Det växande fallet för geoteknik

Tatsuro Kiuchi

David Mitchell drar in på parkeringen vid Desert Research Institute, en miljövetenskaplig utpost vid University of Nevada, uppflugen i de torra röda kullarna ovanför Reno. Campuset stirrar över topparna på kasinona i centrum in i de snötäckta Pine Nut Mountains. Den här morgonen drar striga cirrusmoln långa linjer ovanför räckvidden.

Mitchell, en gänglig, lågspråkig atmosfärsfysiker, tror att dessa kyliga moln i den övre troposfären kan erbjuda en av våra bästa reservplaner för att bekämpa klimatförändringar. De små iskristallerna i cirrusmoln kastar termisk strålning tillbaka mot jordens yta och fångar värme som en filt – eller mer konkret, som koldioxid. Men Mitchell, docent forskningsprofessor vid institutet, tror att det kan finnas ett sätt att motverka effekterna av dessa moln.

Den här historien var en del av vårt majnummer 2017

• Se resten av frågan
• Prenumerera

Det skulle fungera så här: Flottor av stora drönare korsade jordens övre breddgrader under vintermånaderna och stänkte himlen med massor av extremt fina dammliknande material varje år. Om Mitchell har rätt, skulle detta producera större iskristaller än normalt, vilket skapar tunnare cirrusmoln som skingras snabbare. Det skulle tillåta mer strålning i rymden, kyla jorden, säger Mitchell. Utfört i tillräckligt stor skala kan denna molnsådd sänka de globala temperaturerna med så mycket som 1,4 °C, mer än vad planeten har värmts upp sedan den industriella revolutionen, enligt en separat Yale-studie .

Stora frågor kvarstår om det verkligen skulle fungera, vilka skadliga biverkningar som kan uppstå och om världen borde riskera att använda ett verktyg som kan förändra hela klimatet. Förslaget att vi ska anförtro den globala termostaten till en armada av flygande robotar kommer faktiskt att slå många som absurt. Men den verkliga frågan är: absurt jämfört med vad?

Utan någon form av drastisk åtgärd skulle klimatförändringarna kunna döda uppskattningsvis en halv miljon människor årligen i mitten av detta århundrade, genom svält, översvämningar, värmestress och mänskliga konflikter. Att förhindra att temperaturer stiger 2 °C över förindustriella nivåer, som länge ansetts vara den farozon som bör undvikas till varje pris, ser nu nästan omöjligt ut. Det skulle innebära att man minskar utsläppen av växthusgaser med så mycket som 70 procent till 2050, och det kan mycket väl kräva att man utvecklar teknologier som kan suga ut miljarder ton koldioxid ur atmosfären, enligt FN:s mellanstatliga panel för klimatförändringar. Men en växande kropp av forskning tyder på att vi antagligen inte kommer att ha tid eller teknik att genomföra detta. Anmärkningsvärt är att även om varje nation håller fast vid de åtaganden de gjort under de politiskt ambitiösa klimatavtalen från Paris, kan den globala temperaturen fortfarande stiga mer än 5 °C vid 2100 .

Alla tittar på två grader, men för mig är det en dröm, säger Daniel Schrag, chef för Harvard University Center for Environment, som var en av president Obamas främsta rådgivare om klimatförändringar. Jag är rädd att vi kommer att ha turen att slippa fyra, och jag vill se till att ingen någonsin ser sex.

Skillnaden mellan två och fyra grader är ytterligare en kvarts miljard människor utan tillförlitlig tillgång till vatten, mer än hundra miljoner mer utsatta för översvämningar, och massiva minskningar av skördarna i världen, enligt en studie av Committee on Climate Change, en Londonbaserad vetenskaplig grupp som inrättats för att ge råd till den brittiska regeringen (se nedan).

Utan någon form av drastisk åtgärd skulle klimatförändringarna kunna döda uppskattningsvis en halv miljon människor årligen i mitten av detta århundrade.

Tanken att vi skulle kunna motverka dessa faror genom att omarbeta själva klimatet, tekniker som gemensamt kallas geoengineering, började växa fram från de vetenskapliga utkanterna för ungefär ett decennium sedan (se The Geoengineering Gambit). Nu byggs farten bakom idén upp: allt grymmare klimatprognoser har övertygat ett växande antal forskare om att det är dags att börja genomföra experiment för att ta reda på vad som kan fungera. Dessutom en imponerande lista över institutioner inklusive Harvard University, den Carnegie Council , och den University of California, Los Angeles , har nyligen etablerat forskningsinitiativ.

Få seriösa forskare skulle hävda att vi borde börja distribuera geoteknik när som helst snart. Men när tiden rinner ut är det absolut nödvändigt att utforska alla alternativ som kan dra världen tillbaka från randen av katastrof, säger Jane Long, en tidigare biträdande direktör vid Lawrence Livermore National Laboratory. Jag vet inte riktigt vad svaret är, säger hon. Men jag tror att vi måste fortsätta säga vad sanningen är, och sanningen är att vi kanske behöver det.

Drömmar om damm

Mitchell arbetar i ett litet, fyrkantigt kontor på översta våningen i Desert Research Institute. Högar av vetenskapliga artiklar trängs hans skrivbord; tidskrifter och pärmar packar hans bokhylla. Närbilder av känsliga iskristaller hänger från häftstift på anslagstavlan ovanför hans datorskärm.

Under våren 2005, under ett sabbatsår vid National Center for Atmospheric Research i Boulder, Colorado, började Mitchell utforska hur storleken på iskristaller påverkar cirrusmoln och klimatsystemet. Han och hans kollegor hittades att större kristaller, den typ som tenderar att bildas i närvaro av dammpartiklar, producerade färre och tunnare cirrusmoln.

Den punkten fastnade i Mitchells hjärna. En morgon kort efter att han återvänt till Nevada hade han en dröm där den insikten förvandlades till ett klimattekniskt system. Han vaknade och undrade om att medvetet lägga till damm i de områden där dessa moln bildas skulle skapa dessa större iskristaller, minska cirrustäckningen och släppa ut mer värme i rymden.

280 miljoner

fler människor utan tillgång till tillräckligt vatten

120 miljoner

fler människor utsätts för stora flodöversvämningar

12 miljoner

fler människor utsatts för kustnära översvämningar

24 %

minskad global majsproduktivitet

Även om han hade allvarliga reservationer mot geoteknik, bestämde han sig för att utforska idén. 2009 publicerade han och en kollega en papper vilket tyder på att sådd av cirrusmoln med små partiklar av vismuttrijodid, en oorganisk förening som kan bryta ner till den nödvändiga storleken på submikrometer, kan avsevärt kompensera klimatförändringarna. Mer nyligen uppskattade Mitchell att det skulle ta cirka 160 ton av materialet årligen för att så moln i de områden han har i åtanke, till en kostnad av cirka 6 miljoner dollar.

8 %

minska skördarna av vårvete

3, 4 %

av växtarter förlorar hälften av sin lämpliga livsmiljö

tjugoett%

av däggdjursarter förlorar sin livsmiljö

Alla är inte överens om att förslaget skulle fungera. En tidning från 2013 i Vetenskap , ledd av MIT-atmosfärsforskaren Dan Cziczo, drog slutsatsen att bildandet av iskristaller runt damm, känd som heterogen iskärnbildning, redan är den dominerande mekanismen som skapar cirrusmoln. Det kan betyda att tillsats av mer damm, i balans, skulle skapa tjockare moln som fångar mer värme. Det större problemet med idén, hävdar Cziczo, är att molnen är den minst förstådda delen av klimatsystemet. Vi har inte tillnärmelsevis tillräckligt med kunskap om molnmikrofysik, eller tillräckligt noggranna mätningar, för att exakt manipulera klimatet på det här sättet, säger han.

Men Mitchells senaste forskning, som förlitar sig på observationer av iskristallkoncentrationer från NASAs Calipso-satellit, har ytterligare övertygat honom om att molnsådd kan fungera, så länge det görs i regioner där cirrusmoln huvudsakligen bildas utan dammpartiklar. På monitorn på sitt kontor drar Mitchell upp en sida med kartor från ett dokument som han presenterade på National Center for Atmospheric Research i slutet av februari. Marin- och ljusblå prickar, som representerar Cziczos heterogena moln, dominerar mellanbreddgraderna och täcker stora delar av Sydamerika och Afrika. Men de högre breddgraderna är täckta av röda, gula, orangea och gröna prickar som indikerar vilken typ av moln Mitchell har i åtanke.

Satellitbilderna tyder på att under mycket kalla och fuktiga förhållanden, mot polerna och särskilt under vintern, kan små iskristaller bildas på egen hand, spontant, utan damm. Det tyder på att molnsådd kan fungera om det är inriktat på dessa områden under dessa månader. Mitchell tror till och med att han har kommit på ett sätt att få naturen att utföra ett fältexperiment för att testa hans teori. Under vårvintern orsakar starka vindar regelbundet stora dammstormar i Mongoliets öknar och den västra delen av Kina. De fina partiklarna blåser över Stilla havet och rinner in i en atmosfärisk våg som rullar över Klippiga bergen.

Om Mitchell har rätt bör dammet främja tunnare cirrusmoln i ett område där den tjockare typen annars tenderar att dominera. Det fanns inget sätt att observera detta fenomen på rätt sätt - förrän i slutet av förra året, när National Oceanic and Atmospheric Administration lanserade en satellit utrustad med någon av de mest kraftfulla bildtekniker som någonsin lanserats i rymden, såväl som sensorer som kan mäta molntemperaturerna . Satelliten borde kunna fånga exakt vad som händer när dammet åker över Klippiga bergen och upptäcka de subtila förändringarna som pågår inom molnmikrofysik.

Mitchell lämnade in ett forskningsförslag till NOAA förra året och bad byrån att använda satelliten för att göra sådana observationer. Han vet att det är ett långt skott, särskilt i ljuset av Trump-administrationens ansträngningar att minska finansieringen av klimatvetenskap. Men om NOAA håller med, kan testet ge tyngd åt hans teori - eller, naturligtvis, motsäga den.

Ett annat geoteknikexperiment utomhus borde inträffa ännu tidigare.

Vid den här tiden nästa år hoppas Harvard-professorerna David Keith och Frank Keutsch kunna skjuta upp en höghöjdsballong från en plats i Tucson, Arizona. Detta kommer att markera början på ett forskningsprojekt för att utforska genomförbarheten och riskerna med ett tillvägagångssätt som kallas solstrålningshantering. Grundidén är att sprutning av material i stratosfären kan hjälpa till att reflektera mer värme tillbaka ut i rymden, och efterlikna ett naturligt kylningsfenomen som inträffar efter att vulkaner sprängt tiotals miljoner ton svaveldioxid mot himlen (se En billig och enkel plan för att stoppa globalt Uppvärmning).

Forskare tror generellt att tekniken skulle lindra temperaturerna, men en kvarstående fråga är: vad mer kommer den att göra? Noterbart har vulkanutbrott också avsevärt ändrade nederbördsmönster i vissa områden, och svaveldioxid är känt för att utarma det skyddande ozonskiktet.

De mest sannolika scenarierna för klimat över längre tidsskalor är förödande för framtida generationer, helt förödande.

Keith har gjort omfattande klimatmodeller för att undersöka om andra material, inklusive aluminiumoxid, diamantdamm och kalciumkarbonat, kan ha en neutral eller till och med positiv inverkan på ozon. Under ett samtal på sitt kontor vid Harvard betonade han att experimenten inte skulle utgöra ett test av geoengineering i sig. Men de skulle tillåta hans grupp att utsätta sina modeller för verkliga data, avslöja mer om relevant stratosfärisk fysik och kemi. Teorin ensam berättar inte vad som kommer att hända i atmosfären, säger Keith. Du kan lura dig själv om du inte går ut och gör direkta mätningar.

Keith har redan påbörjat designarbetet med ballongföretaget World View Enterprises, liksom diskussioner om lämplig transparens och tillsyn för sådana utomhusexperiment. De tidiga flygningarna skulle testa ballongens grundläggande funktion, som skulle vara bunden till en gondol utrustad med propellrar, sprutor och sensorer. Men så småningom skulle experimentet innebära att en fin plym av material, förmodligen kalciumkarbonat, släpptes ut i stratosfären. Ballongen skulle sedan spåra det spåret i omvänd riktning, vilket gör att sensorerna kan mäta hur väl partiklarna sprider solljus, om de smälter samman eller sprids och hur de interagerar med prekursorer till ozon.

Okända okända

Fullskalig geoteknik skulle oundvikligen innebära en viss risk. Vi kommer sannolikt att ställas inför ett fruktansvärt val mellan att acceptera de klara farorna med klimatförändringar och att riskera det okända med geoteknik. Alan Robock , professor i miljövetenskap vid Rutgers, har publicerat en lista av 27 risker och bekymmer som tas upp av tekniken, inklusive dess potential att utarma ozonskiktet och minska nederbörden i Afrika och Asien.

I slutändan oroar sig Robock för att geoteknik helt enkelt kan vara för riskabelt för att någonsin försöka. Vi vet inte vad vi inte vet, säger han. Ska vi lita på den enda planeten som är känd för att ha intelligent liv till detta komplicerade tekniska system? MIT:s Cziczo är trubbigare. Vi vet att problemet är växthusgas, så lösningen är att du tar bort växthusgasen, säger han. Du försöker inte göra något som vi helt inte förstår.

Reservationerna kring geoengineering-forskning visades upp för fullt i slutet av mars när dussintals anmärkningsvärda klimat- och samhällsvetare samlades vid Carnegie Endowment for International Peace i Washington, D.C., för Forum on U.S. Solar Geoengineering Research. Talare lyfte fram en lång rad obesvarade, och kanske obesvarade, frågor om internationell styrning: Vem får bestämma när man ska dra avtryckaren? Hur bestämmer vi korrekta medeltemperaturer när samma temperaturer kommer att påverka olika nationer på markant olika sätt? Kan en nation hållas ansvarig för de negativa effekterna av dess geotekniksystem på ett annat lands väder? Skulle dessa verktyg kunna användas för att medvetet attackera en grannation? Och kan konflikter om dessa frågor leda till krig?

Jag har ännu inte hört någon beskrivning av en framtida solgeokonstruerad värld som för mig låter något annat än dystopisk eller högst orealistisk, sa Rose Cairns, en forskare vid University of Sussex, som gick med i morgondiskussionen från England via Skype.

Relaterad berättelse

Läs nästa Att avsiktligt konstruera jordens atmosfär för att motverka stigande temperaturer kan vara mycket mer genomförbart än du föreställer dig, säger David Keith. Men är det en bra idé?

Men Harvards Schrag hävdade motsatsen : att den läskigaste versionen av framtiden kan vara en där geoengineering aldrig utvecklas eller används. Jag tror inte att folk förstår vad vi ställs inför med klimatet, sa han. De mest sannolika scenarierna för klimat över längre tidsskalor är förödande för framtida generationer, helt förödande.

När han visade bilder som lyfte fram den dramatiska förlusten av havsis i Arktis och Antarktis under de senaste månaderna, betonade Schrag att klimatförändringarna redan orsakar synliga effekter snabbare än någon förväntat sig. Han tillade att det är svårt att förutse något scenario där vi kan minska växthusgasnivåerna tillräckligt snabbt för att undvika mycket värre faror: mängden vi redan har släppt kommer sannolikt att låsa in ytterligare en grad av uppvärmning även om vi stoppar utsläppen i morgon, sa han .

Enligt hans uppfattning innebär dessa svåra verkligheter att vi måste försöka svara på de svåra frågor som geoengineering ställer. Det är fortfarande, i alla fall som jag har sett, bättre än alternativet att bara låta klimatet värmas upp, sa han. Med tanke på världens bana, och svårigheten att minska utsläppen, är detta något vi verkligen behöver förstå.

Rädslans kraft

Mitchell var emot geoteknik under större delen av sin karriär. Tanken att mänskligheten skulle mixtra med det finjusterade klimatsystemet slog honom som omöjligt arrogant. Men precis som andra forskare som ägnat decennier åt att stirra på allt mer skrämmande prognoser medan världen ignorerade de mest högljudda varningarna som forskare visste hur de skulle låta, ändrade han motvilligt sin syn.

Det kan ta årtionden att lära sig vilka geoengineeringsmetoder som kan fungera, om miljöbiverkningar kan minimeras och om det i slutändan är för farligt att prova. Ju längre vi väntar med att påbörja seriös forskning, desto större är risken att vi använder ett osäkert verktyg inför plötsliga klimatchocker, eller inte har ett i handen när vi behöver det. Och ingen vet riktigt när det kan vara.

Säger Mitchell, Behovet av klimatteknik kan komma snabbare än vi inser.

Dölj