Geoinżynieria klimatu

Geoinżynieria to świadomy wpływ człowieka na klimat Ziemi. To manipulowanie naturalnym systemem Ziemi na wielką skalę w celu ograniczenia globalnego ocieplenia. Negacjoniści klimatyczni zaczynają zachwalać geoinżynierię jako lepszą alternatywę dla ograniczania spalania paliw kopalnych.

Myślenie, że geoinżynieria rozwiąże problem globalnego ocieplenia pozwala sądzić, że nic nie trzeba zmieniać. Można dalej spalać paliwa kopalne i opierać na nich wzrost gospodarczy oraz zysk korporacji. Dzięki technologii nie trzeba będzie dostosowywać swojego sposobu postępowania wobec planety, to Ziemia będzie dostosowywana pod człowieka.

mówi Marcin Popkiewicz, polski dziennikarz naukowy i popularyzator

Klimatolodzy dyskutują podstawy procesów fizycznych i koszty implementacji proponowanych zmian. Należy zwrócić jednak uwagę na fakt, że żadna z proponowanych technologii nie jest obecnie na etapie stosowania jej na dużą skalę. Teoretycznie geoinżynieria mogłaby prowadzić do zmniejszenia globalnego ocieplenia, jednak nawet najmniejsza zmiana klimatu naszej planety, może spowodować inne, globalne zmiany klimatyczne Ziemi.

Podstawowe informacje

Geoinżynieria klimatu jest terminem obejmującym wiele proponowanych technik modyfikacji klimatu m.in.

• poprzez redukcję emisji gazów cieplarnianych (głównie CO2)
• zmiany odbijalności chmur
• zmiany koncentracji aerozoli siarczanowych w stratosferze
• zmniejszanie albedo Ziemi
• nawożenie oceanu żelazem- ekologia fitoplanktonu

Wiele z technik inżynierii klimatu było już uprzednio proponowanych w kontekście modyfikacji pogody w celu zmiany ilości opadów. Większość z tych metod opiera się na zasiewaniu chmur wodnych lub tworzeniu chmur lodowych. Czasami proponowano inne techniki np. zmiana zalesienia lub ułożenie asfaltu może wpływać na ilość deszczu.

Istnieją mechanizmy kontroli dochodzącego promieniowania słonecznego które dają pewne wyobrażenie jakie metody geoinżynieryjne można zastosować lub jaki jest ich efekt. Do nich należą naturalne zmiany stałej słonecznej, wybuchy wulkanów, podpalenie szybów naftowych w czasie wojny w Kuwejcie i Iraku, przemieszczanie się piasku z obszarów pustynnych, efekt zanieczyszczeń przemysłowych, efekt smug kondensacyjnych, ścieżki statków.

Zarówno intensywność jak i rozwój cyklonów tropikalnych zależy od temperatury oceanu. Zaproponowano kilka technik modyfikacji cyklonów tropikalnych. Jedną z nich jest metoda polegająca na obniżeniu temperatury w warstwie powierzchniowej oceanu przed rozwijającym się cyklonem tropikalnym w celu zmniejszenia dostępnej energii cieplnej. W 2009 roku Bill Gates i inni wystąpili o kilka patentów opierających się na wykorzystaniu tej metody. Po przejściu cyklonu tropikalnego można zaobserwować zimny ślad, co pokazuje że to zjawisko jest realizowane w przyrodzie.

Wybuchy wulkanów które wprawdzie nie należą do metod geoinżynieryjnych są naturalnym mechanizmem zmian dochodzącego promieniowania słonecznego. Podczas wybuchów wulkanów, zwłaszcza gwałtownych o dużej magnitudzie, olbrzymie ilości pyłów zawieszonych i aerozoli siarczanowych przedostają się do stratosfery i zmniejszają ilość promieniowania słonecznego dochodzącego do powierzchni Ziemi. Przykładem tego efektu był rok bez lata.

Rok bez lata
to określenie jakim nazwano rok 1816, w którym wystąpił szereg gwałtownych letnich anomalii klimatycznych, przede wszystkim na półkuli północnej. W efekcie doprowadziło to do zniszczenia upraw w Europie Północnej, północno-wschodniej Ameryce. Uważa się, że anomalie te były zimą wulkaniczną wywołaną m.in. wybuchem wulkanu Tambora.

dodatkowe informacje:
Rok bez lata
Ochłodzenie w latach 535–536
Mała epoka lodowa

Zjawiska pogodowe wywołane erupcją wulkaniczną na mniejszą skalę mogą mieć złożony przebieg. Aerozole atmosferyczne odbijając promieniowanie słoneczne powodują ochłodzenie troposfery i jednoczesne ogrzanie stratosfery. To z kolei może wpłynąć na cyrkulację atmosferyczną i wywołać odmienne skutki w różnych regionach. Z tego powodu wybuch wulkanu Pinatubo w roku 1991 nie wywołał katastrofalnego globalnego ochłodzenia, ale spowodował kilkustopniowe odchylenia od kilkuletniej normy na przełomie lat 1991/1992. Sięgnęły one 2-3 stopni ocieplenia w centralnej Ameryce Płn. i w Europie Północno-Zachodniej i 2 stopni ochłodzenia na Bliskim Wschodzie i w kanadyjskiej Arktyce.

Zwiększenie ilości aerozoli powoduje wzrost zachmurzenia, przykładowo, po wybuchu indonezyjskiego wulkanu Tambora w roku 1815, nietypowa ilość opadów odbiła się na plonach na Półwyspie Iberyjskim.

dodatkowe informacje:
Zima wulkaniczna

Zmiany dochodzącego promieniowania słonecznego

Kontrola dochodzącego promieniowania słonecznego opiera się na odbiciu lub absorpcji światła. Oprócz proponowanych metod wykonuje się także symulacje numeryczne modelami klimatu, żeby ocenić wpływ na zmiany temperatury pomiędzy dniem i nocą i na zmiany przepływu powietrza w atmosferze.

Aerozole w stratosferze – Opcja Pinatubo

Obserwacja dużych wybuchów wulkaniczych pokazuje, że cząstki zawieszone w stratosferze oziębiają powierzchnię Ziemi. Jedną z proponowanych technik jest celowe wprowadzenie odbijających aerozoli np. poprzez wprowadzenie gazów, które byłyby prekursorami aerozolu.

Jedną z hipotez inżynierii klimatu jest wprowadzenie aerozoli siarczanów do stratosfery, które nie absorbują promieniowania słonecznego, ale je odbijają. Taką technikę rozważa Paula Crutz w kontekście globalnego ocieplenia.

Paul Josef Crutzen to holenderski chemik atmosfery i meteorolog. W 1995 otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii za pracę nad zmianami ilości ozonu. Pracował w amerykańskim Narodowym Centrum Badań Atmosferycznych, Instytucie Maxa Plancka w Moguncji i Instytucie Oceanografii Scrippsów. W 1999 był jednym z szefów klimatycznego projektu badawczego Indian Ocean Experiment, prowadzonego na Oceanie Indyjskim.

W hipotezie Pinatubo aerozole siarczanowe odgrywają podobną rolę do cząstek pyłów i aerozoli zawieszonych w stratosferze po wybuchu silnych wulkanów i powodują oziębianie Ziemi poprzez odbijanie promieniowania słonecznego. Crutzen sugerował, że związki siarki powinny być wprowadzone we wstępującej części cyrkulacji stratosferyczne w atmosferze tropikalnej i ocenił, że około 1–2 milionów ton siarki na rok jest potrzebne, żeby zniwelować efekt ocieplania o 1.4 W/m². Tego typu zmiana spowoduje widoczne efekty w postaci zmiany koloru wschodu i zachodu słońca i zmniejszenie ilości ozonu stratosferycznego.

Inna techniką zaproponowaną przez Crutzena jest wprowadzenie cząstek sadzy do stratosfery, które by absorbowały promieniowanie słoneczne, ale ogrzewały stratosferę i zmniejszały stężenie ozonu stratosferycznego. Ta metoda wymagałaby spalania paliw kopalnianych.

Czy wiesz, że …
Pinatubo to czynny wulkan na wyspie Luzon, na Filipinach, 1486 m n.p.m. Jest to stratowulkan, któregoeErupcja w czerwcu 1991 spowodowała śmierć ok. 800 osób na skutek opadów popiołowych, bomb wulkanicznych, spływów laharów oraz z powodu epidemii. Setki osób zostały ranne.

Modyfikacja odbicia i grubości pokrywy chmur

Chmury przy powierzchni Ziemi mają tendencję do jej oziębiania poprzez bardzo duże odbicie dochodzącego promieniowania słonecznego. Jednym z mechanizmów zwiększenia odbijalności chmur jest wprowadzenie zawieszonych cząsteczek soli morskiej z powierzchni oceanów np. poprzez rozpylanie wody.

Techniki używane w modyfikacji pogody używane były do zwiększenia lub zmiany opadów m.in. za pomocą technik zasiewania chmur. Propozycje geoinżynieryjne mają na celu zmodyfikowanie tych technik, tak by zmienić odbijalność dochodzącego promieniowania od chmur. W naturze istnieją procesy, które pokazują, że jest to możliwe – wpływ zanieczyszczeń na opady, ślady statków, czy smugi kondensacyjne.

Zasiewanie chmur
to forma modyfikacji pogody, będąca próbą zmiany ilości lub rodzaju opadów z chmur. Poprzez rozpylenie substancji służących jako jądra kondensacji lub zarodki krystalizacji powodowane są zmiany w procesach mikrofizycznych wewnątrz chmury. Zazwyczaj intencją jest zwiększenie opadów (deszczu lub śniegu), a na lotniskach praktykuje się ograniczanie gradu lub mgły. Do najczęściej używanych związków chemicznych do zasiewania chmur należy jodek srebra i suchy lód.

dodatkowe informacje:
Zasiewanie chmur

Ścieżki statków
to efekt wybielania morskich chmur warstwowych wzdłuż tras statków widoczny na zdjęciach satelitarnych jako wyraźne linie. Spaliny z silników statków zawierają dużo cząstek stałych i siarczanów, które tak jak inne cząstki aerozolu atmosferycznego mogą stanowić jądra kondensacji dla kropel chmurowych. Lokalny wzrost koncentracji aerozolu oznacza, że lokalnie w chmurze rośnie koncentracja kropelek a więc też albedo chmury. Chmura rozprasza dzięki temu więcej promieniowania słonecznego przez co widziana z kosmosu jest jaśniejsza.

Smuga kondensacyjna
to chmury typu cirrus w postaci długich linii, powstająca najczęściej za samolotem odrzutowym lecącym w górnej troposferze i dolnej stratosferze, na wysokości między 8 a 15 km nad ziemią. Może utrzymywać się nawet kilka dni. Wystąpić może także za samolotem o napędzie śmigłowym, jeśli tylko zaistnieją ku temu odpowiednie warunki.

dodatkowe informacje:
Smuga kondensacyjna

Zaproponowano techniki zmieniające albedo niskich chmur oceanicznych stratocumulusów, polegające na zwiększeniu koncentracji kropli o wielkości około 1 μm. Krople takie mają być generowane przez olbrzymie rozpylacze lub przez pompowanie powietrza do oceanu co spowoduje tworzenie kropli soli morskiej. Statki tworzące te krople mają wykorzystywać efekt Magnusa.

Wysokie chmury cirrus wpływają przypuszczalnie na ocieplenie Ziemi ponieważ są prawie przeźroczyste dla dochodzącego promieniowania słonecznego, ale pochłaniają promieniowanie podczerwone. Ten efekt zależy jednak od wielkości kryształów lodu i grubości optycznej warstwy chmur.

William R. Cotton, amerykański fizyk atmosfery, profesor na Wydziale Nauk o Atmosferze Uniwersytecie Stanowym Kolorado zasugerował, że cząstki sadzy umieszczone w górnej troposferze mogą dysypować chmury cirrus poprzez ogrzewanie atmosfery. Jednocześnie cząstki sadzy absorbowałyby promieniowanie słoneczne redukując efekt cieplarniany.

Istnieją sugestie, że chmury lodowe można tworzyć poprzez zasiewanie lodowymi jądrami nukleacji w czystym powietrzu. Jednak ten mechanizm miałby na celu raczej ogrzewanie powierzchni Ziemi, a więc zwiększeniu efektu cieplarnianego.

Inną techniką na zwiększenie pokrywy wysokich chmur jest zwiększenie ilości smug kondensacyjnych. Techniką tworzenia chmur cirrus w czystym powietrzu może być również zasiewanie pyłami piasku. Proponowano też zasiewanie chmur stratus jodkiem srebra w celu zmniejszenia pokrycia chmur i oziębienia temperatury powierzchni Ziemi – niskie chmury wpływają na oziębianie powierzchni Ziemi.

Lustra w przestrzeni kosmicznej

Zamiast wprowadzania aerozoli do stratosfery czy modyfikacji własności odbicia od chmur zaproponowano także rozwiązania polegające na umieszczeniu luster odbijających promieniowanie słoneczne. Jedną z technik jest umieszczenie przesłony w punkcie Lagrange’owskim pomiędzy Ziemią a Słońcem.

Punkt libracyjny, punkt libracji, punkt Lagrange’a
to miejsce w przestrzeni, w układzie dwóch ciał powiązanych grawitacją, w którym ciało o pomijalnej masie może pozostawać w spoczynku względem ciał układu. W układzie Słońce–Ziemia ciało może pozostawać w spoczynku w układzie odniesienia, w którym Słońce i Ziemia spoczywają. W punktach tych następuje zrównoważenie sił grawitacji i bezwładności oddziałujących na ciało w układzie odniesienia związanym z tym ciałem.

dodatkowe informacje:
Punkt libracyjny

Punkt L1 znajduje się blisko Ziemi i jest ciągle oświetlany przez Słońce. Czyni go to użytecznym do prowadzenia obserwacji Słońca, do pozyskiwania energii słonecznej, ustawienia luster pomiędzy Ziemią a Słońcem.

Sekwestracja dwutlenku węgla

Jednym z proponowanych mechanizmów sekwestracji dwutlenku węgla i obniżenia efektu cieplarnianego jest wprowadzenie związków żelaza do górnych warstw oceanu w celu stymulacji zakwitu fitoplanktonu. Ma to zwiększyć produkcje biomasy w oceanie, oraz wpływ na redukcję dwutlenku węgla w atmosferze poprzez sekwestrację w oceanie. Eksperymenty naukowe dotyczące tej hipotezy, m.in. IronEx II w 1995 roku (Boyd P.W., et al., 2007, Mesoscale Iron Enrichment Experiments 1993–2005: Synthesis and Future Directions, Science, 315, 5812, 612.) pokazały, że zakwity fitoplanktonu mogą być ograniczone w oceanie przez niedobór związków żelaza.

dodatkowe informacje:
Dwutlenek węgla
Sekwestracja dwutlenku węgla

Piąty Raport Klimatyczny IPCC i geoinżynieria klimatu

W Piątym Raporcie Klimatycznym IPCC przedyskutowano kilkanaście metod geoinżynieryjnych, które można zgrupować w następujące kategorie.

• zmiany dochodzącego promieniowania słonecznego na powierzchnię Ziemi (Solar Radiation Management, SRM)
• zmiana pokrywy chmur
• Redukcja emisji dwutlenku węgla (Carbon Dioxide Reduction, CDR)

Piąty raport IPCC dyskutuje podstawy procesów fizycznych, koszty implementacji i etykę proponowanych zmian. Raport zwraca uwagę na fakt, że żadna z technologii nie jest jeszcze na takim etapie, żeby można ją zastosować na dużą skalę. Ten projekt ma na celu przeprowadzenie eksperymentów numerycznych, które symulują zaproponowane techniki geoiżynieryjne. Eksperymenty numeryczne dotyczą głównie projektów zmiany aerozoli w stratosferze i mają 4 różne scenariusze (G1, G2, G3, G4). Wyniki z eksperymentu G1 pokazują, że ewentualna zmiana stałej słonecznej rzeczywiście przeciwdziała ociepleniu klimatu, ale możliwe są zmiany opadów i inne zmiany na powierzchni Ziemi.

Podobnie jak w przypadku badania modeli atmosfery i oceanu stworzono osobny MIP, czyli projekt porównywania modeli, który nazywa się Projekt Porównania Modeli Geoinżynieryjnych (The Geoengineering Model Intercomparison Project (GeoMIP).

dodatkowe informacje:
Projekt Porównania Modeli Geoiżynieryjnych (GeoMIP)
Piąty raport IPCC

źródło: materiały prasowe
Paul Crutzen, autorzy, licencja CC BY SA 4.0
Pinatubo, autorzy, licencja CC BY SA 4.0
Punkt libracyjny, autorzy, licencja CC BY SA 4.0
Rok bez lata, autorzy, licencja CC BY SA 4.0
Smuga kondensacyjna, autorzy, licencja CC BY SA 4.0
Ścieżki statków, autorzy, licencja CC BY SA 4.0
William R. Cotton, autorzy, licencja CC BY SA 4.0
Zasiewanie chmur, autorzy, licencja CC BY SA 4.0
Zima wulkaniczna, autorzy, licencja CC BY SA 4.0

Zmiany klimatu – dodatkowe informacje:
carbon offset, dekarbonizacja, denializm klimatyczny (zaprzeczanie globalnemu ociepleniu), depresja klimatyczna (ekolęk, lęk klimatyczny), fakty i mity klimatyczne, handel emisjami CO2, hipoteza pistoletu metanowego, naturalna zmienność klimatu, neutralność klimatyczna, neutralność węglowa, odnawialne źródła energii, rekompensata węglowa, sekwestracja CO2, ślad ekologiczny, ślad węglowy, ślad wodny, węglowy rezerwuar, zielona transformacja energetyczna, zielony rozwój, zrównoważony rozwój

efekt cieplarniany, gazy cieplarniane, globalne ocieplenie
dwutlenek węgla, freony (chlorofluorowęglowodory CFC), metan, ozon, podtlenek azotu

międzynarodowe organizacje, petycje, protokoły, umowy:
Europejski System Handlu Emisjami (EU ETS), Europejski Zielony Ład, funduszu Loss and Damage, Green Climate Fund, Konferencje Stron COP (Conferences of the Parties), Międzyrządowy Zespół ds. Zmian Klimatu (Intergovernmental Panel on Climate Change IPCC), Petycja Oregońska, Porozumienie Paryskie, Protokół z Kioto, Ramowa konwencja Narodów Zjednoczonych w sprawie zmian klimatu (United Nations Framework Convention on Climate Change – UNFCCC, FCCC)

zagrożenia ekologiczne związane z zmianami klimatu:
blaknięcie (bielenie) raf koralowych, El Niño, ekstremalne zjawiska, gatunki zagrożone wyginięciem, geoinżynieria klimatu, gwałtowne zmiany pogody, huragany, kwaśny deszcz, La Niña, miejska wyspa ciepła, migracje gatunków, migracja ludności, ocieplenie oceanu, odtlenienie oceanu, osuwiska i tsunami, otwarcie nowych szlaków handlowych, paliwa kopalne, podtopienia, powodzie, punkty krytyczne w ziemskim systemie klimatycznym, pustynnienie, redukcja morskiej pokrywy lodowej (zmniejszenie zasięgu i frekwencji lodu morskiego), sprzężenia zwrotne w ziemskim systemie klimatycznym, straty ekonomiczne, susza, topnienie lodowców i lądolodów, topnienie lodu morskiego, topnienie wiecznej zmarzliny, ubożenie (utrata) różnorodności biologicznej, wydłużony okres wegetacyjny roślin, wylesianie (deforestacja), wymieranie gatunków, wzrost poziomu mórz i oceanów, wzrost śmiertelności, zakwaszenie wód (rzek, jezior, mórz i oceanów), zmniejszony dopływ słodkiej wody, zanieczyszczenie powietrza, zanieczyszczenie środowiska, zmiana (modyfikacja) cyrkulacji atmosferycznej, zmiana cyrkulacji termohalinowej (zaburzenie cyrkulacji oceanicznej), zwiększenie produkcji rolnej, zwiększenie powierzchni tundry w Arktyce, zwiększony zasięg występowania wektorów przenoszących zakaźne drobnoustroje (rozprzestrzenianie się chorób)

Wiedza ekologiczna – dodatkowe informacje:
aforyzmy ekologiczne, biblioteka ekologa, biblioteka młodego ekologa, ekoprognoza, encyklopedia ekologiczna, hasła ekologiczne, hasztagi (hashtagi) ekologiczne, kalendarium wydarzeń ekologicznych, kalendarz ekologiczny, klęski i katastrofy ekologiczne, największe katastrofy ekologiczne na świecie, międzynarodowe organizacje ekologiczne, podcasty ekologiczne, poradniki ekologiczne, (nie) tęgie głowy czy też (nie) najtęższe umysły, znaki i oznaczenia ekologiczne

Dziękuję, że przeczytałaś/eś powyższe informacje do końca. Jeśli cenisz sobie zamieszczane przez portal treści zapraszam do wsparcia serwisu poprzez Patronite.

Możesz również wypić ze mną wirtualną kawę! Dorzucasz się w ten sposób do kosztów prowadzenia portalu, a co ważniejsze, dajesz mi sygnał do dalszego działania. Nad każdym artykułem pracuję zwykle do późna, więc dobra, mocna kawa wcale nie jest taka zła ;-)

Zapisz się na Newsletter i otrzymuj email z ekowiadomościami. Dodatkowo dostaniesz dostęp do specjalnego działu na stronie portalu, gdzie pojawiają się darmowe materiały do pobrania i wykorzystania. Poradniki i przewodniki, praktyczne zestawienia, podsumowania, wzory, karty prac, checklisty i ściągi. Wszystko czego potrzebujesz do skutecznej i zielonej rewolucji w twoim życiu. Zapisz się do Newslettera i zacznij zmieniać świat na lepsze.

Chcesz podzielić się ciekawym newsem lub zaproponować temat? Skontaktuj się pisząc maila na adres: informacje@wlaczoszczedzanie.pl

Więcej ciekawych informacji znajdziesz na stronie głównej portalu Włącz oszczędzanie