211service.com
Wheel of Global Fortune
Ronald Prinn, ScD '71, hade i åratal sett politikers ögon blixtrade när han gav dem alarmerande bevis på klimatförändringar orsakade av människor. Så naturligtvis blev professorn i atmosfärsvetenskap positivt överraskad när han i oktober fick veta att den mellanstatliga panelen för klimatförändringar skulle dela 2007 års Nobels fredspris med Al Gore för att ha dokumenterat och ökat medvetenheten om den globala uppvärmningen.
Erkännandet av klimatförändringar som ett avgörande problem har låtit vänta på sig. Men äntligen vidtas åtgärder, tack vare de många forskare som har tillbringat åratal med att samla in och tolka data – och publicera dess betydelse. Den åtgärden inkluderar en ny push från medlemmar av den amerikanska kongressen för att anta lagstiftning som syftar till att begränsa utsläppen av växthusgaser.
Som chef för MIT:s Center for Global Change Science har Prinn spelat en nyckelroll för att uppmärksamma allmänheten på klimatförändringar. Hans Advanced Global Atmospheric Gases Experiment (AGAGE) firar sitt 30:e år med övervakning av ozonnedbrytande föreningar (inklusive de klorfluorkolväten som en gång användes allmänt i aerosoler) och växthusgaser som metan. Och ett program som han grundade 1991 med Sloan School-professorn Henry Jacoby, en ekonom, har fört fysik- och samhällsvetare till ett ovanligt nära, pågående samarbete med miljövänner för att skapa klimatmodeller som står för de mänskliga orsakerna och kostnaderna för den globala uppvärmningen. De försöker också komma på vad som måste göras för att mildra eller stoppa det. Prinn, en tidig förespråkare för att införliva vetenskap i offentlig politik, har vittnat inför kongressen och varit huvudförfattare i den Nobelprisbelönta klimatpanelens rapport från 2007.
När han och Jacoby startade modellprojektet, säger Prinn, stod de inför grundläggande frågor: Skulle vi någonsin kunna förutsäga klimatet på ett trovärdigt sätt? Och vad var det bästa sättet att ta hänsyn till mänsklig aktivitet? Vissa kollegor tyckte att det var galet att ta sig an en så komplex uppgift, minns Prinn. Till och med han ansåg att företaget var quixotiskt. Men för honom var det en moralisk plikt. Om du får pengar för att studera planeten Jorden och du kan hjälpa till att fatta beslut, borde du göra det, insisterar han.
Det som är ovanligt med Ron i förhållande till många andra forskare, säger Jacoby, [är att] från de tidigaste förstod han att vetenskapen, för att verkligen vara användbar, behövde integreras med den allmänna politiken, och han var villig att ägna sig åt tid och energi till den aspekten av arbetet. Det finns många bra vetenskapsmän i världen. Men det är inte många av dem som är bra på den typen av samarbete.
Prinn har sett sina kollegor komma till idén om modellering som inkluderar input från många forskningsområden, inklusive samhällsvetenskap. Och han har sett allmänheten bli oroad över den globala uppvärmningen som förutspås av dessa modeller. Det har varit intressant att se utvecklingen, säger han.
När Prinn var doktorand vid MIT i slutet av 1960-talet var det bara ett fåtal forskare i världen som studerade kemin i jordens atmosfär. Rymdprogrammet var i sin linda, och Prinn tog sin doktorsexamen i kemi för att undersöka atmosfären på andra planeter: sammansättningen av Jupiters moln, fotokemin av Venus. Han utnämndes till biträdande professor i meteorologi vid MIT ungefär när han disputerade 1971.
Det som skärpte hans intresse för atmosfären på vår egen planet, säger han, var hans arbete på 1970-talet med att modellera miljöpåverkan från Boeings föreslagna överljudsflygplan. För att överträffa ljudets hastighet skulle Boeing 2707 ha flugit genom ozonskiktets tunna luft. Men motorerna skulle ha producerat kväveoxid, som kemister visste förstör ozon. Prinn och andra MIT-forskare satte upp en datorsimulering som visar riskerna som en flotta av överljudsflygplan skulle utgöra för ozonskiktet, som skyddar planeten från solens ultravioletta strålning. Planerna på att bygga flottan skrotades så småningom av olika anledningar, men arbetet stannade hos honom. Jag blev intresserad av atmosfärisk kemi på jorden, säger han.
År 1974 publicerade framtida Nobelpristagare Sherwood Rowland och Mario Molina (som skulle bli professor vid MIT) sitt avgörande arbete som beskrev hur de inerta klorfluorkolvätena (CFC) som ofta används i kylsystem och sprayburkar kunde nå ozonskiktet, där ultraviolett strålning kan lossna mycket reaktiva klormolekyler som kan katalysera nedbrytningen av ozon. Vid tillfället hade dock Rowland och Molina inga direkta bevis för att detta hände. Deras arbete lämnade kemister med en känsla av oro: så lite var känt om atmosfärens kemi, och i synnerhet om effekterna av konstgjorda gaser på den. Ingen visste vad livscykeln för dessa gaser kan vara - eller om ozonskiktet faktiskt bryts ner. Fanns CFC verkligen kvar i atmosfären och vandrade in i ozonskiktet? Hur interagerade naturligt förekommande, mycket reaktiva kemikalier som kallas hydroxylradikaler med de konstgjorda utsläppen?
Dessa frågor sporrade Prinn att starta, 1978, ett storskaligt projekt för att mäta och modellera kemin i jordens atmosfär. AGAGE övervakar kontinuerligt utsläppshastigheten och persistensen av 45 ozonnedbrytande och växthusgaser, inklusive CFC, hydroxylradikaler, metan och dikväveoxid. Den mäter också globala nivåer av alla gaser som regleras under Kyoto- och Montrealprotokollen (förutom koldioxid, som övervakas av en amerikansk statlig myndighet). Fynd från projektets detektorer vid fem kustområden runt om i världen visar den regionala fördelningen av dessa gaser och gör det möjligt för forskare och regeringar att övervaka var de kommer från och vart de tar vägen. Resultaten läggs ut online.
Redan på 1960-talet var regionala luftföroreningar det stora intresset för atmosfärisk övervakning och vetenskap; global övervakning var egentligen bara ett fåtal forskares område, minns Paul Fraser, som leder forskargruppen för förändrad atmosfär vid Australiens nationella vetenskapsbyrå, Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation. (En av de få var Caltechs Charles Keeling, som hade börjat kontinuerligt övervaka atmosfäriska koldioxidnivåer i Mauna Loa, HI, 1958.)
Rons stora bidrag var att utöka idén att vi var tvungna att titta på jorden globalt, inte bara för CO2 utan för Allt de gaser som är viktiga för klimatförändringar och ozonnedbrytning, säger Fraser. Det var en stor förändring av tyngdpunkten i var den spännande vetenskapen gjordes. Hans arbete har lett till en stor expansion av forskningsbyråernas ansträngningar runt om i världen för att studera det globala problemet samt upprätthålla regionala föroreningsstudier.
Den kemiska industrin gick med på att finansiera AGAGE-projektet i tre år, säger Prinn, eftersom företag ville veta hur de påverkade miljön. Företagen lämnade information om produktion och försäljning av gaser, och när de tre åren var slut hade forskarna lagt fram bevis för att CFC verkligen höll i sig under lång tid och hade potential att orsaka allvarlig ozonförstöring. Fynden bekräftades dramatiskt 1985, när ett hål upptäcktes i ozonskiktet ovanför Antarktis. Vi visste att det var snabba ökningar av dessa gaser och att människor spelade en enorm om inte exklusiv roll i ozonnedbrytning och utsläpp av växthusgaser, säger Prinn. Genom att inse värdet av att övervaka både dessa långlivade, farliga kemikalier och naturligt förekommande gaser i atmosfären tog NASA över som den primära finansiären av projektet.
År 1988, året efter att milstolpen Montrealprotokollet började fasa ut CFC i industriländer, började klimatfrågan bli stor, säger Prinn. Den blev så stor att Prinn inte längre hann fortsätta studera utomjordisk kemi: Planeterna föll åt sidan och jag började fokusera på det globala klimatet. Han och Thomas Jordan, då chefen för avdelningen för jord-, atmosfär- och planetvetenskap, startade Center for Global Change Science 1990 för att studera hur haven, marken och atmosfären samverkar för att bestämma det terrestra klimatet.
Men centrets arbete tog inte hänsyn till hur mänsklig aktivitet bidrog till klimatförändringarna. Så 1991, i hopp om att kombinera klimatforskarnas arbete med ekonomers och andra samhällsvetares, slog Prinn ihop med Jacoby för att lansera det gemensamma programmet för vetenskap och politik för global förändring. På den tiden, [om du var] en vetenskapsman, kan bli inblandad i politik försämra dig, säger Prinn. Han misstänker att när han startade det gemensamma programmet trodde några av mina kollegor att jag hade hamnat i djupet.
Faktum är att problemet de hade tagit på sig var ett komplicerat problem. Programmets huvudprojekt är en datorsimulering som kallas MIT Integrated Global Systems Model, som bland annat kan förutsäga ökningen av den globala medeltemperaturen över tid. Den bygger på information om variabler inklusive världsekonomisk tillväxt, världens befolkningstillväxt, tekniska förändringar, utsläpp av växthusgaser och geologisk, oceanografisk och atmosfärisk dynamik. Forskarna har använt megamodellen för att bedöma den potentiella påverkan på planetens temperatur av stora energiräkningar som diskuteras i kongressen, och för att bestämma effekten av alternativ energiteknik på USA:s bruttonationalprodukt.
Klimatforskning är som en orkester, säger Prinn. För att göra bra musik måste du ha alla dessa saker att spela tillsammans. Det tog fem år av repetition att integrera ekonomiska modeller och klimatmodeller i ett enhetligt forskningsverktyg. Vi tittade på hela jorden: klimat, människors hälsa, jordbruk, ekonomi, säger han. Vi visste att förutsägelserna skulle vara osäkra, så vi bestämde oss för att ge oddsen för vissa utfall givet särskilda val.
Att hantera osäkerhet innebär att man gör hundratals och hundratals körningar av modellen med olika antaganden, säger Prinn. Till exempel gör modellen antaganden om ekonomiska faktorer som produktivitet och innovation för att förutsäga industriella utsläpp av växthusgaser. Forskarna tittar sedan på resultaten och bedömer hur troligt – och hur farligt – var och en kan vara.
Sedan 1999 har Prinn, Jacoby och deras medarbetare publicerat många vetenskapliga artiklar baserade på modellens förutsägelser. Och för att få ut ordet till allmänheten och till lagstiftare, gjorde de ett par spelhjul för att representera sannolikheterna för en rad temperaturökningar under de kommande hundra åren. Som upprättstående versioner av hjulet som används på Lyckohjul , var och en är ett snurrande cirkeldiagram. Det ena hjulet förutsätter ingen policyändring, och det andra förutsätter att Kyotoprotokollet – som kräver att utsläppen av koldioxid och fem andra växthusgaser ska minskas – implementeras senast 2010 av alla länder som ursprungligen gick med på det. Det förutsätter också antagandet av mer aggressiva strategier som sänker de globala utsläppen av växthusgaser till mindre än fördubbla sina förindustriella nivåer till 2100. (Se Vilket hjul skulle du hellre snurra? mittemot.)
I offentliga tal demonstrerar Prinn de två hjulen och frågar hur mycket publiken, med 100 000 dollar för att spela, skulle betala för en energipolitik som låter dem snurra den med de gynnsammaste resultaten. Svaret, säger han, tenderar att vara runt 10 000 dollar. Pengarna är naturligtvis helt hypotetiska, men Prinn säger att hans informella undersökningar visar att allmänheten är villig att investera pengar på kort sikt för att minska risken för katastrofala klimatförändringar. Och investeringen som krävs kan visa sig vara förvånansvärt liten. Enligt en brittisk studie som slutfördes förra året skulle implementering av politik som mildrar klimatförändringarna kosta bara 1 procent av den globala bruttonationalprodukten.
Folk är vana vid att hantera osäkerhet, säger Prinn. De är vana vid att tänka på att ändra sina vanor och betala för något även när de vet att resultatet de vill ha inte är garanterat. Till exempel är det osannolikt att en patient som informeras om en hjärtinfarktrisk 50 procent över genomsnittet kommer att vägra betala för kolesterolmedicin bara för att en viss förväntad livslängd inte kan utlovas.
Just nu, säger Prinn, spinnar datorerna iväg och jobbar heltid med att göra en ny uppsättning beräkningar som innehåller nya rön om bland annat havens förmåga att absorbera värme. Havet bromsar uppvärmningen, men inte så mycket som vi trodde, säger han. Det skulle ha varit underbart om vetenskapen hade kommit fram till att det inte är en så dålig situation, men det är vår forskning. Vi låter resultaten falla där de kan. MIT-forskarna gör nu om hjulen för att skildra en mer akut situation.
Prinn är övertygad om att USA inte kan vänta längre med att mildra klimatförändringarna, och han hyser bara försiktig optimism om att de kommer att agera tillräckligt snabbt. Jag har en vänta-och-hoppas-och-se attityd om vad [policyändringar] kan hända för att ta itu med den här frågan, säger han. Energisäkerhet hotar [större och större]. Det här är frågor som liberaler och konservativa bryr sig om. Inom akademin driver studenterna förändring, säger han. Unga människor är inte klimatskeptiker.
Vilket hjul skulle du helst snurra?
Satsa på hur varm planeten kommer att bli om vi gör – eller inte – begränsar utsläppen av växthusgaser.
MIT Joint Program on the Science and Policy of Global Change skapade ett par snurrande spelhjul för att demonstrera den potentiella effekten av policys utformade för att mildra den globala uppvärmningen. Programforskare uppskattade sannolikheten för försumbara, måttliga och dramatiska globala medeltemperaturökningar mellan 1990 och 2100 om de ursprungliga undertecknarna av Kyotoprotokollet (inklusive USA) antar dess bestämmelser senast 2010 eller tidigare och implementerar ännu strängare policyer för att sänka utsläppen till mindre än fördubbla sina förindustriella nivåer till 2100. De beräknade också sannolikheterna förutsatt att ingen policy ändras och skapade cirkeldiagram som visar sannolikheten för olika globala temperaturökningar under båda scenarierna. (Varje pajbit representerar ett intervall av temperaturökningar; dess storlek återspeglar dess sannolikhet.)
Hjulet utan lock har bara en flisa som representerar en temperaturökning på mindre än 1 ºC; om hjulet snurras finns det bara 4,1 procents sannolikhet (1 chans på 24) att det kommer att stanna där. Oddsen för att landa på wedgen som visar en ökning större än 5 ºC är cirka 1 på 26, eller 3,8 procent.
I cap-scenariot är mildare uppvärmning mer sannolikt; de två största temperaturökningarna från no cap-hjulet ingår inte. Den största ökningen, större än 3 ºC, motsvarar ett odds på cirka 1 på 29, eller 3,5 procent. Oddsen för mildare ökningar är mycket bättre: 1 av 6, eller 15,8 procent, för mindre än 1 ºC och 36 procent för mellan 1 och 1,5 ºC.
Båda hjulen måste dock göras nyktra revideringar, med tanke på nya rön om att haven inte bromsar den globala uppvärmningen så mycket som man tidigare trott.
