De groeiende zaak voor geo-engineering

Tatsurou Kiuchi

David Mitchell rijdt de parkeerplaats op van het Desert Research Institute, een buitenpost voor milieuwetenschappen van de Universiteit van Nevada, gelegen in de droge rode heuvels boven Reno. De campus staart over de toppen van de casino's in de binnenstad naar de besneeuwde Pine Nut Mountains. Op deze ochtend trekken piekerige cirruswolken lange lijnen boven het bereik.

Mitchell, een slungelige, zachte atmosferische fysicus, gelooft dat deze ijskoude wolken in de bovenste troposfeer een van onze beste noodplannen kunnen zijn om klimaatverandering tegen te gaan. De kleine ijskristallen in cirruswolken werpen warmtestraling terug tegen het aardoppervlak en houden de warmte vast als een deken - of, meer ter zake, als koolstofdioxide. Maar Mitchell, universitair hoofddocent aan het instituut, denkt dat er een manier is om de effecten van deze wolken tegen te gaan.

Dit verhaal maakte deel uit van ons nummer van mei 2017

• Zie de rest van het nummer
• Abonneren

Het zou als volgt werken: vloten van grote drones zouden tijdens de wintermaanden de bovenste breedtegraden van de wereld doorkruisen en de lucht elk jaar besprenkelen met tonnen extreem fijn stofachtig materiaal. Als Mitchell gelijk heeft, zou dit grotere ijskristallen produceren dan normaal, waardoor dunnere cirruswolken ontstaan ​​die sneller verdwijnen. Dat zou meer straling de ruimte in laten en de aarde afkoelen, zegt Mitchell. Als deze cloud seeding op een voldoende grote schaal wordt uitgevoerd, zou het de temperatuur op aarde met maar liefst 1,4 °C kunnen verlagen, meer dan de planeet is opgewarmd sinds de industriële revolutie, volgens een aparte Yale-studie .

Er blijven grote vragen over of het echt zou werken, welke schadelijke bijwerkingen er zouden kunnen optreden en of de wereld het risico zou moeten nemen een hulpmiddel in te zetten dat het hele klimaat zou kunnen veranderen. Inderdaad, de suggestie dat we de wereldthermostaat aan een armada van vliegende robots moeten toevertrouwen, zal velen als belachelijk overkomen. Maar de echte vraag is: belachelijk vergeleken met wat?

Zonder een of andere drastische actie zou de klimaatverandering naar schatting het leven kunnen kosten half miljoen mensen per jaar tegen het midden van deze eeuw, door hongersnood, overstromingen, hittestress en menselijke conflicten. Voorkomen dat de temperatuur 2 °C stijgt boven het pre-industriële niveau, lang beschouwd als de gevarenzone die koste wat kost moest worden vermeden, lijkt nu bijna onmogelijk. Het zou betekenen dat de uitstoot van broeikasgassen tegen 2050 met maar liefst 70 procent moet worden verminderd, en het kan best zijn dat er technologieën worden ontwikkeld die miljarden tonnen koolstofdioxide uit de atmosfeer kunnen zuigen, volgens het Intergouvernementeel Panel over klimaatverandering van de VN. Maar een groeiende lichaam van Onderzoek suggereert dat we waarschijnlijk niet de tijd of technologie zullen hebben om dit voor elkaar te krijgen. Met name, zelfs als elk land zich houdt aan de toezeggingen die het is gedaan in het kader van de politiek ambitieuze klimaatakkoorden van Parijs, kunnen de mondiale temperaturen nog steeds meer dan 5 °C tegen 2100 .

Iedereen kijkt naar twee graden, maar voor mij is het een luchtkasteel, zegt Daniel Schrag, directeur van het Harvard University Center for the Environment, een van de topadviseurs van president Obama op het gebied van klimaatverandering. Ik vrees dat we geluk zullen hebben als we aan vier ontsnappen, en ik wil ervoor zorgen dat niemand er ooit zes ziet.

Het verschil tussen twee en vier graden is nog eens een kwart miljard mensen zonder betrouwbare toegang tot water, meer dan honderd miljoen meer blootgesteld aan overstromingen en enorme dalingen van de wereldwijde gewasopbrengsten, volgens een onderzoek door de Committee on Climate Change, een in Londen gevestigde wetenschappelijke groep die is opgericht om de Britse regering te adviseren (zie hieronder).

Zonder drastische maatregelen zou de klimaatverandering tegen het midden van deze eeuw jaarlijks naar schatting een half miljoen mensen het leven kunnen kosten.

Het idee dat we deze gevaren konden tegengaan door het klimaat zelf opnieuw te ontwerpen, technieken die gezamenlijk bekend staan ​​als geo-engineering, begon ongeveer tien jaar geleden uit de wetenschappelijke marge te komen (zie The Geoengineering Gambit). Nu groeit het momentum achter het idee: steeds grimmiger wordende klimaatprojecties hebben een groeiend aantal wetenschappers ervan overtuigd dat het tijd is om experimenten uit te voeren om erachter te komen wat zou kunnen werken. Daarnaast is er een indrukwekkende lijst van instellingen, waaronder Harvard University, de Carnegie Raad , en de Universiteit van Californië, Los Angeles , hebben onlangs onderzoeksinitiatieven opgezet.

Er zijn maar weinig serieuze wetenschappers die beweren dat we binnenkort met geo-engineering moeten beginnen. Maar nu de tijd opraakt, is het absoluut noodzakelijk om elke optie te onderzoeken die de wereld van de rand van een catastrofe kan halen, zegt Jane Long, voormalig associate director bij het Lawrence Livermore National Laboratory. Ik weet niet precies wat het antwoord is, zegt ze. Maar ik geloof wel dat we moeten blijven zeggen wat de waarheid is, en de waarheid is dat we die misschien nodig hebben.

Dromen van stof

Mitchell werkt in een klein, vierkant kantoor op de bovenste verdieping van het Desert Research Institute. Stapels wetenschappelijke artikelen verdringen zijn bureau; tijdschriften en ordners pakken zijn boekenplank. Close-upbeelden van delicate ijskristallen hangen aan punaises op het prikbord boven zijn computerscherm.

In het voorjaar van 2005, tijdens een sabbatical in het National Center for Atmospheric Research in Boulder, Colorado, begon Mitchell te onderzoeken hoe de grootte van ijskristallen cirruswolken en het klimaatsysteem beïnvloedt. Hij en zijn collega's gevonden dat grotere kristallen, het type dat de neiging heeft zich te vormen in de aanwezigheid van stofdeeltjes, minder en dunnere cirruswolken produceerden.

Dat punt bleef steken in Mitchells brein. Op een ochtend, kort na zijn terugkeer in Nevada, had hij een droom waarin dat inzicht veranderde in een klimaattechnisch plan. Hij werd wakker en vroeg zich af of het opzettelijk toevoegen van stof in de gebieden waar deze wolken zich vormen, deze grotere ijskristallen zou voortbrengen, waardoor de cirrusdekking zou verminderen en er meer warmte in de ruimte zou vrijkomen.

280 miljoen

meer mensen zonder toegang tot voldoende water

120 miljoen

meer mensen blootgesteld aan grote rivieroverstromingen

12 miljoen

meer mensen onderworpen aan kustoverstromingen

24%

daling van de wereldwijde maïsproductiviteit

Hoewel hij ernstige bedenkingen had bij geo-engineering, besloot hij het idee te onderzoeken. In 2009 publiceerde hij samen met een collega een papier wat suggereert dat het zaaien van cirruswolken met kleine deeltjes bismuttri-jodide, een anorganische verbinding die kan afbreken tot de noodzakelijke submicrometergrootte, de klimaatverandering aanzienlijk zou kunnen compenseren. Meer recentelijk schatte Mitchell dat er jaarlijks ongeveer 160 ton van het materiaal nodig zou zijn om wolken te zaaien in de gebieden die hij in gedachten heeft, tegen een kostprijs van ongeveer $ 6 miljoen.

8%

daling van de opbrengst van zomertarwe

3. 4%

van plantensoorten verliest de helft van hun geschikte leefgebied

eenentwintig%

van zoogdiersoorten verliezen hun leefgebied

Niet iedereen is het erover eens dat het voorstel zou werken. Een paper uit 2013 in Wetenschap , geleid door MIT-atmosferische wetenschapper Dan Cziczo, concludeerde dat de vorming van ijskristallen rond stof, bekend als heterogene ijskiemvorming, al het dominante mechanisme is dat cirruswolken creëert. Dat zou kunnen betekenen dat het toevoegen van meer stof per saldo dikkere wolken zou creëren die meer warmte vasthouden. Het grotere probleem met het idee, stelt Cziczo, is dat wolken het minst begrepen onderdeel van het klimaatsysteem zijn. We hebben lang niet genoeg kennis over wolkenmicrofysica, of nauwkeurig genoeg metingen, om het klimaat op deze manier precies te manipuleren, zegt hij.

Maar Mitchells meest recente onderzoek, gebaseerd op observaties van ijskristalconcentraties van NASA's Calipso-satelliet, heeft hem er verder van overtuigd dat cloud seeding zou kunnen werken, zolang het maar wordt gedaan in regio's waar cirruswolken zich voornamelijk vormen zonder stofdeeltjes. Op de monitor in zijn kantoor haalt Mitchell een pagina met kaarten tevoorschijn uit een paper die hij eind februari presenteerde in het National Center for Atmospheric Research. Marine- en lichtblauwe stippen, die de heterogene wolken van Cziczo vertegenwoordigen, domineren de middelste breedtegraden en beslaan een groot deel van Zuid-Amerika en Afrika. Maar de hogere breedtegraden zijn bedekt met rode, gele, oranje en groene stippen die aangeven welk soort wolken Mitchell in gedachten heeft.

De satellietbeelden suggereren dat in zeer koude en vochtige omstandigheden, richting de polen en vooral in de winter, kleine ijskristallen zich vanzelf kunnen vormen, spontaan, zonder stof. Dat suggereert dat cloud seeding zou kunnen werken, als het in die maanden op die gebieden is gericht. Mitchell denkt zelfs dat hij een manier heeft gevonden om de natuur een veldexperiment te laten uitvoeren om zijn theorie te testen. In de lente en de winter veroorzaken sterke winden regelmatig grote stofstormen in de woestijnen van Mongolië en de westelijke rand van China. De fijne deeltjes blazen over de Stille Oceaan en komen in een atmosferische golf terecht die over de Rocky Mountains rolt.

Als Mitchell gelijk heeft, zou het stof dunnere cirruswolken moeten bevorderen in een gebied waar het dikkere type anders de neiging heeft om te domineren. Er was geen manier om dit fenomeen goed te observeren - tot eind vorig jaar, toen de National Oceanic and Atmospheric Administration een satelliet lanceerde die was uitgerust met enkele van de krachtigste beeldtechnologie ooit in de ruimte gelanceerd, evenals sensoren die de temperatuur van wolken kunnen meten . De satelliet zou precies moeten kunnen vastleggen wat er gebeurt als het stof over de Rockies rijdt, en de subtiele verschuivingen die gaande zijn in de microfysica van wolken detecteren.

Mitchell diende vorig jaar een onderzoeksvoorstel in bij NOAA en vroeg het bureau om de satelliet te gebruiken om dergelijke waarnemingen te doen. Hij weet dat het een lange kans is, vooral in het licht van de inspanningen van de regering-Trump om de financiering voor klimaatwetenschap te verminderen. Maar als NOAA het ermee eens is, kan de test zijn theorie kracht bijzetten - of natuurlijk tegenspreken.

Een ander openluchtgeo-engineering-experiment zou nog eerder moeten plaatsvinden.

Volgend jaar rond deze tijd hopen Harvard-professoren David Keith en Frank Keutsch een ballon op grote hoogte te lanceren vanaf een locatie in Tucson, Arizona. Dit markeert het begin van een onderzoeksproject om de haalbaarheid en risico's te onderzoeken van een benadering die bekend staat als zonnestralingsbeheer. Het basisidee is dat het sproeien van materialen in de stratosfeer zou kunnen helpen meer warmte terug de ruimte in te reflecteren, wat een natuurlijk fenomeen van afkoeling nabootst dat optreedt nadat vulkanen tientallen miljoenen tonnen zwaveldioxide de lucht in blazen (zie Een goedkoop en eenvoudig plan om de wereld te stoppen Opwarming).

Wetenschappers denken over het algemeen dat de techniek de temperatuur zou verlagen, maar een slepende vraag is: wat zal het nog meer doen? Met name vulkaanuitbarstingen hebben ook aanzienlijk veranderde regenpatronen in bepaalde gebieden, en het is bekend dat zwaveldioxide de beschermende ozonlaag aantast.

De meest waarschijnlijke scenario's voor het klimaat over langere tijdschalen zijn verwoestend voor toekomstige generaties, absoluut verwoestend.

Keith heeft uitgebreide klimaatmodellering gedaan om te onderzoeken of andere materialen, waaronder aluminiumoxide, diamantstof en calciumcarbonaat, een neutraal of zelfs positief effect op ozon kunnen hebben. Tijdens een gesprek in zijn kantoor op Harvard benadrukte hij dat de experimenten geen test van geo-engineering zelf zouden zijn. Maar ze zouden zijn groep in staat stellen zijn modellen te onderwerpen aan gegevens uit de echte wereld, waardoor meer informatie zou worden onthuld over de relevante stratosferische fysica en chemie. Theorie alleen vertelt je niet wat er in de atmosfeer zal gebeuren, zegt Keith. Je kunt jezelf voor de gek houden als je niet naar buiten gaat en directe metingen doet.

Keith is al begonnen met ontwerpwerk met het ballonbedrijf World View Enterprises, evenals met discussies over de juiste transparantie en toezicht voor dergelijke buitenexperimenten. De vroege vluchten zouden de basiswerking van de ballon testen, die zou worden vastgemaakt aan een gondel uitgerust met propellers, sproeiers en sensoren. Maar uiteindelijk zou het experiment gepaard gaan met het vrijgeven van een fijne pluim van materialen, waarschijnlijk calciumcarbonaat, in de stratosfeer. De ballon zou dan dat spoor in omgekeerde richting volgen, waardoor de sensoren kunnen meten hoe goed de deeltjes zonlicht verstrooien, of ze samensmelten of verspreiden, en hoe ze interageren met voorlopers van ozon.

Onbekende onbekenden

Full-scale geo-engineering zou onvermijdelijk een zeker risico met zich meebrengen. We staan ​​waarschijnlijk voor een verschrikkelijke keuze tussen het accepteren van de duidelijke gevaren van klimaatverandering en het riskeren van de onbekende factoren van geo-engineering. Alan Robock , hoogleraar milieuwetenschappen aan de Rutgers, heeft een lijst van 27 risico's en zorgen die de technologie met zich meebrengt, waaronder het potentieel om de ozonlaag aan te tasten en de regenval in Afrika en Azië te verminderen.

Uiteindelijk maakt Robock zich zorgen dat geo-engineering simpelweg te riskant is om ooit te proberen. We weten niet wat we niet weten, zegt hij. Moeten we de enige planeet waarvan bekend is dat ze intelligent leven heeft, toevertrouwen aan dit gecompliceerde technische systeem? Cziczo van MIT is botter. We weten dat het probleem broeikasgas is, dus de oplossing is dat je het broeikasgas eruit haalt, zegt hij. Je probeert niet iets te doen wat we niet helemaal begrijpen.

De reserveringen rond geo-engineeringonderzoek waren eind maart volledig te zien toen tientallen opmerkelijke klimaat- en sociale wetenschappers zich verzamelden bij de Carnegie Endowment for International Peace in Washington, D.C., voor het Forum on U.S. Solar Geoengineering Research. Sprekers wezen op een lange lijst van onbeantwoorde en misschien onbeantwoordbare vragen over internationaal bestuur: wie mag beslissen wanneer de trekker overhaalt? Hoe bepalen we de juiste gemiddelde temperaturen wanneer dezelfde temperaturen verschillende landen op duidelijk verschillende manieren zullen beïnvloeden? Kan een land verantwoordelijk worden gehouden voor de negatieve effecten van zijn geo-engineeringschema op het weer van een ander land? Kunnen deze instrumenten worden gebruikt om opzettelijk een buurland aan te vallen? En kunnen conflicten over deze vragen omslaan in oorlog?

Ik heb nog geen enkele beschrijving gehoord van een toekomstige door zonne-energie ontwikkelde wereld die voor mij iets anders dan dystopisch of zeer onrealistisch klinkt, zei Rose Cairns, een onderzoeker aan de Universiteit van Sussex, die via Skype deelnam aan de ochtenddiscussie vanuit Engeland.

Verwant verhaal

Lees volgende Het opzettelijk ontwerpen van de atmosfeer van de aarde om de stijgende temperaturen te compenseren, zou veel beter kunnen zijn dan je denkt, zegt David Keith. Maar is het een goed idee?

Maar de Schrag . van Harvard beweerde het tegenovergestelde : dat de engste versie van de toekomst er een kan zijn waarin geo-engineering nooit wordt ontwikkeld of toegepast. Ik denk niet dat mensen begrijpen waar we mee te maken hebben met het klimaat, zei hij. De meest waarschijnlijke scenario's voor het klimaat over langere tijdschalen zijn verwoestend voor toekomstige generaties, absoluut verwoestend.

Terwijl hij dia's liet zien die het dramatische verlies van zee-ijs in de Arctische en Antarctische wateren in de afgelopen maanden belichtten, benadrukte Schrag dat klimaatverandering al sneller zichtbare gevolgen heeft dan iemand had verwacht. Hij voegde eraan toe dat het moeilijk is om een ​​scenario te voorzien waarin we de broeikasgasniveaus snel genoeg kunnen verlagen om veel ergere gevaren te voorkomen: de hoeveelheid die we al hebben vrijgegeven, zal waarschijnlijk een nieuwe graad van opwarming inhouden, zelfs als we morgen de uitstoot stoppen, zei hij. .

Volgens hem betekenen deze harde realiteiten dat we moeten proberen de moeilijke vragen die geo-engineering stelt te beantwoorden. Het is nog steeds, in alle gevallen die ik heb gezien, beter dan het alternatief om het klimaat gewoon op te warmen, zei hij. Gezien het traject van de wereld en de moeilijkheid om de uitstoot te verminderen, is dit iets dat we echt moeten begrijpen.

De kracht van angst

Mitchell was het grootste deel van zijn carrière tegen geo-engineering. Het idee dat de mensheid aan het fijn afgestemde klimaatsysteem zou moeten sleutelen, vond hij onmogelijk arrogant. Maar net als andere onderzoekers die decennialang naar steeds angstaanjagende projecties staarden terwijl de wereld de luidste waarschuwingen negeerde die wetenschappers wisten te laten klinken, veranderde hij met tegenzin van mening.

Het kan tientallen jaren duren om erachter te komen welke geo-engineeringmethoden kunnen werken, of de bijwerkingen voor het milieu kunnen worden geminimaliseerd en of het uiteindelijk te gevaarlijk is om het te proberen. Hoe langer we wachten om serieus onderzoek te beginnen, hoe groter het risico dat we een onveilig hulpmiddel inzetten bij plotselinge klimaatschokken, of er niet een bij de hand hebben wanneer we het nodig hebben. En niemand weet echt wanneer dat zou kunnen zijn.

Mitchell zegt: De behoefte aan klimaattechniek zou sneller kunnen komen dan we ons realiseren.

zich verstoppen