02.05.2024. - Солнечная геоинженерия для охлаждения планеты

Солнечная геоинженерия для охлаждения планеты

Когда я впервые написал о геоинженерии в 2012 году, большинство сочло ее в лучшем случае надуманной, а в худшем - безумной. Но 12 лет спустя, несмотря на то, что его внедрение по—прежнему вызывает споры и значительное сопротивление, уважаемые ученые и учреждения настаивают на проведении дополнительных исследований в области геоинженерии - преднамеренного и крупномасштабного вмешательства в нашу климатическую систему с целью смягчения глобального потепления. В настоящее время основное внимание уделяется солнечной геоинженерии, стратегии, которая предполагает отражение солнечного света от Земли для охлаждения Земли. Что мы знаем об этом и связанных с этим рисках? И что нам следует предпринять дальше? В течение многих лет многие ученые и эксперты не одобряли любые геоинженерные исследования, опасаясь, что они могут послужить предлогом для отказа от сокращения выбросов. Некоторые политики правого толка, такие как Ньют Гингрич, продвигали их как способ уменьшить глобальное потепление без необходимости сокращать выбросы. Геоинженерные исследования также вызывают споры, поскольку было и остается много неясностей относительно их потенциального воздействия на климатическую систему и экосистемы.

Тем не менее, Джеймс Хансен, директор программы по науке о климате, информированности и решениям в Колумбийской климатической школе, который первым предупредил Конгресс о рисках изменения климата в 1988 году, и группа из более чем 60 ученых призывают к проведению дополнительных исследований в области солнечной геоинженерии. Кроме того, Национальная академия наук США, Фонд защиты окружающей среды, Совет по защите природных ресурсов и Союз заинтересованных ученых поддерживают исследования в области солнечной геоинженерии. В отчете Белого дома за 2022 год также выражена решительная поддержка исследованиям. Эксперты говорят, что поддержка научных исследований растет, потому что человечество недостаточно быстро сокращает выбросы углекислого газа, чтобы предотвратить серьезные и ухудшающиеся климатические последствия. Согласно новому исследованию Хансена и его коллег, из-за нормативных требований к качеству воздуха снижение выбросов аэрозоля диоксида серы с угольных электростанций и судов, которые помогли защитить Землю от солнечной радиации, привело к более быстрому потеплению на планете, чем прогнозировалось ранее. Они прогнозируют, что к концу этого десятилетия потепление превысит 1,5°C, а к 2050 году - 2°C, что может привести к катастрофическим последствиям для климата.

Потенциально катастрофические климатические последствия и возможность прохождения климатических переломных моментов, таких как таяние вечной мерзлоты в Арктике или вымирание тропических лесов Амазонки, могут потребовать использования когда-то немыслимых стратегий. В открытом письме 60 ученых заявили, что из-за этих серьезных рисков и возможности того, что какая-нибудь отчаявшаяся страна однажды прибегнет к солнечной геоинженерии, ее необходимо тщательно изучить как можно скорее, четко оценив как преимущества, так и недостатки. Большинство исследований в области солнечной геоинженерии в настоящее время сосредоточены на внедрении стратосферного аэрозоля (SAI, также называемого управлением солнечной радиацией или SRM) и осветлении морских облаков; другие стратегии включают прореживание перистых облаков и использование зеркал или солнцезащитных козырьков. После извержения вулкана Пинатубо на Филиппинах в 1991 году, выбросившего в стратосферу 20 миллионов тонн диоксида серы, Земля остыла на 0,5°C. Когда диоксид серы попадает в атмосферу, он вступает в реакцию с водяным паром, образуя капли—аэрозоли, которые отражают солнечный свет от Земли. SAI воссоздаст эффект Пинатубо, выпустив диоксид серы в стратосферу, чтобы временно заблокировать солнечный свет.

Исследовательская программа солнечной геоинженерии Гарварда утверждает, что SAI может снизить температуру поверхности моря, что снизит риск обесцвечивания кораллов, замедлит перемещение биологических видов в более прохладные районы и уменьшит потерю морского льда и таяние ледников. Результаты были бы быстрыми и дали бы людям больше времени для сокращения выбросов углекислого газа и перехода на возобновляемые источники энергии. Но в отличие от удаления CO2, многогранной геоинженерной стратегии, которая пользуется большим признанием, солнечная геоинженерия не снижает содержание CO2 в атмосфере. Это ничего не даст для решения проблемы подкисления океана, которое наносит вред морским экосистемам, поскольку океан поглощает 25% выбросов CO2, выделяемых человеком, изменяя его химический состав. Более того, согласно недавнему исследованию, резкое использование SAI может оказаться недостаточно эффективным для полного устранения изменений, вызванных потеплением глубоководных районов океана, таких как замедление меридионального смещения Атлантического океана. Другие проблемы, вызванные потеплением глубоководных районов океана, включая изменение погодных условий, повышение уровня моря и ослабление течений, также сохранятся.

Из-за отсутствия международного руководства в области солнечной геоинженерии существует сильная оппозиция широкомасштабному внедрению SAI. Почти все исследования в области солнечной геоинженерии проводились с использованием компьютерного моделирования, поэтому никто точно не знает, что могло бы произойти, если бы они были развернуты в планетарном масштабе. Те, кто выступает против продвижения исследований SAI, обеспокоены их потенциальным и неопределенным воздействием на климат и экосистемы, которое было выявлено при моделировании. Исследования показывают, что SAI может ослабить стратосферный озоновый слой, изменить характер выпадения осадков и повлиять на сельское хозяйство, экосистемные услуги, морскую флору и фауну и качество воздуха. Более того, воздействие и риски будут варьироваться в зависимости от того, как и где он будет развернут, климата, экосистем и численности населения. Помимо вариаций в размещении, небольшие изменения в других переменных, таких как размер капель аэрозоля, их химическая реактивность и скорость их взаимодействия с озоном, также могут привести к различным результатам.

Например, NOAA, Корнелльский и Индианский университеты изучили ряд стратегий развертывания, используя модель, которая варьировала количество диоксида серы, выбрасываемого в стратосферу, а также место его выброса. Результаты показали снижение температуры поверхности, а также уменьшение концентрации озонового слоя над Антарктидой и воздействие на крупномасштабные схемы циркуляции и региональную погоду. Двенадцать других моделей предсказывали, что при использовании достаточного количества SAI для компенсации увеличения выбросов CO2 в четыре раза, в некоторых частях тропиков могло бы выпадать на 5-7% меньше осадков в год по сравнению с доиндустриальными временами, что могло бы нанести ущерб сельскохозяйственным культурам и тропическим лесам. Одна из моделей показала, что SAI, развернутая над Индийским океаном для увеличения количества осадков в пострадавшем от засухи Сахеле в Северной Африке, в конечном итоге приведет к распространению засухи на страны Восточной Африки. А исследование, проведенное в 2022 году, показало, что SAI может перенести малярию из высокогорных районов Восточной Африки в низменные районы Южной Азии и Африки к югу от Сахары по мере похолодания.

По словам Гернота Вагнера, соучредителя Гарвардской программы исследований солнечной геоинженерии и в настоящее время экономиста по климату в Колумбийской климатической школе, наиболее важными и определяющими параметрами моделирования являются высота в стратосфере и конкретное местоположение SAI. Вагнер сказал, что если охлаждать только одно полушарие, то можно получить "сумасшедшие результаты", например, отключить индийский муссон. "Наука более или менее объединилась вокруг идеи, что вы хотите быть [развернутым] где-то между плюс и минус 15 градусами от экватора. И где бы вы ни находились вокруг экватора, вы хотите двигаться на север так же, как и на юг", - сказал он. "Не имеет значения, на какой долготе, потому что это будет распространяться по всему миру. "В целом, сотни климатических моделей сходятся во мнении, что [при таком использовании SAI] вы получаете более или менее однородный глобальный эффект. Это означает, что большинство показателей, которые мы можем измерить — температура, наличие воды, экстремальные температуры, экстремальные осадки — приближаются к доиндустриальному уровню благодаря солнечной геоинженерии, а не без нее".

Вагнер процитировал статью из Гарварда, в которой была описана версия солнечной геоинженерии с медленным повышением температуры, позволяющая сократить потепление вдвое. "При таком идеализированном моделировании солнечная геоинженерия, по общему признанию, дает откровенно удивительные преимущества. Выгоды значительно снизили затраты", - сказал он. "Это обнадеживает и заставляет меня поверить, что стоит продолжать исследования". В 2011 году Дэвид Кейт, соучредитель Гарвардской программы исследований солнечной геоинженерии, который сейчас работает в Чикагском университете, и ученый-атмосферник Кен Калдейра подсчитали, что для того, чтобы обратить вспять 10% потепления, вызванного удвоением уровня CO2 по сравнению с доиндустриальной эпохой, потребуется несколько сотен тысяч тонн диоксида серы. их нужно было бы вводить ежегодно в течение десяти лет. Чтобы значительно замедлить потепление или обратить его вспять, SAI потребовались бы миллионы тонн диоксида серы в год.

В настоящее время лишь несколько исследовательских самолетов могут работать на необходимой высоте, поскольку атмосфера очень разреженная, и, кроме того, они не способны перевозить столько тонн диоксида серы. Это означает, что потребуется создать новый парк высотных самолетов, спроектированных специально для этой цели; создание такого парка может занять десятилетие или даже больше. Как только самолеты будут построены, SAI может стоить 18 миллиардов долларов за градус охлаждения в год. Хотя это звучит как большие деньги, Вагнер сказал, что затраты ничтожны по сравнению с потенциальными социальными выгодами. Но поскольку выгоды намного превышают затраты, что обычно приводит нас к выводу, что нам следует с головой уйти в SAI, анализ затрат и выгод не является правильным критерием для принятия решений о SAI. Скорее, по его словам, "речь идет о том, чтобы взвесить риски резкого изменения климата — мира, к которому мы движемся, — и риски мира, который также рассматривает солнечную геоинженерию. "Но даже если риски велики, даже если климатическая неопределенность настолько велика, что затмевает все остальное, поскольку, похоже, солнечная геоинженерия приближает нас к доиндустриальным уровням средних глобальных температур, она также должна помочь нам смягчить и понять эти риски и неопределенности", - сказал он. Вагнер.

После того, как SAI будет запущена, она продлится несколько десятилетий, если нам удастся сократить выбросы, или, возможно, столетия или тысячелетия, если мы этого не сделаем. Но если SAI будет внезапно остановлена, планета может испытать шок, когда температура поднимется до уровня, которого она достигла бы без SAI. Поскольку SAI не сократит выбросы парниковых газов, а лишь скроет их эффект потепления, выбросы в атмосферу будут продолжать накапливаться. В настоящее время на планете происходит постепенное потепление. Внезапное потепление было бы катастрофическим, поскольку у экосистем и людей было бы меньше времени на адаптацию. И чем быстрее меняется климат, тем выше риск непредвиденных последствий. Стихийные бедствия, террористические атаки или политическая агрессия - все это потенциально может привести к шоковому завершению. Число небольших полевых экспериментов SAI, которые позволяют исследователям лучше понять поведение аэрозолей, химические реакции, возможности мониторинга и влияние на озон, увеличивается. В 2021 году Гарвард запланировал небольшое полевое испытание, которое стало бы первым экспериментом, проведенным в стратосфере. В рамках эксперимента по контролируемым возмущениям стратосферы (SCoPEx) в небо был бы запущен самодвижущийся воздушный шар, который выпустил бы полкилограмма сульфата, который естественным образом содержится в природе, а затем следил бы за тем, как частицы рассеялись и сколько солнечного света отразилось от них.

Тестовый запуск в Швеции был отменен из-за возражений местного коренного населения саами и экологических групп, которые опасались, что запуск SAI "сопряжен с риском катастрофических последствий". Британские исследователи запустили несколько воздушных шаров в 2021 и 2022 годах. Во время запуска в 2022 году высотного метеозонда в стратосферу было выброшено несколько сотен граммов диоксида серы с целью тестирования системы аэростатов. Тем временем начинающая компания Make Sunsets заявляет, что запустила 52 воздушных шара и "нейтрализовала потепление в размере 16 141 тонно-года". Компания продает "кредиты на охлаждение" за 10 долларов, каждый из которых, как утверждается, компенсирует эффект потепления от одной тонны CO2 в течение года. В 2023 году компания Make Sunsets провела два несанкционированных запуска, в результате которых в Мексике произошел выброс диоксида серы, что привело к тому, что мексиканское правительство запретило солнечную геоинженерию.

Осветление морских облаков (MCB) позволит распылять аэрозоли морской соли в атмосфере, создавая слоисто-кучевые облака, которые отражают солнечный свет. Аэрозоли морской соли обладают высокой светоотражающей способностью, притягивают молекулы воды и удерживают облака в небе дольше, чем обычно. В то время как солевые аэрозоли образуются естественным образом, когда ветры поднимают их с океана, MCB генерирует их с плавучей баржи и выбрасывает в атмосферу. По самой своей природе MCB будет локализованным. Некоторые ученые утверждают, что использование MCB всего на 5% площади мирового океана может компенсировать последствия глобального потепления.

Фонд Большого барьерного рифа (Great Barrier Reef Foundation) исследует MCB, поскольку риф подвергается пятому массовому обесцвечиванию за восемь лет. Наибольшему риску обесцвечивания риф подвергается в жаркую погоду, когда на небе мало облаков. Исследователи использовали распылитель морской соли на барже, который всасывал морскую воду, распылял ее и выбрасывал микроскопические кристаллы морской соли в небо. Моделирование показало, что распылителям потребуется работать от нескольких недель до нескольких месяцев, постепенно охлаждая воду. Недавно группа ученых-атмосферников предложила исследовательскую программу MCB, включающую моделирование, лабораторные исследования и полевые эксперименты. Исследователи из Вашингтонского университета, которые также участвуют в проекте MCB, считают, что пройдет десять лет, прежде чем они узнают достаточно, чтобы испробовать MCB в достаточно больших масштабах для охлаждения планеты.

Однако крупномасштабное землетрясение, которое может компенсировать серьезные климатические последствия, может также изменить климат и погодные условия. Исследователь из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре обнаружил, что, хотя землетрясение может быстро снизить температуру, оно также подавит ЭНСО, Эль-Ниньо-южное колебание, которое влияет на глобальные погодные условия. Мощное землетрясение может вызвать продолжение фазы Ла-Нинья, что сделает южную часть США более жаркой и сухой, а также усилит активность ураганов в Атлантике. Исследование показало, что мощное землетрясение может также усилить потепление в Индонезии и Северной Австралии. Из—за неопределенности в отношении последствий MCB 101 страна, являющаяся стороной Лондонской конвенции и протокола — международных договоров, регулирующих сброс отходов в море, - подписала заявление, в котором говорится, что морская геоинженерная деятельность, не связанная с научными исследованиями, должна быть отложена.

Высотные перистые облака состоят из кристаллов льда и, таким образом, отражают солнечный свет, но также приводят к потеплению, поскольку они задерживают тепло, исходящее от поверхности Земли. Для прореживания перистых облаков используется распыление частиц йодида серебра в облака на высотах от 4500 до 9000 метров. Это способствует увеличению размеров кристаллов льда в перистых облаках, так что они выпадают из атмосферы. Чем меньше и разреженнее будут перистые облака, тем меньше радиации будет поступать с Земли. Риски, связанные с разрежением перистых облаков, еще не до конца изучены, и некоторые исследователи обеспокоены тем, что это может повлиять на региональные и сезонные осадки. Некоторые ученые изучают возможность установки гигантского зонта в точке между Землей и Солнцем, чтобы блокировать солнечную радиацию. Группа ученых из Массачусетского технологического института изучает возможность создания тени в виде "космических пузырей", в то время как исследователи из Гавайского университета рассматривают возможность привязать огромный солнечный щит к астероиду.

Израильские исследователи разрабатывают небольшой прототип группы солнцезащитных козырьков, которые не будут полностью закрывать солнце, но будут рассеивать его. В прошлом другие компании предлагали аналогичные стратегии. Но французская ученая Сюзанна Баур, изучающая изменение солнечной радиации, говорит, что стратегия создания зонта от солнца была бы слишком дорогостоящей, ее было бы слишком легко повредить космическими камнями, и на ее реализацию ушло бы слишком много времени. В настоящее время не существует международных, национальных или государственных рамок, регулирующих геоинженерию. В результате, один из тревожных сценариев будущего заключается в том, что воздействие на климат в особо уязвимой стране будет настолько серьезным, что она прибегнет к самостоятельному внедрению SAI, прежде чем мир будет к этому готов. Это может привести к политической нестабильности или спровоцировать ответные меры со стороны других стран, которые пострадают от ее последствий. Другой возможный сценарий заключается в том, что частное лицо или стартап решают самостоятельно поэкспериментировать с геоинженерией. Сегодня в США каждому, кто хочет запустить аэрозоли в небо, нужно просто заполнить одностраничную форму для Министерства торговли и NOAA за десять дней до этого.

Для мирового сообщества крайне важно создать международную структуру управления солнечной геоинженерией. Но поскольку это такое грандиозное и сложное предприятие, многие страны, организации и ученые возражают даже против того, чтобы позволить исследованиям продвигаться вперед. В 2010 году был введен глобальный фактический мораторий на крупномасштабную геоинженерию, включая солнечную геоинженерию. Недавно делегаты Ассамблеи ООН по окружающей среде отклонили предложение о создании исследовательской группы для изучения потенциальных применений, рисков и этических аспектов солнечной геоинженерии. В состав группы должны были войти эксперты из ЮНЕП и международных научных организаций. Однако, поскольку это предложение могло подорвать существующий мораторий, страны Африки, Тихого океана и Латинской Америки, которые более уязвимы к климатическим воздействиям, заблокировали его. В 2022 году 500 ученых со всего мира подписали призыв к заключению Международного соглашения о неприменении солнечной геоинженерии, предусматривающего отсутствие государственного финансирования, экспериментов на открытом воздухе, патентов, внедрения и поддержки со стороны международных организаций.

Вагнер считает, что мораторий на использование солнечной геоинженерии необходим, но исследования должны продолжаться. "По сути, вы запрещаете использование солнечной энергии выше определенного размера и даете разрешение на проведение исследований до этого момента", - сказал он. Для обеспечения соблюдения этих руководящих принципов потребуются официальные, юридические и регулирующие соглашения высокого уровня об управлении исследованиями в области солнечной геоинженерии. Вагнер также хотел бы видеть организацию, занимающуюся солнечной геоинженерией, с масштабно финансируемой исследовательской программой, которая пытается рационально ответить на важные вопросы и делает исследования прозрачными для обоснования политических решений, которые в конечном итоге должны быть приняты демократически избранными лидерами. "Если взглянуть на воздействие радиации на климат с полурациональной точки зрения, то можно прийти к выводу, что хотя бы малая часть солнечной геоинженерии должна быть частью политики в области климата, потому что это действительно помогает предотвратить необратимое изменение климата", - сказал Вагнер. Портфель проектов должен "включать в себя, в первую очередь, сокращение выбросов CO2, а также адаптацию". Но, добавил он, "Технология SAI не будет здесь единственным спасением. Это абсолютно очевидно".

Источник