211service.com
Klimaoptimisten
Susan Solomons forskning pegede på, hvordan CFC'er forårsagede det antarktiske ozonhul - og viste senere, at Montreal-protokollen hjælper med at reparere det. Hun er overbevist om, at vi også kan gøre fremskridt med at håndtere klimaændringer. 27. februar 2019
Tony Luong
En nat i 1986 stod Susan Solomon, en ung forsker ved US National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), i minusgrader på taget af McMurdo Station, det amerikanske forskningscenter i Antarktis. Solomon justerede spejlene monteret der for at fange måneskin og dirigere det til en synlig absorptionsspektrograf i laboratoriet nedenfor. Hendes mål var at måle koncentrationerne af forskellige forbindelser i atmosfæren over Antarktis, for at give mening om det store hul i ozonlaget, der havde udviklet sig der.
Hun havde ikke beskyttelsesbriller på, fordi hun havde brug for at se meget klart, og da hun skelede for at sikre sig, at måneskinsstrålerne var vinklet korrekt mod spektrografen, løb hendes øjne lidt i vand. På et øjeblik frøs hendes tårer mellem det øverste og nederste øjenlåg på det ene øje og lukkede det. Men det var en klar nat, og Solomon var ikke villig til at gå væk fra muligheden for at indsamle, hvad hun husker som de perfekte månedata. Så hun blev ved med at arbejde.
Da hun kom ind igen, kunne hun åbne øjet igen, da hendes tårer smeltede. Og de data, hun indsamlede den nat og over to måneder i Antarktis, ville ændre vores forståelse af, hvordan chlorfluorcarboner, frigivet til atmosfæren fra kølemidler og en række andre forbrugerprodukter, beskadiger ozonlaget, som hjælper med at beskytte Jorden mod ultraviolet stråling. Som svar på dette og andet videnskabeligt arbejde begrænsede og derefter forbød en international aftale brugen af CFC'er. Tredive år senere var Solomon også den første til tydeligt at demonstrere, at takket være denne ændring er det antarktiske ozonhul langsomt begyndt at hele.
Det var spændende at komme med en teori om ozonnedbrydning i 1986 og så 30 år senere se, at vi, mennesker på denne planet, har løst problemet, siger hun.
Genopretningen af ozonlaget er det mest positive seneste svar på en global miljøkrise, vi kan fortælle vores studerende om, siger Ross Salawitch, ekspert i miljøkemi ved University of Maryland.
Solomons erfaring har gennemsyret hende med optimisme om verdens evne til at konfrontere miljøtrusler. På MIT, hvor hun har været på fakultetet siden 2012, underviser hun i en klasse om videnskab, politik og miljøpolitik, som kulminerer i en diskussion om klimaændringer. Hendes elever kommer ind og tror ikke på, at vi kan gøre noget ved miljøproblemerne, for det ved de, siger hun. De er millennials. De har ikke gennemlevet den slags æra, hvor politikere og videnskabsmænd arbejder sammen og får ting gjort, som jeg personligt har været velsignet med at opleve.
Solomon er hurtig til at erkende, at klimaændringer udgør hårdere politiske udfordringer end ozonnedbrydning, fordi forbruget af fossilt brændstof er så integreret i verdensøkonomien. Alligevel hævder hun, at ved at studere tidligere miljøsucceser, vil hendes elever komme til at forstå, hvad der rent faktisk skal ske for at gøre fremskridt.
Forklaring af ozonhullet
Solomon er en opdagelsesrejsende af temperament og en kemiker af uddannelse. Som barn på ni eller 10 år blev hun inspireret til at blive videnskabsmand ved at se Den undersøiske verden af Jacques Cousteau . Fascineret af kemi i gymnasiet, hvor hun lavede et science fair-projekt, der analyserede sammensætningen af gasformige blandinger, studerede hun kemi som undergraduat ved Illinois Institute of Technology i Chicago og derefter atmosfærisk kemi i Berkeley, hvor hun modtog sin ph.d. i 1981. Hun tog derefter stilling hos NOAA, hvor hun modellerede forstyrrelser i stratosfæren.
Det var spændende at komme med en teori om ozonnedbrydning i 1986 og så, 30 år senere, se, at vi, mennesker på denne planet, har løst problemet.
I 1974 havde kemikerne F. Sherwood Rowland og Mario Molina vist, hvordan klor kunne ødelægge ozon. De havde foreslået en række gasfasereaktioner, hvor små mængder klor udløser omdannelsen af store mængder ozon, eller O3, til almindelig molekylær oxygen, O2. Rowland og Molina, som senere var professor ved MIT, havde også identificeret chlorfluorcarboner som en kilde til klor i atmosfæren, frigivet, da solens energi opbrød ellers stabile CFC-molekyler. (Rowland, Molina og en atmosfærisk kemiker ved navn Paul Crutzen delte senere en Nobelpris for arbejde relateret til ozonnedbrydning.) Oprindeligt forventede forskere, at ozonlaget ville blive tyndere med omkring 5 til 10 % i løbet af 100 år. På grundlag af disse forudsigelser begyndte politikere at opfordre til ændringer i brugen af chlorfluorcarboner, og lande forbød deres brug som drivmidler i aerosolspray fra 1978.
I 1985 opdagede britiske videnskabsmænd imidlertid, at spørgsmålet om ozonnedbrydning udspillede sig på måder, som Rowland og Molinas arbejde ikke havde forudsagt. Specifikt identificerede de et hul i stratosfærisk ozon, der var meget større, end nogen havde forventet - og åbnede sig hvert forår over Antarktis, hvilket ingen teori havde forudsagt. Det var en ret stor blockbuster, siger Solomon, som straks begyndte at studere potentielle forklaringer.
Selvom forskerne forstod, hvordan klor kunne forårsage ozonødelæggelse, kunne de ikke forklare det pludselige udseende af ozonhullet. De forstod heller ikke, hvorfor hullet havde vist sig over Antarktis, langt fra de vigtigste kilder til CFC-forurening.
I hensigten med at løse mysteriet fokuserede Solomon på det specifikke højdeområde, hvor reaktionen fandt sted, og orienterede sig om tilstedeværelsen af polære stratosfæriske skyer - iriserende skyer, der dannes i stratosfæren ved ekstremt lave temperaturer. (De er mest udbredt i Antarktis, som er meget koldere end Arktis.) Hun antog, at disse skyer leverede små, iskolde overflader, hvorpå en afgørende initierende reaktion kunne finde sted, når først sollys ankom med det antarktiske forår.
Folk troede, at alle reaktionerne skulle ske i gasfasen, siger hun. De mente ikke, at overfladekemi havde nogen betydning i stratosfæren, og tanken om, at skyerne kunne gøre alt, var kættersk.
Solomon udviklede en kvantitativ model af sin teori, som hun publicerede i Journal of Geophysical Research . Det var ikke hele historien, siger hun. Men det hjalp med at forklare, hvorfor ozonhullet dukkede op i stratosfæren, hvorfor det opstod nær Sydpolen, og hvorfor det skete i foråret.
Samtidig ønskede Solomon at underbygge sin teori med data fra den virkelige verden. Så i 1986 førte hun en videnskabelig ekspedition til Antarktis for at undersøge kemien på egen hånd. Da hun vidste, at sollys bidrager til processen med ozonnedbrydning, ankom hun og hendes team til McMurdo Station i august, i slutningen af den antarktiske vinter, hvor kontinentet stadig var indhyllet i mørke næsten 24 timer i døgnet. Da solen begynder at forsøge at komme over horisonten, omkring middag lokal tid, har du timer og timer med daggry, så himlen er disse smukke dybe lilla og blå og senere røde, når solen bliver højere, husker hun. Der er ikke meget dyreliv om vinteren, selvom sælerne stadig trækker sig ud og forsøger at få noget sol, selv når det er mørkt.
I 1986 rejste Solomon til Antarktis for at indsamle data, der understøttede hendes teori om, hvordan ozonødelæggelsen foregik, og hvorfor den var så udtalt over det kontinent. National Oceanic and Atmospheric Administration
Salomons hold medbragte et lille antal videnskabelige instrumenter, inklusive en synlig spektrograf, som gjorde dem i stand til at analysere lys fra solen, månen og himlen. Ved at måle, hvor stærkt forskellige bølgelængder af lys blev absorberet, da de passerede gennem atmosfæren, håbede gruppen at bestemme koncentrationerne af nøglemolekyler, der var til stede over hovedet. Disse molekyler omfattede ozon og klordioxid, som dannes indirekte, når ozon reagerer med klor. Holdet fik et byggehold til at skære hul i taget på en hytte ved McMurdo, så måneskinnet kunne nå spektrografen, som var inde. De fik også besætningen til at bygge den provisoriske platform på taget, hvorpå Solomon stod for at placere spejlene. Når vinden hvirvlede rundt, måtte hun holde dem i hånden. Jeg var virkelig nødt til at hænge på dem, fordi de rystede, siger hun.
Holdet arbejdede 18 til 20 timer om dagen, især når månen var oppe. Det var helt vildt, siger hun. De sov et par timer ad gangen i tremmesenge og spiste en masse sandwich. (Det fantastiske er, at maden ikke fordærves dernede, og der er ingen insekter, siger hun.)
De spektrale data, som Solomon og hendes team indsamlede, gav støtte til teorien om, at klor, der oprindeligt var låst op i chlorfluorcarboner, frigives ved en overfladereaktion mellem saltsyre og klornitrat på polære stratosfæriske skyer.
Dette klor reagerer igen med ozon for at producere klormonoxid og fortsætter med at nedbryde ozon. Som yderligere støtte for hendes teori fandt Salomons ekspedition, at stratosfæriske koncentrationer af saltsyre var lave, og koncentrationerne af chlormonoxid og chlordioxid var høje. (De brugte også balloner til at måle koncentrationer af ozon direkte og fandt ud af, at det også var alvorligt udtømt i stratosfæren, som forventet.) Året efter vendte Solomon tilbage til McMurdo Station for at indsamle flere data. Et hold fra NASA, som omfattede Jim Anderson, fløj også fra Punta Arenas, Chile, ind i det antarktiske ozonhul for at måle de tilstedeværende kemiske forbindelser.
Under en opfølgende ekspedition i 1987 fandt hun også tid til at besøge kejserpingviner. På sit kontor hos NOAA poserede hun senere ved siden af en globus, der viste Antarktis.
I sidste ende, siger Solomon, stod hver eneste måling på linje og fortalte historien på samme måde, hvilket beviste, at chlorfluorcarboner var ansvarlige for hullet.
Salomons succes med at identificere den initierende reaktion, der fandt sted på disse polære stratosfæriske skyer, var nøglebidraget, siger Anderson, nu professor i fysisk kemi ved Harvard, og det var meget, meget vigtigt.
I 1987 behandlede en international aftale kaldet Montreal-protokollen problemet, der truer ozonlaget. I første omgang blev 46 lande enige om at nedfryse chlorfluorcarboner på deres nuværende niveau. Efterfølgende besluttede de at udfase forbindelserne helt, først i den udviklede verden og derefter i udviklingslandene. I 2015 var aftalen blevet underskrevet af hvert medlem af FN, i alt 197 underskrivere. Vi var dybest set nødt til at genopfinde, hvordan vi lavede aircondition og køling i hele verden, siger Marylands Ross Salawitch. Det krævede et enormt globalt samarbejde. Aftalen var også vellykket, fordi den tilskyndede udviklingslandene til at deltage på en måde, der ville gavne dem. Takket være det store diplomati fra udenrigsministeriet, tilføjer han, var det ikke kun den første verden, der sagde: 'Du bliver nødt til at gøre det her på en dyrere måde.' I stedet var det 'Hvorfor bygger du ikke' dine egne fabrikker – vi deler viden med dig, og du kan deltage i dette nye og voksende marked for erstatningsgasser.'
Vurdering af forskning i klimaændringer
Over tid vendte Solomon også sin opmærksomhed mod klimaændringer og studerede, hvordan chlorfluorcarboner og ozon fanger varme i troposfæren (det atmosfæriske lag mellem jorden og stratosfæren), hvor ozon betragtes som en forurenende stof, fordi det bidrager til smog. I 1994 deltog hun i Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), der var medforfatter til en rapport om strålingspåvirkning, som er balancen mellem den energi, der kommer ind i Jordens atmosfære fra solen, og den energi, der udstråles tilbage ud i rummet. Hun fortsatte med at spille en konsekvent rolle i IPCC såvel som i separate internationale vurderinger af ozon. I 2002 blev hun inviteret til at fungere som videnskabelig cochair for IPCC-rapporten om globale klimaændringer. Jeg vidste, at det ville være et kæmpe arbejde og ville udsætte mig for den politiske sfære på en meget mere intim måde, siger Solomon. Men hun gik med til at gøre det, fordi hun vidste at få lande til at samarbejde om klimapolitik ville afhænge af en fælles forståelse af den involverede videnskab: Hvis vi har vores egen videnskab og saudierne og kineserne og russerne har hver deres egen videnskab, er chancerne for diplomater, der bliver enige om noget, bliver ret små.
Susan Solomon fandt ud af, at de polære stratosfæriske skyer over Antarktis gav den iskolde overflade, der var nødvendig for at starte kæden af kemiske reaktioner, der skaber et hul i ozonlaget. Tony Luong
I sin rolle i IPCC-rapporten arbejdede Solomon sammen med omkring 150 af de bedste klimaforskere i verden og hjalp med at syntetisere aktuel forskning relateret til klimaændringer. At finde områder med konsensus krævede en blanding af videnskab og diplomati. Du er deroppe og kalder på Sverige og Botswana og USA og hvem ellers, og de kommer med deres pointer, og du skal sikre dig, at det, de foreslår, stemmer overens med videnskaben, siger hun. Du forsøger at gøre det tydeligere og tydeligere, især for et bredt publikum. Og hvis det ikke er det, de forsøger at gøre, og de prøver at spille spil, er du nødt til at lukke det ned på en yndefuld måde.
I 2007 producerede gruppen en lærebogsstørrelse, som Solomon holder over sit skrivebord, og som fik opmærksomhed for for første gang at udtale, at opvarmningen er utvetydig. (Solomon kom selv med den formulering, baseret på forskernes grundige undersøgelse af forskningen.) Den sagde også, at det meste af opvarmningen i de seneste 50 år med stor sandsynlighed skyldtes menneskelig aktivitet. (Rapporten definerede meget sandsynligt som at betyde, at konklusionen var 90 % sikker.) Året rapporten blev offentliggjort, delte IPCC og tidligere vicepræsident Al Gore Nobels Fredspris for deres indsats. Et foto på Salomons kontor viser Gore og medlemmer af IPCC-gruppen mødes med præsident George W. Bush i det ovale kontor.
I årene efter fortsatte Solomon med at arbejde på klimaændringer. I 2009 udgav hun et papir, der viste, at nogle af virkningerne af kuldioxid, som tager lang tid at forsvinde fra atmosfæren, sandsynligvis er irreversible. Andre forskere havde udført et sæt eksperimenter, der modellerede, hvor kulstof i atmosfæren i øjeblikket ville ende, hvis emissionerne stoppede. Efter at have undersøgt dette arbejde bemærkede Solomon, at i alle modellerne faldt Jordens overfladetemperatur ikke væsentligt i tusind år, selv i fravær af nye kuldioxidemissioner. På en menneskelig tidsskala er tusind år ret tæt på irreversibelt, siger hun. Jeg indså, at den historie ikke var blevet fortalt klart nok i et simpelt papir. Jeg ville også gerne forstå, hvorfor det var sandt.
Hun konkluderede i sidste ende, at nøglefaktoren var havet, som er langsomt til at varme, men lagrer varme - og derfor opvarmer atmosfæren - i lange perioder. Derudover fandt hendes hold ud af, at selv uden yderligere emissioner af kuldioxid ville havniveauet også fortsætte med at stige i hundreder af år. Og hendes laboratorium på MIT ville senere nå frem til en lignende konklusion for selv kortlivede drivhusgasser som metan. Hendes forskning rejser spørgsmål om, hvorvidt sårbare ø-nationer og kystbefolkninger stadig kan reddes fra konsekvenserne af klimaændringer.
Der kommer mere havniveaustigning for Florida - og andre steder i verden - selvom vi holder op med at udlede, siger hun.
I andet klimarelateret arbejde undersøgte Solomon og hendes team, hvordan vulkanudbrud påvirker ozonnedbrydningen. I 2011 fandt de ud af, at selv udbrud, der ser ud til kun at forårsage skade på lokalt plan, stadig kan kaste tilstrækkeligt med svovl ind i stratosfæren til at bringe det i cirkulation der, hvor det kan få globale konsekvenser. Solomon var den første til at se på virkningen af mindre vulkanudbrud på klimaet, siger Catherine Wilka, en fjerdeårs kandidatstuderende i Salomons laboratorium, og nu har vores gruppe udvidet det til at se på virkningen af disse udbrud på kemien af ozon. . Som det viser sig, er der ikke meget vejr i stratosfæren, så lette, små partikler fra vulkanudbrud har en tendens til at blive der i lang tid. De giver mere overfladeareal til de reaktioner, der udløser ozonnedbrydning, svarende til de processer, som Solomon identificerede for årtier siden på polære stratosfæriske skyer.
Hvad ville Salomon gøre?Her er hendes råd til, hvordan du kan gøre fremskridt med at tackle den globale opvarmning.
| Efter at have vist, hvordan CFC'er lå bag det antarktiske ozonhul, observerede Susan Solomon, hvordan diplomater og videnskabsmænd fra hele verden samarbejdede for at løse det. Hun identificerede tre faktorer - hun kalder dem de tre P'er - som skal holde stik for at tillade fremskridt med miljøproblemer. 1. Det skal være personligt. Folk har brug for at mærke, at problemet påvirker dem i deres dagligdag. Hun siger, at det begynder at ske med klimaændringer, i det mindste i nogle dele af verden - dog endnu ikke i den udviklede verden i det omfang, det ville drive pointen hjem. 2. Det skal være mærkbart. Vi gør et bedre stykke arbejde med smog og sur regn og andre problemer, vi kan se med vores egne øjne, siger hun. Ø-nationer, der allerede har at gøre med stigende havniveauer, faldende ferskvandsforsyninger og virkningerne af hårdere orkaner, er mere motiverede til at tage fat på klimaændringer i dag end større nationer, hvor klimaændringer har haft mindre synlige konsekvenser. 3. Strategien skal være praktisk. Folk skal tro på, at løsninger findes og er gennemførlige. Der er for meget en opfattelse af, at alternativerne til fossile brændstoffer er fuldstændig upraktiske, siger hun. Jeg ser flere og flere beviser på, at det ikke er tilfældet. Nederste linje: succesfuld håndtering af klimaændringer vil kræve mere innovation - og mere udbredt forståelse af, hvor alvorligt problemet er. Alternativer som vind, vandkraft og sol er allerede billigere end fossil nogle steder, men ikke alle steder, siger Solomon. Men da forskere fokuserer på at minimere kulstofemissioner og forbedre metoder til at opfange og opbevare ren energi, siger hun, er det også vigtigt at engagere sig i en bredere samtale om klimaændringer: Folk skal forstå problemet bedre, for at kunne have en fælles diskussion om klimaændringer. hvad der er i fare, og hvad vi som samfund mener om, hvor stor risiko er for meget. |
Potentiale for positiv forandring
I 2016 udgav Solomon det første papir, der viste tydelige tegn på, at det antarktiske ozonlag begynder at hele, takket være reduktioner i emissionen af chlorfluorcarboner. Det betyder, at menneskelige befolkninger vil have større beskyttelse mod ultraviolet stråling, som er kendt for at forårsage grå stær, hudkræft og andre sygdomme. Og selvom billedet af ozongenvinding er kompliceret af virkningerne af nylige vulkanudbrud, viste Solomons papir, at hvis vi fjerner den effekt, er ozonnedbrydningen ikke så slem, som den plejede at være, siger Salawitch. Snesevis af andre papirer har nu givet bekræftende beviser, tilføjer han, og vi kan komme med ret definitive udsagn om, at det antarktiske ozonhul er på vej mod genopretning.
Faktisk er ozongenvinding en af de miljømæssige succeshistorier, som Solomon fremhæver i sin undervisning. Megan Lickley, SM '12, en ph.d.-studerende på fjerde år, der arbejder med Solomon, siger, at de taler meget om, hvorvidt tidligere succeser er nyttige til at forstå, hvad der kan ske med klimaændringer, dagens mest presserende spørgsmål. Hun tilføjer, at Solomon er engageret og ekstremt god til at få folk til at tale om deres fortolkninger af politiske argumenter, og hvad der kan gøres i fremtiden.
Hvis vi har vores egen videnskab, og saudierne og kineserne og russerne har hver deres egen videnskab, vil chancerne for, at diplomaterne bliver enige om noget, være ret små.
De seneste nyheder relateret til globale klimaændringer har været dystre – fra den hurtige stigning i havniveauet til katastrofale skovbrande i Californien. den amerikanske regerings fjerde nationale klimavurdering , udgivet af Trump-administrationen fredagen i Thanksgiving-weekenden i 2018, advarede om, at hvis der ikke tages væsentlige skridt for at reducere emissionerne, vil verden opleve stadigt farligere hedebølger, brande, oversvømmelser og orkaner. Disse hændelser vil sandsynligvis forårsage afgrødesvigt, hyppigere naturbrande og alvorlige forstyrrelser i forsyningskæder og handel. Tilsammen kan ændringerne reducere BNP i USA alene med 10 % inden 2100.
Men selv i lyset af nedslående data, fortsætter Solomon med at fokusere på at finde ud af, hvordan man fikser tingene. Hun fortæller sine elever, at fremskridt med klimaændringer afhænger af at få folk til at forstå, hvordan problemet vil påvirke dem personligt – og til at tro, at der er praktiske løsninger. Og hun er håbefuld om de fremskridt, hun ser.
Klimaforandringerne vil ikke blive løst, før alternative energier bliver mere udbredt, men de bliver allerede vedtaget i et utroligt forbløffende tempo, siger hun. Indrømmet, det er måske ikke så hurtigt, som det ville være nødvendigt at være for at holde temperaturen på halvanden grad – det ville virkelig være Herculean. Men vi kan bøje opvarmningskurven.
Solomon bemærker, at selvom sol- og vindkraft endnu ikke er konkurrencedygtige i mange dele af USA, mange andre steder er alternativer til ren energi ved at blive billigere end fossile brændstoffer. Selvfølgelig er der meget mere arbejde at gøre. Innovation skal fortsætte med at nedbringe omkostningerne ved ren energi og forbedre den batteriteknologi, der er nødvendig for at lagre den. Og udfordringen med at konvertere eksisterende infrastruktur til renere strømkilder vil være massiv.
Det bliver ikke umiddelbart, men det sker, siger hun. Tingene ændrer sig i den rigtige retning.