulle injiceres årligt over et årti. For at bremse opvarmningen markant eller vende den, ville SAI kræve millioner af tons svovldioxid hvert år.

I øjeblikket kan kun få forskningsfly operere i den nødvendige højde, fordi atmosfæren er så tynd, og derudover er de ikke i stand til at transportere så mange tons svovldioxid. Det betyder, at der skulle bygges en ny flåde af højhøjdefly designet specielt til formålet; at skabe denne flåde kan tage et årti eller mere. Når først flyene er bygget, kan SAI koste 18 milliarder dollars pr. afkølingsgrad hvert år.

Selvom det lyder som mange penge, sagde Wagner, at omkostningerne er minimale sammenlignet med de potentielle sociale fordele. Men fordi fordelene overstiger omkostningerne med så meget, hvilket normalt ville få os til at konkludere, at vi burde gå hovedkulds ind i SAI, er en cost-benefit-analyse ikke det rigtige kriterium for at træffe beslutninger om SAI. Tværtimod sagde han:"Det handler om at veje risikoen for ubegrænsede klimaændringer - den verden, vi er på vej mod - over for risiciene ved en verden, der også overvejer solar geoengineering.

"Men selvom risiciene er store, selvom klimausikkerhederne er så store, at de overskygger alt andet, da det ser ud til at være rigtigt, at solar geoengineering bringer os tættere på førindustrielle niveauer af globale gennemsnitstemperaturer, burde det også hjælpe os afbøde og forstå disse risici og usikkerheder," sagde Wagner.

Når først det er påbegyndt, ville SAI skulle fortsætte i nogle årtier, hvis vi formår at reducere vores emissioner, eller måske århundreder eller årtusinder, hvis vi ikke gør det. Men hvis SAI pludselig blev stoppet, kunne planeten opleve termineringschok - når temperaturerne stiger til de niveauer, de ville have nået uden SAI. Fordi SAI ikke ville reducere drivhusgasemissionerne, men kun maskere deres opvarmningseffekt, ville emissionerne fortsætte med at opbygge sig i atmosfæren.

Lige nu opvarmes planeten gradvist. Pludselig opvarmning ville være katastrofal, fordi økosystemer og mennesker ville have mindre tid til at tilpasse sig. Og jo hurtigere klimaet ændres, jo større er risikoen for uforudsete påvirkninger. Naturkatastrofer, terrorangreb eller politisk aggression kan alle potentielt fremkalde opsigelseschok.

Små SAI-eksperimenter

SAI-eksperimenter i små felter, der sætter forskere i stand til bedre at forstå aerosoladfærd, kemiske reaktioner, overvågningsevner og hvordan ozon påvirkes, er stigende.

I 2021 planlagde Harvard et lille feltforsøg, som ville have været det første eksperiment udført i stratosfæren. Stratospheric Controlled Perturbation Experiment (SCoPEx) ville have sendt en selvkørende ballon op i himlen, frigivet et halvt kilogram sulfat - som findes naturligt i naturen - og derefter overvåge, hvordan partiklerne spredte sig, og hvor meget sollys der blev reflekteret fra dem.

Testlanceringen i Sverige blev aflyst på grund af indvendinger fra de lokale samiske oprindelige folk og miljøgrupper, der frygtede, at SAI "medfører risici for katastrofale konsekvenser."

Britiske forskere opsendte adskillige balloner i 2021 og 2022. Opsendelsen af ​​en vejrballon i høj højde i 2022 frigav et par hundrede gram svovldioxid i stratosfæren med det formål at teste ballonsystemet.

I mellemtiden siger Make Sunsets, et startup-firma, at det har lanceret 52 balloner og "neutraliseret 16.141 ton-års opvarmning." Det sælger "kølekreditter" for $10, som hver, hævder, vil opveje opvarmningseffekten af ​​et ton CO₂ for et år. I 2023 gennemførte Make Sunsets to uautoriserede opsendelser, der frigav svovldioxid i Mexico, hvilket resulterede i, at den mexicanske regering forbød geoteknik i solenergi.

Marine sky lysere

Marine cloud brightening (MCB) ville sprede havsalt aerosoler ud i atmosfæren for at skabe stratocumulus skyer, der reflekterer sollys. Havsaltaerosoler er meget reflekterende, tiltrækker vandmolekyler og holder skyer på himlen længere end normalt. Mens saltaerosoler forekommer naturligt, når vinde pisker dem op fra havet, ville MCB generere dem fra en flydende pram og sende dem ud i atmosfæren. I sagens natur ville MCB være lokaliseret. Nogle forskere hævder, at brug af MCB over kun 5 % af verdenshavene kan opveje virkningerne af global opvarmning.

Great Barrier Reef Foundation har forsket i MCB, da revet oplever sin femte masseblegning på otte år. Revet har størst risiko for blegning, når vejret er varmt og der er få skyer. Forskere brugte en havsaltsprøjte på en pram, der sugede havvand op, forstøvede det og skød mikroskopiske havsaltkrystaller op i himlen. Modelleringsforskningen fandt ud af, at sprøjterne skulle fungere i uger til måneder og afkøle vandet gradvist.

For nylig foreslog en gruppe atmosfæriske forskere et MCB-forskningsprogram, herunder modellering, laboratorieundersøgelser og felteksperimenter. Forskere fra University of Washington, som også kører et MCB-projekt, anslår, at det vil vare et årti, før de ved nok til at prøve MCB i stor nok skala til at afkøle planeten.

Usikkerhed om MCB

MCB i stor skala, der kan opveje alvorlige klimapåvirkninger, kan dog også ændre klima- og vejrmønstre. En forsker fra UC Santa Barbara fandt ud af, at mens MCB hurtigt kunne sænke temperaturerne, ville det også undertrykke ENSO, El Niño-Sydlige Oscillationen, som påvirker globale vejrmønstre. MCB kan få La Niña-fasen af ​​ENSO til at fortsætte, hvilket vil gøre det sydlige USA varmere og tørrere og øge aktiviteten i atlantisk orkan. Forskningen antydede, at MCB også kunne øge opvarmningen i Indonesien og det nordlige Australien.

På grund af usikkerhed om MCB's virkninger underskrev 101 lande som parter i London-konventionen og protokollen – internationale traktater, der regulerer dumpning af affald på havet – en erklæring, der siger, at andre marine geoingeniøraktiviteter end videnskabelig forskning bør udskydes.

Andre solar geoingeniørstrategier

Cirrusskyen bliver tyndere

Højtliggende cirrusskyer er sammensat af iskrystaller og reflekterer dermed sollys, men resulterer også i opvarmning, fordi de fanger varmen, der udstråler fra Jordens overflade. Cirrus-sky udtynding involverer at sprøjte partikler af sølviodid ind i skyerne i højder af 4.500 til 9.000 meter. Dette tjener til at forstørre iskrystallerne i cirrusskyerne, så de falder ud af atmosfæren.

De færre og tyndere cirrusskyer, der er tilbage, ville fange mindre stråling fra Jorden. Risikoen for udtynding af cirrusskyer er endnu ikke fuldt ud forstået, og nogle forskere er bekymrede for, at det kan påvirke regional og sæsonbestemt nedbør.

Solskærme

Nogle videnskabsmænd forsker i muligheden for at sende en kæmpe solskærm til et punkt mellem Jorden og solen for at blokere for solstråling. En MIT-gruppe er ved at udforske at skabe en skygge af "rumbobler", mens forskere fra University of Hawaii overvejer at binde et enormt solskjold til en asteroide.

Israelske forskere er ved at designe en lille prototype af en gruppe solskærme, der ikke helt blokerer solen, men spreder den. Andre har tidligere foreslået lignende strategier. Men den franske videnskabsmand Susanne Baur, der studerer modifikation af solstråling, siger, at solskærmsstrategien ville være for dyr, for let beskadiget af rumsten og tage for lang tid at implementere.

Behovet for geoengineering governance

Der er ingen international, national eller statslig ramme, der i øjeblikket styrer geoengineering. Som følge heraf er et bekymrende fremtidsscenarie, at klimapåvirkningerne i et særligt sårbart land vil være så alvorlige, at det tyr til at implementere SAI alene, før verden er klar til det. Dette kan forårsage politisk ustabilitet eller provokere gengældelse fra andre lande, der lider under dets virkninger.

Et andet muligt scenarie er, at en person eller en startup beslutter sig for at eksperimentere med geoengineering på egen hånd. I dag i USA skal enhver, der ønsker at skyde aerosoler op i himlen, blot udfylde en formular på én side til handelsministeriet og NOAA ti dage i forvejen.

Det er afgørende for verdenssamfundet at etablere en international styringsstruktur for solar geoengineering. Men fordi dette er en så skræmmende og kompleks opgave, er der mange lande, organisationer og videnskabsmænd, der modsætter sig selv at lade forskningen udvikle sig.

I 2010 blev der indført et globalt de facto moratorium for storstilet geoengineering, herunder solar geoengineering. For nylig blev et forslag om at indkalde en forskergruppe til at studere de potentielle anvendelser, risici og etiske overvejelser ved solar geoengineering nedstemt af delegerede ved FN's miljøforsamling. Panelet ville have bestået af eksperter fra UNEP og internationale videnskabelige organisationer.

Fordi forslaget kunne have undermineret det eksisterende moratorium, blokerede landene i Afrika, Stillehavet og Latinamerika, som er mere sårbare over for klimapåvirkninger, det. I 2022 underskrev 500 videnskabsmænd fra hele verden en opfordring til en international ikke-brugsaftale om Solar Geoengineering, der foreskrev ingen offentlig finansiering, ingen udendørs eksperimenter, ingen patenter, ingen implementering og ingen støtte i internationale organisationer.

Wagner mener, at et moratorium for udbredelse af solar geoengineering er nødvendigt, men at forskningen bør fortsætte. "Dybest set siger du ingen udrulning over en vis størrelse, og du giver tilladelse til, at forskning kan fortsætte indtil det punkt," sagde han. For at sikre, at disse retningslinjer følges, ville der være behov for formelle, juridiske og regulatoriske styringsaftaler på højt niveau til at vejlede forskning i solenergi-geoteknik.

Wagner ser også gerne en solar geoengineering organisation med et massivt finansieret forskningsprogram, der forsøger at besvare de vigtige spørgsmål på en rationel måde, og som gør forskningen gennemsigtig for at informere om politiske valg, som i sidste ende bør træffes af demokratisk valgte ledere.

"Hvis man ser på klimaudstrålingspåvirkninger på en semi-rationel måde, burde du kunne konkludere, at en lille smule solar geoengineering bør være en del af den klimapolitiske portefølje, fordi det hjælper med at tage kanten af ​​uforstyrrede klimaændringer," sagde Wagner. Porteføljen bør "inkludere nedskæring af CO₂ emissioner i første omgang, såvel som tilpasning." Men, tilføjede han, "SAI-teknologi vil ikke være den eneste redningsmand her. Det er helt klart."

Leveret af planetens tilstand

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra Earth Institute, Columbia University http://blogs.ei.columbia.edu.