Geoengineering Gambit

Floder fodret af smeltende sne og gletsjere leverer vand til over en sjettedel af verdens befolkning - godt og vel en milliard mennesker. Men disse vandkilder forsvinder hurtigt: Himalaya-gletsjerne, der føder floder i Indien, Kina og andre asiatiske lande, kan være væk om 25 år ( efter at denne historie dukkede op på tryk, blev denne påstand trukket tilbage af videnskabsmænd: se rettelse ). Sådanne virkninger af klimaændringer overrasker ikke længere videnskabsmænd. Men den hastighed, hvormed de sker, gør. Jorden ser ud til at ændre sig hurtigere, end klimamodellerne forudsagde, siger Daniel Schrag, professor i jord- og planetvidenskab ved Harvard University, som rådgiver præsident Obama om klimaspørgsmål.

Atmosfæriske niveauer af kuldioxid er allerede steget til 385 ppm, langt over de 350 ppm, som mange forskere siger er den øvre grænse for et relativt stabilt klima. Og på trods af regeringsledede bestræbelser på at begrænse kulstofemissioner i mange lande, stiger de årlige emissioner fra forbrænding af fossile brændstoffer, ikke ned: I løbet af de sidste to årtier er de steget med 41 procent. I de sidste 10 år er koncentrationen af ​​kuldioxid i atmosfæren steget med næsten to ppm hvert år. Med denne hastighed vil de være to gange førindustrielle niveauer i slutningen af ​​århundredet. I mellemtiden er forskerne ved at blive overbevist om, at klimaet kan være mere følsomt over for drivhusgasser på dette niveau, end man engang troede. Sandsynligheden for, at vi kommer til at undgå alvorlige skader, virker ret lav, siger Schrag. Det bedste, vi skal gøre, er nok ikke godt nok.

Denne historie var en del af vores januar 2010-udgave

• Se resten af ​​problemet
• Abonner

Denne chokerende erkendelse har fået mange indflydelsesrige videnskabsmænd, herunder Obama-rådgivere som Schrag, til fundamentalt at ændre deres tankegang om, hvordan de skal reagere på klimaændringer. De er begyndt at opfordre regeringen til at begynde at finansiere forskning i geoengineering – storstilede ordninger til hurtig afkøling af jorden.

Strategier for geoengineering varierer meget, fra at sende billioner af solskjolde ud i rummet til at udløse enorme algeopblomstringer i havene. Den, der har fået mest opmærksomhed i de senere år, involverer at sprøjte millioner af tons svovldioxid højt op i atmosfæren for at danne mikroskopiske partikler, der ville skygge for planeten. Mange geoingeniørforslag går årtier tilbage, men indtil for få år siden anså de fleste klimaforskere dem som noget mellem højteknologisk hybris og science fiction. Faktisk var emnet forbudt område, siger Ronald Prinn, professor i atmosfæriske videnskaber ved MIT. Ikke alene er det uklart, hvordan sådanne tekniske bedrifter ville blive opnået, og om de faktisk ville moderere klimaet, men de fleste videnskabsmænd bekymrer sig om, at de kan få katastrofale utilsigtede konsekvenser. Hvad mere er, ville det forpligte fremtidige generationer til at opretholde disse ordninger på ubestemt tid, hvis man stoler på geoengineering for at afkøle jorden i stedet for at reducere drivhusgasemissionerne. Af disse grunde blev blot diskussion af geoengineering betragtet som en farlig distraktion for politiske beslutningstagere, der overvejede, hvordan de skulle håndtere global opvarmning. Prinn siger, at han indtil for et par år siden troede, at dets fortalere var ude af den dybe ende.

Multimedier

• Prinn video

• Wright video

Det er ikke bare en frynsetanke længere. Det Forenede Kongeriges Royal Society udsendte en rapport om geoengineering i september, der skitserede de kommende forsknings- og politiske udfordringer. National Academies i USA arbejder på en lignende undersøgelse. Og John Holdren, direktøren for Det Hvide Hus Office of Science and Technology Policy, kom med ideen kort efter, at han blev udnævnt. Klimaforandringerne sker hurtigere end nogen tidligere forudsagt, sagde han under en samtale. Hvis vi bliver tilstrækkeligt desperate, kan vi prøve at engagere os i geoengineering for at forsøge at skabe kølende effekter. For at forberede os, sagde han, er vi nødt til at forstå mulighederne og de mulige bivirkninger. Selv den amerikanske kongres har nu interesseret sig og holdt sine første høringer om geoengineering i november.

Geoengineering er måske en frygtelig idé, men det er måske bedre end at gøre ingenting, siger Schrag. I modsætning til mange tidligere fortalere, mener han ikke, at det er et alternativ til at reducere udledningen af ​​drivhusgasser. Det er ikke et techno-fix. Det er ikke et plaster. Det er en tourniquet, siger han. Der er potentielle bivirkninger, ja. Men det kan være bedre end alternativet, som bløder ihjel.

FEM GEOENGINEERINGSORDNINGER
Forskere og iværksættere har foreslået tilgange lige fra de relativt billige og enkle til de omfattende. Her er dem, der har fået mest opmærksomhed indtil videre.
Sulfatinjektion: Fly, eller en slange ophængt af hundredvis af vingeformede balloner, kunne injicere aerosoler i den øvre atmosfære. Partiklerne ville reflektere lys og skygge for jorden. Fordele: Det kunne være billigt og hurtigtvirkende og afkøle jorden på måneder. Ulemper: Det kan forårsage tørke. Injektioner skal muligvis fortsætte i hundreder af år. Fotokredit: Brown Bird Design

Søndags storme

Ideen om geoengineering har en lang historie. I 1830'erne ønskede James Espy, den første føderalt finansierede meteorolog i USA, at brænde store skår af Appalachian-skov hver søndag eftermiddag, idet den antog, at varmen fra brandene ville fremkalde regelmæssige regnbyger. Mere end et århundrede senere overvejede meteorologer og fysikere i USA og Sovjetunionen hver for sig en række ordninger til at ændre klimaet, ofte med det formål at varme de nordlige breddegrader op for at forlænge vækstsæsonen og rydde sejlruterne gennem Arktis.

I 1974 foreslog en sovjetisk videnskabsmand, Mikhail Budyko, for første gang, hvad der i dag sandsynligvis er den førende plan for nedkøling af jorden: indsprøjtning af gasser i de øvre dele af atmosfæren, hvor

de ville danne mikroskopiske partikler for at blokere for sollys. Idéen er baseret på et naturfænomen. Hvert par årtier går en vulkan i udbrud så voldsomt, at den sender flere millioner tons svovl – i form af svovldioxid – mere end 10 kilometer ind i atmosfærens øvre del, en region kaldet stratosfæren. De resulterende sulfatpartikler spredes hurtigt ud og forbliver suspenderet i årevis. De reflekterer og spreder sollys, hvilket skaber en dis, der bleger blå himmel og forårsager dramatiske solnedgange. Ved at mindske mængden af ​​sollys, der når overfladen, sænker disen også dens temperatur. Det er, hvad der skete efter udbruddet af Pinatubo-bjerget i Filippinerne i 1991, som frigav omkring 15 millioner tons svovldioxid i stratosfæren. I løbet af de næste 15 måneder faldt gennemsnitstemperaturerne med en halv grad celsius. (Inden for få år satte sulfaterne sig ud af stratosfæren, og den kølende effekt var væk.)

Forskere vurderer, at kompensation for stigningen i kuldioxidniveauer, der forventes i løbet af dette århundrede, ville kræve at pumpe mellem en million og fem millioner tons svovl ind i stratosfæren hvert år. Forskellige strategier for at få al den svovl derop er blevet foreslået. Milliardærinvestor Nathan Myhrvold, den tidligere teknologichef hos Microsoft og grundlægger og administrerende direktør for Intellectual Ventures med base i Bellevue, WA, har tænkt på flere, hvoraf den ene udnytter det faktum, at kulfyrede kraftværker allerede udleder enorme mængder af svovldioxid. Disse emissioner forbliver tæt på jorden, og regn vasker dem ud af atmosfæren inden for et par uger. Men hvis forureningen kunne nå stratosfæren, ville den cirkulere i årevis og i høj grad mangedoble dens indvirkning på at reflektere sollys. For at få svovlen ind i stratosfæren, foreslår Myhrvold, hvorfor ikke bruge en fleksibel, oppustelig varmluftballon-røgstabel, der er 25 kilometer høj? Udledningen fra blot to kulfyrede værker kan måske løse problemet, siger han. Han vurderer, at hans løsning vil koste mindre end 100 millioner dollars om året, inklusive omkostningerne ved at udskifte balloner beskadiget af storme.

Sky lysere: Små dråber lavet ved at sprøjte en ekstrem fin tåge af havvand ind i lavtliggende skyer kan få dem til at reflektere mere sollys end almindelige skyer. Fordele: Skygge kan være målrettet - for at stoppe smeltningen af ​​isen i Arktis, for eksempel. Ulemper: Forskere ved ikke, hvordan det ville påvirke nedbør og temperaturer over land, hvor det ville betyde mest.

Ikke overraskende er klimaforskere ikke klar til at skrive under på en sådan ordning. Nogle problemer er indlysende. Ingen har nogensinde prøvet at bygge en 25 kilometer lang skorsten, for det første. Desuden forstår videnskabsmænd ikke atmosfærisk kemi godt nok til at være sikre på, hvad der ville ske; langt fra at lindre klimaændringer, kan skyde tonsvis af sulfater ind i stratosfæren have katastrofale konsekvenser. Kemien er for kompleks til, at vi kan være sikre, og klimamodeller er ikke stærke nok til at fortælle hele historien.

Vi ved, at Pinatubo afkølede jorden, men det er ikke spørgsmålet, siger Schrag. Gennemsnitstemperaturen er ikke det eneste problem. Du er også nødt til at tage højde for regionale variationer i temperatur og virkninger på nedbør, forklarer han - netop de ting, som klimamodeller notorisk er dårlige til at tage højde for. Prinn er enig: Hvis vi sænker niveauerne af sollys, er vi usikre på klimasystemets nøjagtige reaktion på at gøre det, af samme grund som vi ikke ved præcis, hvordan klimaet vil reagere på et bestemt niveau af drivhusgasser. Han tilføjer, at det er det store problem. Hvordan kan du konstruere et system, du ikke helt forstår?

De faktiske virkninger af Mount Pinatubo var i virkeligheden komplekse. Klimamodeller på det tidspunkt forudsagde, at ved at mindske mængden af ​​sollys, der rammer jordens overflade, ville disen af ​​sulfater produceret i et sådant udbrud reducere fordampningen, hvilket igen ville sænke mængden af ​​nedbør på verdensplan. Regnmængden faldt - men med meget mere end forskerne havde forventet. Året efter Mount Pinatubo havde langt den laveste mængde nedbør nogensinde, siger Kevin Trenberth, en seniorforsker ved National Center for Atmospheric Research i Boulder, CO. Faktisk var det 50 procent lavere end det tidligere lave på noget år. . Effekterne var dog ikke ensartede; nogle steder steg nedbøren faktisk. En menneskeskabt sulfatdis kan have lignende uforudsigelige resultater, advarer forskere.

Havbefrugtning: Tilføjelse af jern eller andre næringsstoffer til havet kan fremme algeopblomstring, som ville fange kuldioxid og opbevare noget af det dybt i havet. Fordele: Det ville direkte adressere roden til klimaændringer: kuldioxid i atmosfæren. Ulemper: I bedste fald kan det opveje en ottendedel af de drivhusgasemissioner, der tilskrives mennesker, og det kan skade økosystemerne.

Selv i et bedste tilfælde, hvor bivirkninger

er små og håndterbare, vil afkøling af planeten ved at aflede sollys ikke reducere kuldioxiden i atmosfæren, og forhøjede niveauer af den gas har konsekvenser ud over at hæve temperaturen. Den ene er, at havet optager mere kuldioxid og bliver surere som følge heraf. Det skader skaldyr og nogle former for plankton, en vigtig fødekilde for fisk og hvaler. Fiskeindustrien kan blive ødelagt. Hvad mere er, vil kuldioxidniveauerne fortsætte med at stige, hvis vi ikke tager fat på dem direkte, så enhver sollysreducerende teknologi ville skulle konstant skrues op for at kompensere for deres opvarmningseffekter.

Og hvis geoengineeringen måtte stoppe – for eksempel af miljømæssige eller økonomiske årsager – ville de højere niveauer af drivhusgasser forårsage en brat opvarmning. Selvom geoingeniørarbejdet fungerede perfekt, siger Raymond Pierrehumbert, professor i geofysiske videnskaber ved University of Chicago, er du stadig i den situation, hvor hele planeten kun er en global krig eller depression væk fra at blive ramt med måske hundrede år' global opvarmning på under et årti, hvilket bestemt er katastrofalt. Geoengineering, hvis det blev udført, ville sætte jorden i en ekstremt usikker tilstand.

Smartere sulfater

At finde ud af konsekvenserne af forskellige geoingeniørplaner og udvikle strategier for at gøre dem sikrere og mere effektive vil tage år, eller endda årtier, med forskning. For hver dollar, vi bruger på at finde ud af, hvordan man rent faktisk laver geoengineering, siger Schrag, skal vi bruge 10 dollars på at lære, hvad virkningerne vil være.

Space Shades: Trillioner af diske sendt ud i rummet kunne reflektere indkommende sollys. Fordele: Rumbaserede systemer forurener ikke atmosfæren. Når de først var på plads, ville de afkøle jorden hurtigt. Ulemper: Det kan tage årtier at udvikle teknologien. Og det er fantastisk dyrt at lancere billioner af diske.

Til at begynde med er videnskabsmænd ikke engang sikre på, at sulfater leveret i løbet af årtier, snarere end i en kort vulkansk eksplosion, vil arbejde for at køle planeten ned. Et nøglespørgsmål er, hvordan mikroskopiske partikler interagerer i stratosfæren. Det er muligt, at sulfatpartikler tilsat gentagne gange til det samme område over tid ville klumpe sammen. Hvis det skete, kunne partiklerne begynde at interagere med længere bølget stråling end blot bølgelængderne af elektromagnetisk energi i synligt lys. Dette ville fange noget af den varme, der naturligt slipper ud i rummet, og forårsage en nettovarmeeffekt i stedet for en køleeffekt. Eller de større partikler kunne falde ud af himlen, før de havde en chance for at aflede solens varme. For at studere sådanne fænomener forestiller David Keith, direktøren for Energy and Environmental Systems Group ved University of Calgary, sig eksperimenter, hvor et fly vil sprøjte en gas ved lavt damptryk over et område på 100 kvadratkilometer. Gassen ville kondensere til partikler i stratosfæren, og flyet ville flyve tilbage gennem partikelskyen for at tage målinger. Systematisk ændring af partiklernes størrelse, mængden af ​​partikler i et givet område, tidspunktet for deres frigivelse og andre variabler kunne afsløre nøgledetaljer om deres mikroskala-interaktioner.

Men selvom sulfatpartiklernes opførsel kan forstås og styres, er det langt fra klart, hvordan injicering af dem i stratosfæren ville påvirke enorme, komplekse klimasystemer. Hidtil har de fleste modeller været rå; først for nylig begyndte de for eksempel at tage højde for is- og havstrømme. Sulfater ville afkøle planeten i løbet af dagen, men de ville ikke gøre nogen forskel, når solen ikke skinner. Som følge heraf ville nætterne sandsynligvis være varmere i forhold til dage, men forskere har ikke gjort meget for at modellere denne effekt og studere, hvordan den kunne påvirke økosystemerne. På samme måde kan du påvirke årstiderne, siger Schrag: Sulfaterne ville sænke temperaturerne mindre om vinteren (når der er mindre dagslys) og mere om sommeren. Og videnskabsmænd har ikke gjort meget for at forstå, hvordan stratosfæriske cirkulationsmønstre ville ændre sig med tilsætning af sulfater, eller præcis hvordan nogen af ​​disse ting kunne påvirke, hvor og hvornår vi kan opleve tørke, oversvømmelser og andre katastrofer.

Hvis videnskabsmænd kunne lære mere om virkningerne af sulfater i stratosfæren, kunne det øge den spændende mulighed for smart geoengineering, siger Schrag. Vulkanudbrud er rå værktøjer, der frigiver en masse svovl i løbet af et par dage,

og alt fra ét sted. Men geoingeniører kunne vælge præcis, hvor de skulle sende sulfater ind i stratosfæren, samt hvornår og hvor hurtigt.

Kunstige træer: Forskellige kemiske reaktioner kan bruges til at opfange kuldioxid fra atmosfæren til permanent opbevaring. Fordele: I det lange løb kan dette reducere atmosfæriske koncentrationer af kuldioxid. Der er ingen åbenlys grænse for, hvor meget af drivhusgassen, der kan lagres. Ulemper: Det kunne være meget dyrt og energikrævende, og det ville tage lang tid at reducere temperaturerne.

Indtil videre tænker vi på en meget forsimplet ting, siger Schrag. Vi taler om at indsprøjte ting i stratosfæren på en ensartet måde. De virkninger, der er blevet forudsagt indtil videre, er dog ikke jævnt fordelt. Ændringer i fordampning kan for eksempel være ødelæggende, hvis de forårsagede tørke på landjorden, men hvis mindre regn falder over havet, er det ikke så stort. Ved at drage fordel af stratosfæriske cirkulationsmønstre og sæsonbestemte variationer i vejret, kan det være muligt at begrænse de mest skadelige konsekvenser. Man kan pulse indsprøjtninger, siger han. Du kan bygge smarte systemer, der kan udligne nogle af disse negative effekter.

I stedet for bevidst at forurene stratosfæren er en anden og potentielt mindre risikabel tilgang til geoengineering at trække kuldioxid ud af luften. Men den nødvendige teknologi ville være udfordrende at udvikle og implementere i stor skala.

I sit laboratorium på 10. sal i Manhattan-kvarteret Morningside Heights eksperimenterer Klaus Lackner, professor i geofysik ved Department of Earth and Environmental Engineering ved Columbia University, med et materiale, der kemisk binder til kuldioxid i luften og derefter, når den hældes i vand, frigiver gassen i en koncentreret form, der let kan opfanges. Arbejdet er på et tidligt tidspunkt. Lackners kulstoffangende enheder ligner misformede reagensglasbørster; de skal hånddyppes i vand, og det er svært hurtigt at lukke dem ind i det improviserede kammer, der bruges til at måle den kuldioxid, de frigiver. Men han forestiller sig automatiserede systemer - millioner af dem, hver på størrelse med en lille hytte - spredt ud over landskabet i nærheden af ​​geologiske reservoirer, der kunne opbevare de gasser, de fanger. Et system baseret på dette materiale, beregner han, kunne fjerne kuldioxid fra luften tusind gange så hurtigt, som træer gør nu. Andre i Columbia arbejder på måder at udnytte det faktum, at peridotitsten reagerer med kuldioxid for at danne magnesiumcarbonat og andre mineraler, hvilket fjerner drivhusgassen fra atmosfæren. Forskerne håber at fremskynde disse naturlige reaktioner.

Det er langt fra klart, at disse ideer til at fange kulstof vil være praktiske. Nogle kan endda kræve så meget energi, at de skaber en nettostigning i kuldioxid. Men selvom det tager os hundrede år at lære, hvordan man gør det, siger Pierrehumbert, så er det stadig nyttigt, for CO2 tager naturligvis tusind år at komme ud af atmosfæren.

Krigens frø

Flere eksisterende geoengineering-skemaer kunne dog forsøges relativt billigt og nemt. Og selvom ingen ved, om de ville være sikre eller effektive, betyder det ikke, at de ikke vil blive prøvet.

David Victor, direktør for Laboratory on International Law and Regulation ved University of California, San Diego, ser to scenarier, hvor det kan ske. Først det desperate Hail Mary-pas: Et land, der er ret sårbart over for skiftende klima, er desperat efter at ændre resultater og ser, at bestræbelserne på at reducere emissionerne ikke bærer frugt. Rå geoingeniørordninger kan være meget billige, og derfor kan denne mulighed endda være tilgængelig for en Trinidad eller Bangladesh - førstnævnte rig på gaseksport og ret sårbar, og sidstnævnte fattig, men stor nok til, at den kan gøre noget, der ses som afgørende for overlevelse. Og for det andet, det arrogante ingeniørscenario i sovjetisk stil: Et land drevet af ingeniører og ikke overdrevent udsat for den offentlige mening eller for afvigende stemmer påtager sig geoingeniørarbejde som en national mission - meget ligesom massiv bygning af dårligt designede atomreaktorer, flodafledningsprojekter, genbosættelse af befolkninger og andre nationale missioner, der er svære at forfølge, når offentligheden er informeret, lydhør og ved magten. I begge tilfælde kan et enkelt land, der handler alene, påvirke klimaet i hele verden.

Hvordan ville verden reagere? I ekstreme tilfælde, siger Victor, kan det føre til krig. Nogle lande

kan være imod at afkøle jorden, især hvis højere temperaturer har givet dem fordele såsom længere vækstsæsoner og mildere vintre. Og hvis geoengineering mindsker nedbøren, kan lande, der har oplevet tørke på grund af global opvarmning, lide endnu mere.

Ingen nuværende internationale love eller aftaler ville klart forhindre et land i ensidigt at starte et geoingeniørprojekt. Og for lidt er kendt nu til, at et styrende organ som FN kan etablere sunde regler – regler, som under alle omstændigheder kan ignoreres af et land, der er indstillet på at forsøge at redde sig selv fra en klimakatastrofe. Victor siger, at det bedste håb er, at førende videnskabsmænd rundt om i verden samarbejder om så klart som muligt at fastslå, hvilke farer der kan være involveret i geoengineering, og hvordan, hvis overhovedet, det kan bruges. Gennem åben international forskning, siger han, kan vi øge oddsene – ikke til 100 procent – ​​for at ansvarlige normer ville opstå.

Klar eller ej

I 2006 skrev Paul Crutzen, den hollandske videnskabsmand, der vandt Nobelprisen i kemi for sine opdagelser om nedbrydningen af ​​det stratosfæriske ozonlag, et essay i tidsskriftet Klimaændringer hvori han erklærede, at bestræbelserne på at reducere udledningen af ​​drivhusgasser har været groft mislykkede. Han opfordrede til øget forskning i gennemførligheden og de miljømæssige konsekvenser af klimateknik, selvom han erkendte, at injektion af sulfater i stratosfæren kunne skade ozonlaget og forårsage store, uforudsigelige bivirkninger. På trods af disse farer, sagde han, kunne klimateknik i sidste ende være den eneste tilgængelige mulighed for hurtigt at reducere temperaturstigninger.

På det tidspunkt var Crutzens essay kontroversielt, og mange videnskabsmænd kaldte det uansvarligt. Men siden da har det tjent til at bringe geoengineering ud i det fri, siger David Keith, der begyndte at studere emnet i 1989. Efter at en videnskabsmand med Crutzens akkreditiver, der forstod stratosfæren lige så godt som nogen, gik ud for at studere sulfatinjektion som en måde at afkøle jorden på, var mange andre videnskabsmænd villige til at begynde at tale om det.

Blandt de seneste konvertitter er David Battisti, professor i atmosfæriske videnskaber ved University of Washington. Især ét problem bekymrer ham. Undersøgelser af hedebølger viser, at afgrødeudbyttet falder kraftigt, når temperaturerne stiger 3 °C til 4 °C over normalen - de temperaturer, som MIT's Prinn forudsiger, at vi kan nå selv med strenge emissionskontrol. Battisti talte på et ageoengineering-symposium på MIT i efteråret, sagde Battisti: I slutningen af ​​århundredet, alene på grund af temperaturen, ser vi på en reduktion på 30 til 40 procent i [afgrøde] udbytte, mens vi i de næste 50 år efterspørger mad forventes at blive mere end fordoblet.

Battisti er godt klar over de usikkerheder, der omgiver geoengineering. Ifølge forskning, han har foretaget for nylig, var de første computermodeller, der forsøgte at vise, hvordan skygge på jorden ville påvirke klimaet, slukket med 2 °C til 3 °C i forudsigelser af regionale temperaturændringer og med så meget som 40 procent i forudsigelser af regional nedbør . Men med en milliard mennesker, der allerede er underernærede, og milliarder flere, der kan gå sultne, hvis den globale opvarmning forstyrrer landbruget, har Battisti modvilligt indrømmet, at vi muligvis skal overveje et klimateknisk plaster. Bedre data og bedre modeller vil hjælpe med at afklare virkningerne af geoengineering. Giv os 30 eller 40 år, og vi vil være der, sagde han på MIT-symposiet. Men om 30 til 40 år, på det niveau, vi øger CO2, får vi brug for dette, uanset om vi er klar eller ej.

Kevin Bullis er Teknologigennemgang energiredaktør.

skjule