Sterowanie słońcem, wybielanie chmur. Będziemy zmieniać pogodę?

W ostatnich latach zmiana klimatu wyraźnie przyspieszyła. Aby spowolnić nieuchronny wzrost temperatur i „kupić” sobie czas na inne działania, już niedługo konieczne może okazać zastosowanie metod geoinżynierii. Rozpylając aerozole w stratosferze lub „wybielając” chmury, możemy zmniejszyć ilość promieniowania słonecznego, docierającego do powierzchni Ziemi i spowolnić tempo zmian klimatycznych. Takie ingerencje w ziemski system klimatyczny są obarczone wieloma bardzo poważnymi ryzykami i skutkami ubocznymi, ale mogą okazać się niezbędne dla naszego przetrwania.

• Jakub Jędrak — dr fizyki, publicysta, popularyzator nauki i działacz społeczny.

Obecnie badania nad rozwiązaniami z dziedziny geoinżynierii znajdują się w powijakach. Co gorsza, są często prowadzone przez prywatne firmy i start-upy, które nie są transparentne, a ich działania pozostają poza jakąkolwiek kontrolą.

Prawo międzynarodowe na razie nie reguluje w żaden spójny sposób zasad stosowania geoinżynierii. Zastosowaniu, a choćby testom technik geoinżynieryjnych zdecydowanie sprzeciwiają się nie tylko organizacje ekologiczne, ale i niektórzy klimatolodzy. Część środowiska naukowego wzywa jednak do intensyfikacji badań w tej dziedzinie.

Zmiana klimatu przyspiesza

W ciągu ostatnich kilku lat wzrost średniej temperatury Ziemi wyraźnie przyspieszył. Nie przewidywała tego większość w tej chwili używanych modeli klimatycznych. Predykcje wielu klimatologów okazały się nie zbyt pesymistyczne, co często zarzucają im negacjoniści klimatyczni, ale przeciwnie – zbyt optymistyczne. Właśnie przekraczamy wartość globalnego ocieplenia uznawaną za „względnie bezpieczną” – 1,5 °C. Wzrost średniej temperatury Ziemi raptem o 2 °C grozi już katastrofalnymi konsekwencjami.

Niestety, nic nie wskazuje na to, iż wzrost temperatur się zatrzyma na obecnym poziomie, bo stężenia gazów cieplarnianych w atmosferze stale rosną. To nasza wina – to my, ludzie odpowiadamy za ogromne emisje tych substancji. Przykładowo, spalając ropę, węgiel i gaz emitujemy każdego roku ok. 37 miliardów ton CO₂. Żyjemy tak, jakby jutra miało nie być.

Co gorsza, mimo iż z roku na rok emitujemy z grubsza tyle samo dwutlenku węgla, to jego stężenie w atmosferze rośnie coraz szybciej. Dzieje się tak dlatego, iż na skutek zmiany klimatu coraz słabsze są naturalne mechanizmy, które częściowo usuwały CO₂ z atmosfery.

• Czytaj także: Coś dziwnego dzieje się z planetą. Mamy problem z pochłanianiem CO₂

Sytuacja wymyka się spod kontroli

To nie koniec złych wieści. Podgrzewając naszą Planetę, uruchamiamy albo wzmacniamy istniejące procesy i mechanizmy, które dodatkowo napędzają zmianę klimatu, już zupełnie bez naszego udziału. To tzw. dodatnie sprzężenia zwrotne w ziemskim systemie klimatycznym.

Przykład: Im cieplejsza jest Arktyka, tym mniejsza powierzchnia pokrywy lodowej na morzu. A im mniej lodu, tym mniej promieniowania słonecznego odbijanego jest z powrotem w przestrzeń kosmiczną, a więcej energii jest pochłaniane przez ciemną powierzchnię morza. Tym szybciej więc ogrzewa się ocean. Błędne koło.

Takich procesów jest niestety znacznie więcej – choćby emisje metanu (który jest szczególnie silnym gazem cieplarnianym) z rozmarzającej wiecznej zmarzliny.

Nawet gdybyśmy więc dziś zrobili to, co powinniśmy zrobić dawno (a czego pewnie nie zrobimy jeszcze długo), czyli z dnia na dzień przestali w ogóle emitować gazy cieplarniane, może być już za późno. Czasem mówi się o tej sytuacji, iż zmiana klimatu „wymknie się nam spod kontroli”. jeżeli uruchomimy zbyt wiele sprzężeń zwrotnych, będziemy zgubieni.

Ujemne emisje to też geoinżynieria

Wyemitowany nadmiar CO₂ trzeba jak najszybciej „wyciągnąć” z atmosfery. Wychwyt dwutlenku węgla (ang. direct air capture) to też metoda (a raczej grupa metod) z arsenału geoinżynierii, ale jej stosowanie wymaga zwykle ogromnych ilości energii elektrycznej. Tą jednak wciąż produkujemy, przede wszystkim, spalając paliwa kopalne, a więc emitując… dwutlenek węgla.

Wychwyt dwutlenku węgla praktycznie nie jest dziś jeszcze stosowany, poza pilotażowymi instalacjami, których skala i moce przerobowe są śmiesznie małe w porównaniu ze skalą wyzwania. Trzeba jak najszybciej rozwijać i wdrażać tę technologię na możliwie dużą skalę, równocześnie najbardziej „tnąc” emisje. Na to wszystko potrzeba jednak czasu, a tego wiele już nie mamy. Bezcenny czas mogłoby nam kupić „zamrożenie”, a przynajmniej spowolnienie zmiany klimatu. Czy to możliwe?

Jak częściowo zasłonić słońce?

Tak, przynajmniej w teorii da się to osiągnąć dzięki innego rodzaju technik geoniżynieryjnych – „zarządzania promieniowaniem słonecznym” (ang. Solar Radiation Management, SRM), zwanym też „geoniżynierią słoneczną”.

Ilość promieniowania docierającego do powierzchni naszej Planety ze Słońca można zmniejszyć na przykład rozpylając wysoko w stratosferze różnego typu cząstki, które działają jak maleńkie lusterka, odbijające promieniowanie słoneczne. Mogą to być choćby kryształki węglanu wapnia lub powstające z dwutlenku siarki (SO₂) aerozole siarczanowe. Ta grupa technik nosi nazwę „stratosferycznych iniekcji aerozolowych” (ang. Stratospheric aerosol injection, SAI) i używając fachowych terminów, pozwala na zwiększenie albedo Ziemi.

Geoinżynieria oparta o aerozole siarczanowe może skutecznie działać. Taki wniosek wynika choćby z naszej wiedzy o chłodzącym wpływie erupcji wulkanicznych, które również są źródłem emisji SO₂.

Sprawić, by chmury były jaśniejsze

Innym pomysłem na zwiększenie albedo planety jest „wybielanie” lub „rozjaśnianie” chmur morskich (ang. Marine Cloud Brightening). Jest to metoda dużo bezpieczniejsza (o czym za chwilę) niż rozpylanie aerozoli w stratosferze.

Własności chmur można modyfikować, sprawiając, iż stają jaśniejsze i lepiej odbijają promieniowanie. Można to osiągnąć, rozpylając stosunkowo nisko nad powierzchnią morza aerozol soli morskiej, o czym mówił fizyk atmosfery, prof. Szymon Malinowski, pytany przez SmogLab.

Można też użyć do tego celu wodorowęglanu sodu lub po prostu wody morskiej. (Zdolność do odbijania przez chmury promieniowania słonecznego zależy od wielkości kropelek wody, które składają się na chmurę, a średni rozmiar kropelek zależy od ilości i typu aerozolu w powietrzu).

Proponowane są też i inne metody „słonecznej geoinżynierii” – na przykład lustra, cząstki odbijające promieniowanie lub różne struktury zacieniające umieszczane w przestrzeni kosmicznej wokół Ziemi. Jednak nie chciałbym tu wkraczać na pogranicze „twardej” inżynierii i literatury science – fiction. Skupmy się więc na problemach i niebezpieczeństwach związanych z omówionymi wcześniej, bardziej „standardowymi” metodami.

• Czytaj także: Będziemy sztucznie wybielać chmury? „Trzeba to dobrze sprawdzić”

Ryzyka związane z geoinżynierią

Techniki „geoinżynierii słonecznej”, a szczególnie rozpylanie aerozoli w stratosferze, mogą mieć bardzo poważne skutki uboczne. Po pierwsze, mogą zmienić wzorce pogodowe w wielu rejonach świata. Na przykład, spowodować, iż w Azji Południowo-Wschodniej osłabnie monsun i będzie tam mniej opadów. (Warto jednak od razu zaznaczyć, iż „rozjaśnianie chmur” wydaje się pod tym względem znacznie bezpieczniejszą metodą).

Po drugie, jakakolwiek metoda geoinżynieryjna polegająca na zmniejszaniu ilości promieniowania docierającego do powierzchni Ziemi nie rozwiązuje oczywiście problemu globalnego ocieplenia, bo nie usuwa jego przyczyny – nadmiaru gazów cieplarnianych w atmosferze. Dlatego, gdybyśmy po pewnym czasie stosowania takiej metody nagle tego zaprzestali, czeka nas termination shock: globalne ocieplenie gwałtownie powróci i uderzy nas z potworną siłą.

Pod trzecie, nadmiar CO₂ w atmosferze poza wzrostem temperatury Ziemi ma też inne bardzo poważne konsekwencje: zakwaszenie oceanów i bezpośredni wpływ na nasze samopoczucie oraz sprawność intelektualną. choćby najlepsza metoda „zarządzania promieniowaniem słonecznym” żadnego tych dwu problemów oczywiście nie rozwiązuje.

Problemy natury politycznej i socjologicznej

Istnieją też i inne, pośrednie, ale nie mniej poważne zagrożenia. Brak międzynarodowych ram prawnych i możliwość jednostronnego użycia geoinżynierii choćby na małą skalę przez jakiś kraj stwarza zagrożenie „klimatycznymi” konfliktami dyplomatycznymi lub choćby zbrojnymi. Lokalna, chwilowa zmiana warunków pogodowych osiągnięta dzięki tej technologii może być przecież korzystna dla stosującego ją państwa, ale dewastująca dla innych.

Największe ryzyko jest jednak inne: nadzieja na szybki efekt chłodzący, który mogłaby dać geoinżynieria, może odciągać uwagę i środki od redukcji emisji. jeżeli będziemy mieli gotową do użycia, sprawdzoną metodę obniżenia temperatury to wiele państw może stwierdzić: „świetnie, będziemy dalej spalać węgiel, ropę, gaz, emitując przy tym miliardy ton CO₂, ale skompensujemy to przecież na przykład przez rozpylanie aerozoli siarczanowych”.

Są i inne problemy. Już dziś geoinżynierią zajmują się prywatne podmioty, często mało transparentne i pozostające poza jakąkolwiek kontrolą. Na przykład amerykański startup Make Sunsets w 2023 r. przeprowadził w Meksyku – bez zgody władz tego kraju – testy, w ramach których miało miejsce uwolnienie niewielkich ilości SO₂ do stratosfery przy pomocy balonów. Inny startup – Stardust Solutions – pozyskał kilkanaście milionów dolarów od funduszy venture capital i opracowuje własne cząstki odbijające promieniowanie oraz system ich dystrybucji montowany pod samolotem.

Z tych wszystkich powodów potencjalne zastosowanie geoinżynierii budzi bardzo poważne obawy i opór. Sprzeciw i protesty wywołują choćby wstępne testy i badania, co dobrze pokazuje historia sprzed kilku lat.

Eksperyment, do którego nie doszło

W ramach wstępnej fazy projektu SCoPEx (Stratospheric Controlled Perturbation Experiment) w czerwcu 2021 r. z Kiruny (północna Szwecja) miał wystartować niewielki balon. Miał on wynieść na wysokość 20 km wyposażenie do późniejszych prób rozpylenia niewielkiej ilości materiału odbijającego promieniowanie (bez samego uwolnienia cząstek). Celem było lepsze zrozumienie, jak ta technika działa w praktyce i jak mogłaby pomóc nam ochłodzić planetę. Projekt nie był realizowany przez żaden podejrzany start-up, ale przez uczelnię, i to bardzo dobrą – Uniwersytet Harvarda.

Próbę jednak odwołano po protestach rdzennych mieszkańców regionu – Saamów, a także szeregu grup ekologicznych (m.in. Greenpeace oraz Friends of the Earth). Ekolodzy podkreślali, iż choćby test balonu – choć bez emisji cząstek – „normalizuje idee geoinżynierii słonecznej”, która według nich niesie ze sobą nieprzewidywalne ryzyko dla klimatu i środowiska.

Dwaj znani klimatolodzy ostro przeciwko geoinżynierii

Jednak przeciwni geoinżynierii protestują nie tylko przedstawiciele organizacji ekologicznych.

Parę miesięcy temu w the Guardian ukazał się artykuł autorstwa dwóch znanych klimatologów: Raymonda Pierrehumberta i Michaela Manna. Wprowadzanie odbijających promieniowanie aerozoli do stratosfery określili (nie pierwszy raz zresztą) jako „szaleńczy pomysł”.

Ich ostry i emocjonalny tekst był reakcją na informację, iż Agencja Badawcza ds. Zaawansowanych Wynalazków (ARIA), brytyjska instytucja finansująca badania wysokiego ryzyka, przeznaczy ok. 56,8 mln funtów na projekty w dziedzinie geoinżynierii. Wśród wspieranych pomysłów znalazły się eksperymenty terenowe, których celem będzie próba pogrubiania arktycznego lodu morskiego oraz rozjaśniania chmur.

„Nigdy […] nie podejrzewaliśmy, iż to brytyjski rząd będzie stał na czele tej niemal powszechnie uznawanej za najbardziej niebezpieczną formy badań: prób terenowych, grożących opracowaniem technologii o nieznanych zagrożeniach i torujących drogę do jej zastosowania w skali globalnej. […] To rozwiązanie przypomina bardziej branie aspiryny na raka – łagodzi objawy, ale pozostawia rozwijającą się chorobę” piszą Pierrehumbert i Mann.

Aspiryna czy chemoterapia?

Doskonale rozumiem i podzielam obawy dotyczące rozpylania aerozoli w stratosferze. Obawiam się też jednak, iż znaleźliśmy się w sytuacji, w której już możemy nie mieć wyboru. W idealnym świecie techniki geoniżynierii nie byłoby potrzebne, bo jako ludzkość opamiętalibyśmy się najpóźniej w latach dziewięćdziesiątych i nie wyemitowalibyśmy do atmosfery tak ogromnych ilości gazów cieplarnianych. Nie żyjemy jednak w idealnym świecie.

Porównanie geoinżynierii jako środka zaradczego na zmianę klimatu z aspiryną jako lekiem na raka, użyte przez Pierrehumberta i Manna, jest moim zdaniem bardzo nietrafne. Dużo adekwatnej jest porównywać metody geoinżynierii do radio- lub chemoterapii (zwłaszcza takiej sprzed kilku dekad, mocno dewastującej zdrowie pacjenta). Te metody leczenia nowotworów mają, jak dobrze wiadomo, bardzo nieprzyjemne skutki uboczne, niosą też pewne ryzyka. Są jednak niezbędne, by pacjent miał szansę przeżyć.

A my wszyscy – mieszkańcy Planety Ziemia – znajdujemy się w sytuacji pacjenta z gwałtownie rozwijającym się nowotworem, który na razie nie może liczyć na żadną szybką i skuteczną terapię. Nie może, bo takie terapie są – w najlepszym razie – dopiero w fazie bardzo wczesnych testów.

Z kolei twierdzenie, iż nie możemy stosować technik geoniżynierii, bo wciąż spalamy paliwa kopalne i emitujemy CO₂, jest trochę jak oznajmienie palaczowi choremu na raka płuca, iż nie dostanie radio- lub chemoterapii, dopóki nie rzuci palenia. Żaden rozsądny i etyczny lekarz by tego nie powiedział. Medycyna jest dziedziną do bólu pragmatyczną, a praktykujący ją ludzie wiedzą doskonale, iż nie żyją w świecie idealnym i aby ratować swoich pacjentów bez przerwy muszą wybierać mniejsze zło.

Część klimatologów popiera badania nad geoinżynierią

Na szczęście wielu klimatologów też dobrze rozumie zasadę mniejszego zła i dlatego nie są nieprzejednanymi przeciwnikami geoinżynierii jak Pierrehumbert i Mann.

Na przykład, o badania w tej dziedzinie w lutym 2023 roku apelowała na łamach Nature Katharine Ricke, która jest profesorem nauki o klimacie i polityki klimatycznej w Szkole Polityki Globalnej i Strategii oraz w Instytucie Oceanografii Scrippsa na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Diego.

Pisała wtedy między innymi: „Potrzebne są realne testy terenowe. Obecne badania są zbyt idealistyczne i opierają się niemal wyłącznie na modelowaniu komputerowym. Problemy związane z geoinżynierią słoneczną znacznie częściej ujawnią się, gdy teorie skonfrontują się z fizyczną rzeczywistością”.

Podobnego zdania jest Peter Frumhoff, doradca ds. nauki i polityki w Woodwell Climate Research Center. Komentując – również na łamach Nature – wspomniane wyżej granty przyznane przez brytyjską Agencję ARIA, które tak rozsierdziły Raymonda Pierrehumberta i Michaela Manna, Frumhoff powiedział: „Zdecydowanie popieram odpowiedzialne badania nad geoinżynierią słoneczną i innymi formami interwencji w klimat”.

Opinie Ricke i Frumhoffa są przykładem racjonalnej, realistycznej postawy i nie są bynajmniej wyjątkiem w środowisku ludzi zawodowo zajmujących się klimatem. Lepiej przecież mieć do dyspozycji technologie „ostatniej szansy” (na przykład na wypadek uruchomienia za dużej liczby sprzężeń zwrotnych w systemie klimatycznym) niż ich nie mieć.

Jeśli wolicie analogie militarne, to lepiej mieć „w zanadrzu” skuteczną, „ostateczną” broń na czarną godzinę, choćby i była to „opcja atomowa”. Jednak by można było na takiej broni polegać, musi ona być możliwie dobrze sprawdzona i przetestowana. I na pewno nie powinna trafić w niepowołane ręce.

Tym bardziej iż w przypadku „geoniżynierii słonecznej” jej zastosowanie w dużej skali może być konieczne szybciej, niż nam się wydaje. Być może choćby powinniśmy stosować ją już teraz! Tak czy inaczej, im więcej tego typu metod sprawdzimy i przebadamy zawczasu, tym ich zastosowanie będzie skuteczniejsze i tym mniej będzie miało skutków ubocznych.

Może się też okazać, iż ryzyka związane z niektórymi technologiami – zwłaszcza „rozjaśnianiem chmur” są bardzo niewielkie i można by je bezpiecznie i z powodzeniem stosować już dziś. Warto byłoby to jak najszybciej wiedzieć.

–

Zdjęcie tytułowe: shutterstock/Mazur Travel