Majsterkowanie na Planetarną skalę
Najnowszym fantastycznym pomysłem na odwrócenie skutków globalnego ocieplenia jest zepchnięcie naszej planety na dalszą od Słońca orbitę. W chińskim filmie science fiction "The Wandering Earth", niedawno udostępnionym w sieci Netflix, ludzkość zmienia orbitę Ziemi za pomocą ogromnych silników, aby uciec przed rozszerzającym się Słońcem (2).
Czy coś takiego w ogóle jest możliwe? Eksperci zajęli się wyliczeniami, których wyniki są nieco zatrważające. Gdyby np. zastosować silniki rakiety Falcon Heavy firmy SpaceX, potrzeba by 300 mld "startów" z pełną wydajnością, aby przepchnąć Ziemię na orbitę zbliżoną do marsjańskiej, przy czym do budowy i zasilania zużyto by ogromną część ziemskiej materii. Nieco bardziej wydajny miałby być silnik jonowy, umieszczony na orbicie wokółziemskiej i jakoś przymocowany do planety - zużyłby podobno 13% masy Ziemi, aby przenieść pozostałe 87% na dalszą orbitę. To może żagiel słoneczny? Musiałby mieć średnicę prawie dwudziestokrotnie większą niż średnica Ziemi, a podróż na orbitę marsjańską i tak trwałaby… miliard lat.
Wydaje się zatem, że projekt "przepychania" Ziemi na chłodniejszą orbitę trzeba odłożyć na bliżej nieokreślony termin w przyszłości. Jednym z projektów już realizowanych w więcej niż jednej lokalizacji jest natomiast budowa zielonych barier na dużych powierzchniach planety. Składają się one z rodzimej roślinności i sadzone są na skrajach obszarów pustynnych, aby powstrzymać dalsze pustynnienie. Dwa największe mury to znany pod angielskojęzyczną nazwą Three-North Shelter Forest Program w Chinach, który na długości 4500 km próbuje powstrzymać rozprzestrzenianie się pustyni Gobi, oraz Wielka Zielona Ściana w Afryce (3), rozciągająca się na 8 tys. km na granicy Sahary.
Nawet najbardziej optymistyczne szacunki wskazują jednak, że do powstrzymania efektów globalnego ocieplenia przez neutralizację odpowiedniej ilości CO2 potrzebowalibyśmy co najmniej miliarda hektarów dodatkowych lasów. Jest to obszar wielkości Kanady.
Według naukowców z Poczdamskiego Instytutu Badań Klimatycznych, sadzenie drzew ma też ograniczony wpływ na klimat i brak pewności, czy w ogóle stanowi skuteczny środek zaradczy. Entuzjaści geoinżynierii szukają więc bardziej radykalnych sposobów.
Blokowanie słońca siarką
Zaproponowana przed wielu już laty technika rozpylania wysoko w atmosferze związków siarki, znana też pod skrótem SRM (solar radiation management), polega na odtwarzaniu warunków zachodzących w trakcie wielkich erupcji wulkanicznych, które wyrzucają te substancje aż do stratosfery (4). Sprzyja to m.in. tworzeniu chmur i redukcji promieniowania słonecznego docierającego do powierzchni Ziemi. Naukowcy dowiedli np., że wielka erupcja wulkanu Pinatubo na Filipinach doprowadziła w 1991 r. do spadku temperatury na całej planecie o ok. 0,5°C na co najmniej dwa lata.
Prawdę mówiąc, nasz przemysł, emitując od dekad ogromne ilości dwutlenku siarki jako zanieczyszczenia, od dawna przyczynia się do zmniejszenia przepuszczalności światła słonecznego. Naukowcy szacują, że te zanieczyszczenia dają w bilansie cieplnym ok. 0,4 wata "ulgi" dla Ziemi na metr kwadratowy. Generowane przez nas zanieczyszczenie dwutlenkiem węgla i kwasem siarkowym nie jest jednak trwałe.
Substancje te nie unoszą się do stratosfery, gdzie mogłyby utworzyć stałą warstwę antysłoneczną. Jak szacują badacze, żeby zrównoważyć efekt koncentracji dwutlenku węgla w ziemskiej atmosferze, trzeba by pompować do stratosfery przynajmniej 5 mln ton, lub więcej, SO2 i innych substancji. Zwolennicy tej metody, np. Justin McClellan z firmy Aurora Flight Sciences z Massachusetts, uważają, że koszty takiej operacji wynosiłyby ok. 10 mld dolarów rocznie - kwota wprawdzie niemała, ale nie na tyle, by zrujnować ludzkość na zawsze.
Niestety, metoda siarkowa ma jeszcze jedną wadę. Schładzanie działa dobrze w rejonach cieplejszych. W okolicach biegunów zaś - prawie w ogóle. Zatem, co łatwo wywnioskować, proces topnienia lodów i podnoszenia się poziomu mórz może nie zostać w ten sposób zahamowany, a kwestia strat wynikłych z zalewania nisko położonych, nadmorskich terenów pozostanie dalej realną groźbą.
Niedawno naukowcy z Harvardu przeprowadzili eksperyment polegający na wprowadzaniu na wysokości ok. 20 km śladowych ilości aerozolu - niewystarczających do wywarcia istotnego wpływu na ziemską stratosferę. Ich Stratospheric Controlled Perturbation Experiment (SCoPEx) przeprowadzono za pomocą balonu. Aerozol zawierał m.in. siarczany, które tworzą mgiełkę odbijającą światło słoneczne. To jeden z wielu projektów geoinżynieryjnych na ograniczoną skalę, których realizuje się na naszej planecie zaskakująco dużo.
Kosmiczne parasole i zwiększanie ziemskiego albedo
Wśród innych projektów tego typu zwraca uwagę pomysł wystrzelenia gigantycznego parasola w przestrzeń kosmiczną. Miałby on ograniczać ilość promieniowania słonecznego uderzającego w Ziemię. Idea ta istnieje już od dziesięcioleci, ale teraz podlega twórczemu rozwojowi.
Artykuł opublikowany w 2018 r. w czasopiśmie "Journal of Aerospace Technology and Management" opisuje projekt, którzy autorzy nazywają Huge Space Shield. Zgodnie z nim planuje się umieszczenie cienkiej, szerokiej wstęgi włókna węglowego w punkcie Lagrange'a, czyli stosunkowo stabilnym punkcie w złożonym systemie oddziaływań grawitacyjnych pomiędzy Ziemią, Księżycem i Słońcem. Arkusz blokowałby tylko niewielką część promieniowania słonecznego, ale mógłby wystarczyć, aby obniżyć globalne temperatury poniżej granicy 1,5°C, wytyczanej jako graniczna przez Międzynarodowy Panel ds. Klimatu.
Trochę podobny pomysł stanowią wielkie lustra kosmiczne. Zostały zaproponowane na początku XXI wieku przez astrofizyka Lowella Wooda z Lawrence Livermore National Laboratory w Kalifornii. Aby koncepcja była skuteczna, odbiciu musi uleć co najmniej 1% światła Słońca, a lustra musiałyby mieć powierzchnię 1,6 mln km2.
Inni chcą zablokować słońce poprzez stymulowanie tworzenia się chmur, a więc zastosowanie procesu znanego jako zasiewanie chmur. Do generowania kropelek potrzebne są "zarodki". Naturalnie, krople wody tworzą się wokół cząstek kurzu, pyłku, soli morskiej, a nawet bakterii. Wiadomo, że mogą do tego posłużyć też substancje chemiczne, takie jak jodek srebra czy suchy lód. Do tych znanych już i stosowanych metod dojść może rozjaśnianie i wybielanie chmur, co zaproponował fizyk John Latham w 1990 r. Projekt rozjaśniania chmur morskich, powstały na Uniwersytecie Waszyngtońskim w Seattle, proponuje osiągnięcie efektu wybielania przez rozpylanie wody morskiej w chmury nad oceanem.
Inne znane propozycje zwiększenia albedo Ziemi (czyli stosunku ilości promieniowania odbitego do padającego) dotyczą również malowania domów na biało, sadzenia jasnych roślin i być może nawet układania odblaskowych arkuszy na pustyni.
Dołączane do geoinżynieryjnego arsenału techniki pochłaniania dwutlenku węgla opisywaliśmy niedawno w "MT". Na ogół nie mają one globalnej skali, choć jeśli ich liczba wzrośnie, efekty mogą okazać się globalne. Poszukuje się jednak metod, które zasługiwałyby na miano geoinżynierii. Usuwanie CO2 z atmosfery można, zdaniem niektórych, przeprowadzić przez zasiewanie oceanów, które są przecież jednym z głównych pochłaniaczy dwutlenku węgla na naszej planecie, odpowiedzialnym za redukcję ok. 30% CO2. Chodzi o to, aby ich wydajność zwiększyć.
Dwa najważniejsze sposoby to nawożenie mórz za pomocą żelaza i wapnia. Powoduje to stymulowanie wzrostu fitoplanktonu, który zasysa dwutlenek węgla z atmosfery i pomaga go odkładać na dnie. Dodanie związków wapnia spowodowałoby reakcję z CO2 już rozpuszczonym w oceanie i tworzenie jonów wodorowęglanowych, zmniejszając tym samym kwasowość oceanów i czyniąc je podatnymi na absorpcję większej ilości CO2.
Pomysły ze "stajni Exxona"
Do największych sponsorów badań geoinżynieryjnych należą The Heartland Institute, Hoover Institution i American Enterprise Institute - wszystkie pracujące dla kompleksu naftowo-gazowego. Dlatego często koncepcje geoinżynierii krytykowane są przez orędowników redukcji emisji dwutlenku węgla, których zdaniem odwracają uwagę od istoty problemu. Poza tym stosowanie geoinżynierii bez redukcji emisji uzależnia ludzkość od tych technik, nie rozwiązując prawdziwego problemu.
Znana ze swoich śmiałych projektów na skalę globalną, kreślonych jeszcze od lat 90. XX wieku, jest firma naftowa ExxonMobil. Oprócz nawożenia oceanów żelazem i zbudowania w kosmosie osłony przed Słońcem za bagatela 10 bln dolarów, proponowała też m.in. wybielanie powierzchni oceanu przez nakładanie na powierzchnię wody jaskrawych warstw, pianek, pływających platform lub innych "odblasków". Inna opcja zakładała holowanie gór lodowych z Arktyki w dół do niższych szerokości geograficznych, tak aby biel lodu odbijała promienie słoneczne. Oczywiście od razu zwrócono uwagę na niebezpieczeństwo ogromnego wzrostu zaśmiecenia wód oceanicznych, nie wspominając o gigantycznych kosztach.
Eksperci Exxona proponowali też zastosowanie wielkich pomp, aby przenosić wodę spod lodu morskiego na Antarktydzie, a następnie rozpylanie jej do atmosfery tak, aby opadała potem jako drobiny śniegu lub lodu na pokrywę lodową Antarktyki Wschodniej. Gdyby w ten sposób każdego roku były pompowane trzy biliony ton wody morskiej, argumentowali proponenci, to na pokrywie lodowej byłoby śniegu więcej o 0,3 m. Z powodu jednak ogromnych kosztów energetycznych tego przedsięwzięcia przestano o nim mówić.
Inny pomysł ze "stajni Exxona" to cienkowarstwowe balony aluminiowe wypełnione helem w stratosferze, umieszczone na wysokości nawet 100 km nad powierzchnią Ziemi, służące do rozpraszania światła słonecznego. Proponowano też przyspieszenie cyrkulacji wód w globalnym oceanie przez regulację zasolenia niektórych kluczowych regionów, np. północnego Atlantyku. Aby wody stały się bardziej słone, rozważano m.in. konserwowanie pokrywy lodowej Grenlandii, co zabezpieczałoby ją przed szybkim topnieniem. Skutkiem ubocznym ochłodzenia północnego Atlantyku byłoby jednak schłodzenie Europy, co uczyniłoby ją w dużym stopniu trudną do przetrwania dla ludzi. Drobiazg.
Dane dostarczone przez Geoengineering Monitor - wspólny projekt Biofuelwatch, Grupy ETC i Fundacji Heinricha Boella - pokazują, że projektów geoinżynieryjnych podjęto na świecie całkiem sporo (5). Mapa pokazuje te aktywne, zakończone i porzucone. Wydaje się, że brak wciąż skoordynowanego międzynarodowego zarządzania tymi działaniami. Nie jest to więc globalna geoinżynieria w sensie ścisłym. Raczej przymiarki.
Najwięcej projektów, bo ponad 190, dotyczyło jak dotąd sekwestracji dwutlenku węgla, czyli wychwytywania i składowania dwutlenku węgla (Carbon Capture and Storage, CCS), a ok. 80 - wychwytywania, użytkowania i składowania dwutlenku węgla (Carbon Capture, Utilization and Storage, CCUS). Powstało 35 projektów nawożenia oceanów i ponad 20 - stratosferycznego wstrzykiwania aerozoli (SAI). W zestawieniu Geoengineering Monitor odnajdujemy też nieco działań związanych z chmurami. Najwięcej powstało projektów modyfikujących pogodę. Z danych wynika, że akcji dotyczących zwiększonych opadów atmosferycznych było 222, zaś ich zmniejszenia - 71.
Naukowcy nie przestają się spierać
Cały czas entuzjazm pomysłodawców majstrowania przy klimacie, zjawiskach atmosferycznych i oceanicznych na globalną skalę natrafia na pytania, czy naprawdę wiemy wystarczająco dużo, aby bez obaw oddać się geoinżynierii? Co się stanie, jeśli np. zasiew chmur na dużą skalę zmieni strumień wodny i opóźni sezon monsunowy w Azji Południowo-Wschodniej? Co z uprawami ryżu? A jeśli np. wyrzucenie ton żelaza do oceanu zniszczy populację ryb wzdłuż wybrzeża Chile?
Wysiewanie żelaza w oceanie, po raz pierwszy zrealizowane u wybrzeży Kolumbii Brytyjskiej w Ameryce Północnej w 2012 r., szybko wywołało negatywne konsekwencje w postaci zakwitów na dużą skalę glonów. Jeszcze wcześniej, w 2008 r., 191 krajów ONZ zatwierdziło zakaz dotyczący nawożenia oceanów z obawy przed nieznanymi skutkami ubocznymi, możliwymi modyfikacjami łańcucha pokarmowego lub tworzeniem się w akwenach rejonów o niskim stężeniu tlenu. W październiku 2018 r. ponad sto organizacji pozarządowych potępiło geoinżynierię jako "niebezpieczną, niepotrzebną i niesprawiedliwą".
Podobnie jak w przypadku kuracji medycznych i wielu leków, geoinżynieria wywołuje skutki uboczne, które z kolei będą wymagały osobnych działań, by im zapobiegać. Jak zauważył Brad Plumer w "Washington Post", po rozpoczęciu projektów geoinżynieryjnych trudno się zatrzymać. Gdy np. tylko przestaniemy rozpylać odblaskowe cząsteczki do atmosfery, Ziemia zacznie się bardzo szybko nagrzewać. A nagłe zmiany klimatyczne są znacznie gorsze niż powolne.
Wyraźnie wskazuje na to praca opublikowana niedawno w "Journal of Geophysical Research". Jej autorzy po raz pierwszy wykorzystali jedenaście modeli klimatycznych, aby przewidzieć, co mogłoby się wydarzyć, gdyby świat zastosował geoinżynierię słoneczną do zrównoważenia jednoprocentowego rocznego wzrostu globalnej emisji dwutlenku węgla. Dobra wiadomość jest taka, że w modelu da się ustabilizować temperaturę globalną, jednak wygląda na to, że gdyby po osiągnięciu tego stanu zaprzestano geoinżynierii, doszłoby do katastrofalnych wzrostów temperatur.
Eksperci obawiają się też, że najbardziej popularny geoinżynieryjny projekt - tłoczenie dwutlenku siarki do atmosfery - może zagrozić niektórym regionom. Zwolennicy takich działań oponują. Analiza opublikowana w czasopiśmie "Nature Climate Change" w marcu 2019 r. uspokaja, dowodząc, że negatywne skutki tego rodzaju projektów będą bardzo ograniczone. Współautor badania, prof. David Keith z Harvardu, specjalista w dziedzinie inżynierii i polityki publicznej, twierdzi, że naukowcy nie powinni jeszcze skreślać geoinżynierii, zwłaszcza słonecznej
- Nie mówię, że wiemy, jak to dokładnie działa i że powinniśmy zacząć stosować geoinżynierię słoneczną już teraz - powiedział. - Jednak niewykluczone, że jest ona w stanie naprawdę znacznie zmniejszyć ryzyko klimatyczne w najbardziej narażonych rejonach.
Artykuł Keitha został już skrytykowany przez tych, którzy obawiają się, że naukowcy przeceniają istniejącą technologię, a ich optymizm co do geoinżynieryjnych metod może zniechęcić społeczeństwo do podejmowania wysiłku redukcji emisji gazów cieplarnianych.
Istnieje sporo wyników badań pokazujących, jak rozczarowujące może być stosowanie geoinżynierii. Wspomniana erupcja filipińskiego wulkanu Pinatubo z 1991 r. wstrzyknęła 20 megaton dwutlenku siarki do wysokich partii atmosfery, spowijając całą planetę warstwą siarczanów odbijających duże ilości światła widzialnego. Ziemia ochłodziła się o około pół stopnia Celsjusza. Siarczany wypadły jednak z atmosfery już kilka lat później, a zmiany klimatyczne wróciły do starego, alarmującego postępu.
Ciekawe, że w przygaszonym, chłodniejszym świecie po Pinatubo rośliny wydawały się dobrze sobie radzić. Szczególnie lasy. Jedno z badań wykazało, że w słoneczne dni roku 1992 fotosynteza w lesie w Massachusetts wzrosła o 23%, w porównaniu z okresem przed erupcją. Wspierało to hipotezy, że geoinżynieria nie zagraża rolnictwu. Dokładniejsze badania wykazały jednak, że po wybuchu wulkanu światowe plony kukurydzy spadły o 9,3%, zaś pszenicy, soi i ryżu - o 4,8%.
I to powinno ochłodzić zwolenników globalnego chłodzenia kuli ziemskiej.
