Geoinženýrský gambit

Řeky napájené tajícím sněhem a ledovci zásobují vodou více než šestinu světové populace – tedy více než miliardu lidí. Tyto zdroje vody však rychle mizí: himálajské ledovce, které napájejí řeky v Indii, Číně a dalších asijských zemích, mohou být za 25 let pryč ( poté, co se tento příběh objevil v tisku, toto tvrzení vědci stáhli: viz oprava ). Takové účinky změny klimatu už vědce nepřekvapují. Ale rychlost, jakou se dějí, ano. Zdá se, že Země se mění rychleji, než předpovídaly klimatické modely, říká Daniel Schrag, profesor pozemských a planetárních věd na Harvardské univerzitě, který radí prezidentu Obamovi v otázkách klimatu.

Atmosférické hladiny oxidu uhličitého se již vyšplhaly na 385 ppm, což je hodně přes 350 ppm, o kterých mnozí vědci tvrdí, že je horní hranicí pro relativně stabilní klima. A navzdory vládním snahám omezit emise uhlíku v mnoha zemích roční emise ze spalování fosilních paliv rostou, nikoli klesají: za poslední dvě desetiletí vzrostly o 41 procent. Za posledních 10 let se koncentrace oxidu uhličitého v atmosféře každým rokem zvyšuje o téměř dvě části na milion. Tímto tempem budou do konce století dvojnásobkem předindustriální úrovně. Mezitím vědci stále více přesvědčují, že klima může být na této úrovni citlivější na skleníkové plyny, než se dříve myslelo. Pravděpodobnost, že se vyhneme vážným škodám, se zdá být poměrně nízká, říká Schrag. To nejlepší, co uděláme, pravděpodobně nebude dost dobré.

Tento příběh byl součástí našeho vydání z ledna 2010

• Viz zbytek čísla
• předplatit

Toto šokující zjištění způsobilo, že mnoho vlivných vědců, včetně Obamových poradců, jako je Schrag, zásadně změnilo své myšlení o tom, jak reagovat na změnu klimatu. Začali volat po vládě, aby zahájila financování výzkumu geoinženýrství – rozsáhlých schémat pro rychlé ochlazení Země.

Strategie geoinženýrství se značně liší, od vypouštění bilionů slunečních štítů do vesmíru až po spouštění obrovských květů řas v oceánech. Ten, který si v posledních letech získal největší pozornost, zahrnuje vstřikování milionů tun oxidu siřičitého vysoko do atmosféry za vzniku mikroskopických částic, které by zastínily planetu. Mnoho geoinženýrských návrhů pochází z desetiletí, ale ještě před několika lety je většina klimatologů považovala za něco mezi high-tech aroganci a sci-fi. Ve skutečnosti šlo o zakázané území, říká Ronald Prinn, profesor atmosférických věd na MIT. Nejen, že není jasné, jak by bylo takových inženýrských výkonů dosaženo a zda by ve skutečnosti zmírnily klima, ale většina vědců se obává, že by mohly mít katastrofální nezamýšlené následky. A co víc, spoléhání se na geoinženýrství při ochlazování Země, spíše než na snižování emisí skleníkových plynů, by zavázalo budoucí generace k udržování těchto schémat na dobu neurčitou. Z těchto důvodů byla pouhá diskuse o geoinženýrství považována za nebezpečné rozptýlení pro tvůrce politik, kteří zvažovali, jak se vypořádat s globálním oteplováním. Prinn říká, že ještě před několika lety si myslel, že jeho zastánci jsou mimo.

Multimédia

• Prinn Video

• Wright video

Už to není jen okrajový nápad. Královská společnost Spojeného království vydala v září zprávu o geoinženýrství, která nastínila budoucí výzkumné a politické výzvy. Národní akademie ve Spojených státech pracují na podobné studii. A John Holdren, ředitel Úřadu pro vědeckou a technologickou politiku Bílého domu, tuto myšlenku nadnesl brzy poté, co byl jmenován. Klimatické změny probíhají rychleji, než kdokoli dříve předpovídal, řekl během jedné přednášky. Pokud jsme dostatečně zoufalí, můžeme se pokusit zapojit se do geoinženýrství a pokusit se vytvořit chladicí efekty. Abychom se mohli připravit, musíme porozumět možnostem a možným vedlejším účinkům. Nyní se o to začal zajímat i Kongres USA, který v listopadu uspořádal první slyšení o geoinženýrství.

Geoinženýrství může být hrozný nápad, ale může být lepší než nedělat nic, říká Schrag. Na rozdíl od mnoha minulých zastánců si nemyslí, že je to alternativa ke snižování emisí skleníkových plynů. Není to žádná technická oprava. Není to náplast. Je to turniket, říká. Existují potenciální vedlejší účinky, ano. Ale může to být lepší než alternativa, která krvácí k smrti.

PĚT GEOINŽENÝRSKÝCH SCHÉMŮ
Výzkumníci a podnikatelé navrhli přístupy od relativně levných a jednoduchých až po propracované. Zde jsou ty, kterým se zatím dostalo největší pozornosti.
Sulfátová injekce: Letadla nebo hadice zavěšené na stovkách balónků ve tvaru křídel by mohly vstřikovat aerosoly do horních vrstev atmosféry. Částice by odrážely světlo a stínily by Zemi. Klady: Mohlo by to být levné a rychle působící a ochlazovat Zemi během měsíců. Nevýhody: Mohlo by to způsobit sucho. Injekce možná budou muset pokračovat stovky let. Fotografický kredit: Brown Bird Design

Nedělní bouře

Myšlenka geoinženýrství má dlouhou historii. Ve 30. letech 19. století chtěl James Espy, první federálně financovaný meteorolog ve Spojených státech, každou neděli odpoledne spálit velké pásy Appalačského lesa, přičemž předpokládal, že teplo z požárů způsobí pravidelné bouřky. O více než století později meteorologové a fyzici ve Spojených státech a Sovětském svazu samostatně zvažovali řadu schémat pro změnu klimatu, často s cílem oteplit severní zeměpisné šířky, aby se prodloužila vegetační období a uvolnily lodní trasy přes Arktidu.

V roce 1974 sovětský vědec Michail Budyko poprvé navrhl dnes pravděpodobně hlavní plán na ochlazení Země: vstřikování plynů do horních částí atmosféry, kde

vytvořily by mikroskopické částice, které by blokovaly sluneční světlo. Myšlenka je založena na přírodním jevu. Každých několik desetiletí sopka vybuchne tak prudce, že vyšle několik milionů tun síry – ve formě oxidu siřičitého – více než 10 kilometrů do horních částí atmosféry, oblasti zvané stratosféra. Výsledné síranové částice se rychle šíří a zůstávají suspendovány po celá léta. Odrážejí a rozptylují sluneční světlo, vytvářejí opar, který bělí modrou oblohu a způsobuje dramatické západy slunce. Snížením množství slunečního záření, které dopadá na povrch, opar také snižuje jeho teplotu. Stalo se tak po erupci sopky Mount Pinatubo na Filipínách v roce 1991, při které se do stratosféry uvolnilo asi 15 milionů tun oxidu siřičitého. Během následujících 15 měsíců klesly průměrné teploty o půl stupně Celsia. (Během několika let se sírany usadily ze stratosféry a chladicí efekt byl pryč.)

Vědci odhadují, že kompenzace nárůstu úrovně oxidu uhličitého očekávaného v tomto století by vyžadovala napumpování jednoho milionu až pěti milionů tun síry do stratosféry každý rok. Byly navrženy různé strategie, jak tam dostat všechnu tu síru. Miliardářský investor Nathan Myhrvold, bývalý technologický ředitel společnosti Microsoft a zakladatel a generální ředitel Intellectual Ventures se sídlem v Bellevue, WA, přemýšlel o několika, z nichž jeden využívá skutečnosti, že uhelné elektrárny již vypouštějí obrovské množství energie. oxidu siřičitého. Tyto emise zůstávají blízko země a déšť je během několika týdnů smyje z atmosféry. Pokud by se však znečištění mohlo dostat až do stratosféry, cirkulovalo by roky a výrazně by znásobilo svůj dopad v odrážení slunečního světla. Aby se síra dostala do stratosféry, navrhuje Myhrvold, proč nepoužít flexibilní, nafukovací komín z horkovzdušného balónu vysoký 25 kilometrů? Emise z pouhých dvou uhelných elektráren by mohly problém vyřešit, říká. Odhaduje, že jeho řešení by stálo méně než 100 milionů dolarů ročně, včetně nákladů na výměnu balonů poškozených bouří.

Projasnění mraků: Drobné kapičky vytvořené rozprašováním extrémně jemné mlhy mořské vody do nízko položených mraků by mohly způsobit, že odrážejí více slunečního světla než běžné mraky. Klady: Stínování by mohlo být cílené – například k zastavení tání ledu v Arktickém moři. Nevýhody: Vědci nevědí, jak by to ovlivnilo srážky a teploty nad pevninou, kde by na tom záleželo nejvíce.

Není divu, že klimatologové nejsou připraveni podepsat takové schéma. Některé problémy jsou zřejmé. Nikdo se nikdy nepokusil postavit 25kilometrový komín, za prvé. Navíc vědci nerozumí chemii atmosféry dostatečně dobře, aby si byli jisti, co by se stalo; střílení tun síranů do stratosféry by mohlo mít katastrofální následky, daleko od zmírnění klimatických změn. Chemie je příliš složitá na to, abychom si byli jisti, a klimatické modely nejsou dostatečně silné, aby vyprávěly celý příběh.

Víme, že Pinatubo ochladilo Zemi, ale to není otázka, říká Schrag. Průměrná teplota není jediným problémem. Musíte také počítat s regionálními odchylkami v teplotě a vlivy na srážky, vysvětluje – právě ty věci, které klimatické modely notoricky špatně zohledňují. Prinn souhlasí: Pokud snížíme úrovně slunečního světla, nejsme si jisti přesnou reakcí klimatického systému na to, ze stejného důvodu, proč přesně nevíme, jak bude klima reagovat na konkrétní úroveň skleníkových plynů. Dodává: To je velký problém. Jak můžete vytvořit systém, kterému plně nerozumíte?

Skutečné účinky hory Pinatubo byly ve skutečnosti složité. Klimatické modely v té době předpovídaly, že snížením množství slunečního záření dopadajícího na zemský povrch by zákal síranů produkovaných při takové erupci snížil odpařování, což by zase snížilo množství srážek na celém světě. Srážky se snížily – ale mnohem více, než vědci očekávali. Rok po Mount Pinatubo měl zdaleka nejnižší množství srážek v záznamech, říká Kevin Trenberth, vedoucí vědec z Národního centra pro výzkum atmosféry v Boulderu, CO. Ve skutečnosti to bylo o 50 procent méně než v předchozím roce. . Efekty však nebyly jednotné; místy skutečně přibylo srážek. Vědci varují, že sulfátový zákal vytvořený člověkem by mohl mít podobně nepředvídatelné výsledky.

Hnojení oceánu: Přidání železa nebo jiných živin do oceánu by mohlo podpořit květy řas, které by zachycovaly oxid uhličitý a část z něj ukládaly hluboko v oceánu. Klady: Přímo by to řešilo kořen změny klimatu: oxid uhličitý v atmosféře. Nevýhody: V nejlepším případě by to mohlo kompenzovat osminu emisí skleníkových plynů připisovaných lidem a mohlo by to poškodit ekosystémy.

Dokonce i v nejlepším případě, kdy vedlejší účinky

jsou malé a zvládnutelné, ochlazování planety odklonem slunečního světla by nesnížilo oxid uhličitý v atmosféře a zvýšené hladiny tohoto plynu mají důsledky kromě zvýšení teploty. Jedním z nich je, že oceán absorbuje více oxidu uhličitého a v důsledku toho se stává kyselejším. To poškozuje měkkýše a některé formy planktonu, klíčového zdroje potravy pro ryby a velryby. Rybářský průmysl by mohl být zdevastován. A co víc, hladiny oxidu uhličitého budou nadále stoupat, pokud je nebudeme řešit přímo, takže jakákoli technologie snižující sluneční záření by musela být neustále vylepšována, aby se kompenzovaly jejich oteplovací účinky.

A pokud by se geoinženýrství muselo zastavit – řekněme z ekologických nebo ekonomických důvodů – vyšší úrovně skleníkových plynů by způsobily náhlé oteplení. I kdyby geoinženýrství fungovalo perfektně, říká Raymond Pierrehumbert, profesor geofyzikálních věd na Chicagské univerzitě, stále jste v situaci, kdy je celá planeta jen jedna globální válka nebo deprese, aby ji zasáhlo možná sto let. globálního oteplování za méně než deset let, což je jistě katastrofální. Pokud by se geoinženýrství provádělo, dostalo by Zemi do extrémně nejistého stavu.

Chytřejší sulfáty

Zjištění důsledků různých geoinženýrských plánů a vývoj strategií, jak je učinit bezpečnějšími a efektivnějšími, zabere roky nebo dokonce desetiletí výzkumu. Za každý dolar, který utratíme za zjištění, jak vlastně dělat geoinženýrství, říká Schrag, musíme utratit 10 dolarů, abychom zjistili, jaké to bude mít dopady.

Vesmírné odstíny: Triliony disků vypuštěných do vesmíru by mohly odrážet přicházející sluneční světlo. Klady: Vesmírné systémy neznečišťují atmosféru. Jakmile by byly na místě, rychle by ochladily zemi. Nevýhody: Vývoj technologie může trvat desetiletí. A spuštění bilionů disků je fantasticky drahé.

Za prvé, vědci si ani nejsou jisti, že sírany dodávané v průběhu desetiletí, spíše než v jednom krátkém sopečném výbuchu, budou pracovat na ochlazení planety. Jednou z klíčových otázek je, jak mikroskopické částice interagují ve stratosféře. Je možné, že částice síranu přidávané opakovaně do stejné oblasti v průběhu času by se shlukovaly. Pokud by k tomu došlo, částice by mohly začít interagovat s délevlnným zářením, než jsou pouze vlnové délky elektromagnetické energie ve viditelném světle. To by zachytilo část tepla, které přirozeně uniká do prostoru, což by způsobilo čistý tepelný efekt spíše než chladicí efekt. Nebo by větší částice mohly spadnout z oblohy dříve, než měly šanci odvrátit sluneční teplo. Pro studium takových jevů si David Keith, ředitel Energy and Environmental Systems Group na University of Calgary, představuje experimenty, při kterých by letadlo rozprašovalo plyn o nízkém tlaku par na plochu 100 kilometrů čtverečních. Plyn by ve stratosféře kondenzoval na částice a letadlo by proletělo zpět mračnem částic, aby provedlo měření. Systematické změny velikosti částic, množství částic v dané oblasti, načasování jejich uvolňování a další proměnné by mohly odhalit klíčové detaily o jejich mikroměrových interakcích.

I když lze chování sulfátových částic pochopit a zvládnout, není zdaleka jasné, jak by jejich vstřikování do stratosféry ovlivnilo rozsáhlé, složité klimatické systémy. Doposud byla většina modelů hrubých; teprve nedávno například začali brát v úvahu pohyb ledu a mořské proudy. Sulfáty by během dne planetu ochlazovaly, ale nedělaly by žádný rozdíl, když nesvítí slunce. V důsledku toho by noci byly pravděpodobně teplejší než dny, ale vědci udělali málo pro modelování tohoto efektu a studovali, jak by mohl ovlivnit ekosystémy. Podobně byste mohli ovlivnit roční období, říká Schrag: sulfáty by snížily teploty méně během zimy (když je méně denního světla) a více v létě. A vědci udělali jen málo, aby pochopili, jak by se změnily vzorce stratosférické cirkulace přidáním síranů, nebo přesně to, jak by některá z těchto věcí mohla ovlivnit, kde a kdy můžeme zažít sucha, záplavy a další katastrofy.

Pokud by se vědci mohli dozvědět více o účincích síranů ve stratosféře, mohlo by to zvýšit zajímavou možnost inteligentního geoinženýrství, říká Schrag. Sopečné erupce jsou hrubé nástroje, z nichž se během několika dní uvolní velké množství síry,

a to vše z jednoho místa. Geoinženýři si ale mohli vybrat, kam přesně pošlou sulfáty do stratosféry, a také kdy a jak rychle.

Umělé stromy: K zachycení oxidu uhličitého z atmosféry pro trvalé uložení lze použít různé chemické reakce. Klady: Z dlouhodobého hlediska by to mohlo snížit atmosférické koncentrace oxidu uhličitého. Neexistuje žádný zřejmý limit, kolik skleníkových plynů by se mohlo uložit. Nevýhody: Mohlo by to být velmi drahé a energeticky náročné a snížení teplot by trvalo dlouho.

Zatím přemýšlíme o velmi zjednodušené věci, říká Schrag. Mluvíme o vstřikování látek do stratosféry jednotným způsobem. Účinky, které byly dosud předpovídány, však nejsou rovnoměrně rozloženy. Například změny ve vypařování by mohly být zničující, pokud by způsobily sucha na souši, ale pokud nad oceánem prší méně, není to tak velký problém. Využitím vzorů stratosférické cirkulace a sezónních změn počasí by mohlo být možné omezit nejničivější důsledky. Můžete pulzní injekce, říká. Dalo by se vybudovat chytré systémy, které by mohly eliminovat některé z těchto negativních efektů.

Spíše než záměrné znečišťování stratosféry je odlišný a potenciálně méně riskantní přístup ke geoinženýrství vytahování oxidu uhličitého ze vzduchu. Potřebnou technologii by však bylo náročné vyvinout a zavést ve velkém měřítku.

Klaus Lackner, profesor geofyziky na katedře zemského a environmentálního inženýrství na Kolumbijské univerzitě, ve své laboratoři v 10. patře v manhattanské čtvrti Morningside Heights experimentuje s materiálem, který se chemicky váže na oxid uhličitý ve vzduchu a poté, při nalití do vody uvolňuje plyn v koncentrované formě, kterou lze snadno zachytit. Práce jsou v rané fázi. Lacknerova zařízení na zachycování uhlíku vypadají jako zdeformované kartáčky ze zkumavek; musí být ručně ponořeny do vody a je těžké je rychle uzavřít do improvizované komory používané k měření oxidu uhličitého, který uvolňují. Představuje si však automatizované systémy – miliony z nich, každý o velikosti malé kabiny – rozmístěné po krajině poblíž geologických nádrží, které by mohly ukládat plyny, které zachycují. Systém založený na tomto materiálu, vypočítává, by mohl odstranit oxid uhličitý ze vzduchu tisíckrát rychleji než stromy nyní. Jiní v Columbii pracují na způsobech, jak využít skutečnost, že peridotitová hornina reaguje s oxidem uhličitým za vzniku uhličitanu hořečnatého a dalších minerálů, čímž dochází k odstraňování skleníkových plynů z atmosféry. Vědci doufají, že urychlí tyto přirozené reakce.

Není zdaleka jasné, že tyto nápady na zachycování uhlíku budou praktické. Některé mohou dokonce vyžadovat tolik energie, že vytvářejí čistý nárůst oxidu uhličitého. Ale i kdyby nám trvalo sto let, než se to naučili, říká Pierrehumbert, je to stále užitečné, protože CO2 přirozeně trvá tisíc let, než se dostane z atmosféry.

Semena války

Několik existujících geoinženýrských schémat by však bylo možné vyzkoušet relativně levně a snadno. A i když nikdo neví, zda by byly bezpečné nebo účinné, neznamená to, že nebudou zkoušeny.

David Victor, ředitel Laboratoře mezinárodního práva a regulace na Kalifornské univerzitě v San Diegu, vidí dva scénáře, ve kterých by se to mohlo stát. Za prvé, zoufalý průsmyk Zdrávas Mary: Země, která je velmi zranitelná vůči měnícímu se klimatu, zoufale touží po změně výsledků a vidí, že snahy o snížení emisí nepřinášejí ovoce. Schémata surového geoinženýrství by mohla být velmi levná, a proto by tato možnost mohla být dostupná i pro Trinidad nebo Bangladéš – první z nich bohatý na vývoz plynu a docela zranitelný a druhý chudý, ale dostatečně velký na to, aby mohl udělat něco, co je považováno za nezbytné pro přežití. A za druhé, scénář arogantního inženýrství sovětského typu: Země řízená inženýry, která není příliš vystavena veřejnému mínění nebo nesouhlasným hlasům, provádí geoinženýrství jako národní poslání – podobně jako masivní stavba špatně navržených jaderných reaktorů, projekty odklonění řek, přesídlení populace a další národní mise, které je těžké splnit, když je veřejnost informována, reaguje a je u moci. V obou případech by jediná země jednající samostatně mohla ovlivnit klima celého světa.

Jak by reagoval svět? Victor říká, že v extrémních případech by to mohlo vést k válce. Některé země

mohou mít námitky proti ochlazování Země, zvláště pokud jim vyšší teploty přinesly výhody, jako je delší vegetační období a mírnější zimy. A pokud geoinženýrství sníží srážky, země, které zažily sucha kvůli globálnímu oteplování, by mohly trpět ještě více.

Žádné současné mezinárodní zákony nebo dohody by jednoznačně nebránily zemi v jednostranném zahájení geoinženýrského projektu. A nyní je příliš málo známo, že by řídící orgán, jakým je OSN, zavedl řádné předpisy – předpisy, které by v každém případě mohla ignorovat země, která se snaží zachránit před klimatickou katastrofou. Victor říká, že největší nadějí je, aby přední vědci z celého světa spolupracovali na co nejjasnějším stanovení toho, jaká nebezpečí může geoinženýrství představovat a jak, pokud vůbec, může být použito. Prostřednictvím otevřeného mezinárodního výzkumu, říká, můžeme zvýšit pravděpodobnost – ne na 100 procent –, že se objeví zodpovědné normy.

Připraven nebo ne

V roce 2006 Paul Crutzen, nizozemský vědec, který získal Nobelovu cenu za chemii za objevy o poškozování stratosférické ozonové vrstvy, napsal do časopisu esej Klimatické změny ve kterém prohlásil, že snahy o snížení emisí skleníkových plynů byly hrubě neúspěšné. Vyzval k intenzivnějšímu výzkumu proveditelnosti a environmentálních důsledků klimatického inženýrství, i když uznal, že vstřikování síranů do stratosféry by mohlo poškodit ozonovou vrstvu a způsobit velké nepředvídatelné vedlejší účinky. Navzdory těmto nebezpečím by podle něj mohlo být klimatické inženýrství nakonec jedinou dostupnou možností, jak rychle snížit nárůst teploty.

V té době byla Crutzenova esej kontroverzní a mnoho vědců ji označilo za nezodpovědnou. Ale od té doby to sloužilo k tomu, aby se geoinženýrství dostalo na povrch, říká David Keith, který začal toto téma studovat v roce 1989. Poté, co vědec s Crutzenovým pověřením, který rozuměl stratosféře stejně dobře jako kdokoli jiný, se rozhodl pro studium injekce sulfátu jako způsob, jak ochladit Zemi, mnoho dalších vědců bylo ochotno o tom začít mluvit.

Mezi nejnovější konvertity patří David Battisti, profesor atmosférických věd na Washingtonské univerzitě. Znepokojuje ho zejména jeden problém. Studie vln veder ukazují, že výnosy úrody prudce klesají, když teploty stoupnou o 3 °C až 4 °C nad normál – teploty, kterých bychom podle Prinn z MIT mohli dosáhnout i při přísných emisních kontrolách. Na sympoziu ageoengineering na MIT letos na podzim Battisti řekl: Do konce století, jen kvůli teplotě, se díváme na 30 až 40procentní snížení výnosů [plodiny], zatímco v příštích 50 letech poptávka po Očekává se, že jídlo se více než zdvojnásobí.

Battisti si je dobře vědom nejistot, které obklopují geoinženýrství. Podle výzkumu, který nedávno provedl, byly první počítačové modely, které se pokusily ukázat, jak stínění Země ovlivní klima, v předpovědích regionálních teplotních změn o 2 °C až 3 °C a až o 40 procent v předpovědích regionálních srážek. . Ale s miliardou lidí již podvyživených a miliardami dalších, které by mohly hladovět, pokud globální oteplování naruší zemědělství, Battisti neochotně připustil, že možná budeme muset uvažovat o opravě klimatického inženýrství. Lepší data a lepší modely pomohou objasnit účinky geoinženýrství. Dejte nám 30 nebo 40 let a my tam budeme, řekl na sympoziu MIT. Ale za 30 až 40 let, na úrovni, kdy zvyšujeme CO2, to budeme potřebovat, ať už jsme připraveni nebo ne.

Kevin Bullis je Recenze technologie 's Energy Editor.

skrýt