Geoinżynieria (klimat)

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
(Przekierowano z Inżynieria pogody i klimatu)
Skocz do: nawigacji, wyszukiwania
Wiedźmy przygotowujące wywar do sprowadzenia gradu.

Geoinżynieria klimatu – proponowane wielkoskalowe modyfikacje pogody w celu wprowadzenia zmian klimatycznych.

Geoinżynieria klimatu jest terminem obejmującym wiele proponowanych techniki modyfikacji klimatu poprzez zmiany odbijalności chmur, zmiany koncentracji aerozoli siarczanowych w stratosferze, zmniejszanie albeda Ziemi, nawożenie oceanu żelazem i innych technik. Obecnie (2013) myśli się o technikach geoinżynierii klimatu w kontekście globalnego ocieplenia. 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[1] Ten projekt ma na celu przeprowadzenie eksperymentów numerycznych, które symulują zaproponowane techniki geoiżynieryjne. Experymenty numeryczne dotyczą głownie projektów zmiany aerozoli w stratosferze i mają 4 rózne 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[2][3]

Information icon.svg Osobny artykuł: Modyfikacja pogody.

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[4] lub ułożenie asfaltu[5] może wpływać na ilość deszczu.

Płonące szyby naftowe w czasie Pierwszej Wojny w Zatoce Perskiej

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.

Wybuch wulkanu Pinatubo
Information icon.svg Osobny artykuł: Zima wulkaniczna.

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

Information icon.svg Osobny artykuł: Teoria zimy nuklearnej.

Wpływ wojny jądrowej na klimat był jednym z rozważanych mechanizmów zmian klimatycznych. Ta metoda zmiany temperatury nie jest rozważaną techniką geoinzynieryjną. Wręcz przeciwnie, zwracano uwagę na groźbę drastycznego efektu zmian klimatycznych związanych z wojną jądrową.

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 ta technika geoinżynieryjna jest realizowana w przyrodzie.

Zmiany dochodzącego promieniowania słonecznego[edytuj | edytuj kod]

Eksperyment Opis
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.
Jaśniejsze chmury Chmury przy powierzchni Ziemi mają tendencję do oziębiania powierzchni Ziemi 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)
Zmiany odbijalności Wiadomo, że człowiek powoduje zmiany odbijalności dochodzącego promieniowania słonecznego np w miastach. Obserwacja ta sugeruje, że można zmienić odbijalność Ziemi, np. poprzez zmianę rodzaju roślinności.
Zmiany chmur cirrus Wysokie chmury typu cirrus nie pochłaniają znacznie przechodzącego przez nie promieniowania słonecznego, ale absorbują dochodzące promieniowanie podczerwone z powierzchni Ziemi. Powoduje to, że chmury te ogrzewają powierzchnię Ziemi. Zmiana pokrywy lub grubości chmur cirrus zmniejszy ich efekt cieplarniany.

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.

"Opcja Pinatubo"[edytuj | edytuj kod]

Jedną z hipotez inżynierii klimatu jest wprowadzenie aerozoli siarczanów do stratosfery, które nie absorbują promieniowania słonecznego, ale je odbijają. Technika ta została zaproponowana przez kilku autorów[6][7] i rozważana przez Crutzena w kontekście globalnego ocieplenia[8]. W tej hipotezie 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 sugeruje, 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.

Ścieżki statków pokazują na zmiany odbijalności chmur spowodowane emisją z kominów statków związane ze spalaniem paliwa

Modyfikacja odbicia i pokrywy chmur[edytuj | edytuj kod]

Techniki używane w modyfikacji pogody używane były do zwiększenia lub zmiany opadów m.in. za pomocą technik zasiewaniu 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, czy ślady statków, smugi kondensacyjne.

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[9][10]. 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[11]. Cotton[12] 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[13]. 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. Inną techniką tworzenia chmur cirrus w czystym powietrzu może być zasiewanie pyłami piasku[14]. Proponowano też [13] 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[edytuj | edytuj kod]

Zamiast wprowadzania aerozoli do stratosfery czy modyfikacji własności odbicia od chmur zaproponowano także rozwiązania polegające na umieszczeniu luster odbijających promieniowanie słoneczne[15]. Inną techniką jest umieszczenie przesłony w punkcie Lagrange'owskim pomiędzy Ziemią a Słońcem[16].

Sekwestracja dwutlenku węgla[edytuj | edytuj kod]

Niektóre z metod redukcji emisji dwutlenku węgla (Carbon Dioxide reduction – CDR) przedstawione są w tabeli.

Eksperyment Opis
Zasiewanie oceanu Poprzez zwiększenie ilości biomasy w oceanie (np poprzez zasiewanie oceanu składnikami przyśpieszającymi wzrost fitoplanktonu) można spowodować, że jej część opadnie na dno oceanu.
Zasadowość oceanu Minerały dodane do wód oceanicznych zwiększą ich zasadowość, co spowoduje, że więcej CO2 z atmosfery rozpuści się w oceanie
Składowanie w oceanie. Dwutlenek węgla jest wychwytywany w czasie produkcji lub bezpośrednio z atmosfery i składowany na dnie oceanu.

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[17] pokazały, że zakwity fitoplanktonu mogą być ograniczone w oceanie przez niedobór związków żelaza.

GeoMIP: Piąty Raport Klimatyczny[edytuj | edytuj kod]

W Piątym Raporcie Klimatycznym 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 emisii dwutlenku wegla (Carbon Dioxide reduction – CDR)

Stworzono także osobny projekt porównywania modeli, który nazywa się "Projekt Porównania Modeli Geoinżynieryjnych" (The Geoengineering Model Intercomparison Project (GeoMIP)[18][19].

Przypisy

  1. AR5, Working Group 1, Rozdział 7
  2. Kravitz, B., K. Caldeira, O. Boucher, A. Robock, P. J. Rasch, K. Alterskjær, D. Bou Karam, J. N. S. Cole, C. L. Curry, J. M. Haywood, P. J. Irvine, D. Ji, A. Jones, J. E. Kristjánsson, D. J. Lunt, J. Moore, U. Niemeier, H. Schmidt, M. Schulz, B. Singh, S. Tilmes, S. Watanabe, S. Yang, and J.-H. Yoon (2013), Climate model response from the Geoengineering Model Intercomparison Project (GeoMIP), Journal of Geophysical Research, 118, doi:10.1002/jgrd.50646.
  3. Eli Kintisch, Hack the Planet, 288 pages, Wiley, 2010
  4. Anthes, R. A., 1984. Enhancement of convective precipitation by mesoscale variations in vegetative covering in semiarid regions. J. Climate Appl. Meteor. 23:541–554.
  5. Black, J. F. i B. H. Tarmy. 1963. The use of asphalt coating to increase rainfall. Journal of Applied Meteorology and Climatology 2:557-564.
  6. Budyko, M. I. 1974. The method of climate modification. Meteor. Hydrol. 2:91–97.
  7. Dyson, F. J. i G. Marland. 1979. Technical fixes for the climatic effects of CO2. In: Workshop on the Global Effects of Carbon Dioxide from Fossil Fuels, Miami Beach, FL, March 7-11, 1977, ed. W. P. Elliott and L. Machta, pp. 111–118. U.S. DOE, CONF-770385, UC-11.
  8. Crutzen, P. J. 2006. Albedo enhancement by stratospheric sulfur injections: A contribution to resolve a policy dilemma? Climate Change 77:211–219.
  9. Latham, J., 2002. Amelioration of global warming by controlled enhancement of the albedo and longevity of low-level maritime clouds. Atmospheric Science Letters 3:52–58, doi:10.1006/asle.2002.0048
  10. Latham, J., P. Rasch, C.-C. Chen, L. Kettles, A. Gadian, A. Gettelman, H. Morrison, K. Bower, oraz T. Choularton (2008) “Global temperature stabilization via controlled albedo enhancement of low-level maritime clouds.” Philosophical Transactions of the Royal Society A. 366: 3969–3987.
  11. Stephens, G. L., S. C. Tsay, P. W. Stackhouse, and P. J. Flatau (1990), The relevance of the microphysical and radiative properties of cirrus clouds to climate and climatic feedback, Journal of the Atmospheric Sciences 47, 1742–1754.
  12. W. R. Cotton, Weather and climate engeenering w J Heintzenberg, Robert J Charlson, Clouds in the perturbed climate system: their relationship to energy balance, atmospheric dynamics, and precipitation, Strüngmann Forum reports, 2009
  13. 13,0 13,1 Detwiler, A., and H. Cho. 1982. Reduction of residential heating and cooling requirements possible through atmospheric seeding with ice-forming nuclei. J. Appl. Meteor. 21:1045–1047.
  14. Stith, J.L., V. Ramanathan, W.A. Cooper, G.C. Roberts, P.J. DeMott, G. Carmichael, C.D. Hatch, B. Adhikary, C.H. Twohy, D.C. Rogers, D. Baumgardner, A.J. Prenni, T. Campos, RuShan Gao, J. Anderson, and Y. Feng (2009). An overview of aircraft observations from the Pacific Dust Experiment campaign. Journal of Geophysical Research., 114, D05207, doi:10.1029/2008JD010924.
  15. NAS (National Academy of Sciences; National Academy of Engineering, and Institute of Medicine). 1992. Policy Implications of Greenhouse Warming: Mitigation, Adaptation, and the Science Base. Washington, D.C.: National Academy Press.
  16. Early, J. T. 1989. Space-based solar screen to offset the greenhouse effect. J. Brit. Interplanetary Soc. 42:567–569.
  17. Boyd P.W., et al., 2007, Mesoscale Iron Enrichment Experiments 1993–2005: Synthesis and Future Directions, Science, 315, 5812, 612.
  18. Projekt Porównania Modeli Geoiżynieryjnych (GeoMIP)
  19. Kravitz, B., Robock, A., Boucher, O., Schmidt, H., Taylor, K. E., Stenchikov, G. and Schulz, M. (2011), The Geoengineering Model Intercomparison Project (GeoMIP). Atmosph. Sci. Lett., 12: 162–167. doi: 10.1002/asl.316