De wanhopige race om de oceaan af te koelen voordat het te laat is

Holly Jean Buck is een fellow bij het Institute of the Environment and Sustainability van de UCLA. Dit is een aangepast fragment uit haar aankomende boek Na geo-engineering: klimaattragedie, reparatie en restauratie (september 2019, Verso Boeken).

Door

• Holly Jean Buck archiefpagina

23 april 2019

Unsplash / Scott Webb

Koraalriffen ruiken naar rottend vlees als ze bleken. De oproer van kleuren - geel, violet, cerulean - vervaagt tot spookachtig wit als het vlees van de koralen doorschijnend wordt en eraf valt, waardoor hun skeletten eronder pluizig blijven met spinnewebachtige algen.

Koralen leven in symbiose met een soort algen. Overdag fotosynthetiseren de algen en geven ze voedsel door aan de koraalgastheer. Tijdens de nacht strekken de koraalpoliepen hun tentakels uit en vangen ze passerend voedsel. Slechts 1 °C opwarming van de oceaan kan deze relatie tussen koraal en algen verbreken. De gestresste koralen verdrijven de algen, en na herhaalde of langdurige perioden van dergelijke bleking, kunnen ze sterven aan hittestress, verhongeren zonder dat de algen ze voeden, of vatbaarder worden voor ziekten.

Dit verhaal maakte deel uit van ons nummer van mei 2019

• Zie de rest van het nummer
• Abonneren

Het Australische Great Barrier Reef - in feite een systeem van 2.300 kilometer (1.400 mijl) dat bestaat uit bijna 3.000 afzonderlijke riffen - is de afgelopen jaren ernstig verbleekt. Daniel Harrison, een Australische oceanograaf die onderzoekt wat er kan worden gedaan om meer tijd te winnen voor het Great Barrier Reef, zegt dat de situatie nijpend wordt. Er is misschien maar 25% van de koraalbedekking in ondiep water over uit pre-antropogene tijden. We weten het niet echt, want voor 1985 is niemand begonnen met landmeten, vertelt hij. Je hebt minder dan 1% van de oceaan in koraalriffen en 25% van al het zeeleven. We kijken ernaar om dat allemaal heel snel te verliezen, in evolutionaire termen. In termen van mensenlevens.

Koraalriffen gaan niet alleen over kleurrijke vissen en exotische soorten. Riffen beschermen kusten tegen stormen; zonder hen zouden de golven die sommige eilanden in de Stille Oceaan bereiken twee keer zo hoog zijn. Meer dan 500 miljoen mensen zijn afhankelijk van rifecosystemen voor voedsel en levensonderhoud. Zelfs als de temperatuurstijging zich uiteindelijk stabiliseert op 1,5 °C over een eeuw of twee, is het niet bekend hoe goed koraalrifecosystemen een tijdelijke overschrijding naar hogere temperaturen zullen overleven.

De koralen zijn als de kanarie in de kolenmijn.

De koralen zijn als de kanarie in de kolenmijn, zegt Harrison: ze zijn erg temperatuurgevoelig. Ik denk echt dat het slechts een voorbode is van wat komen gaat. Weet je, het koraalecosysteem kan eerst instorten, maar ik denk dat er nog een flink aantal ecosystemen zullen volgen. Het leven is erg veerkrachtig, maar ecosystemen zoals we ze kennen zijn dat niet.

Arctische ecosystemen, berggletsjers en de sequoiabossen in Californië lopen ook een groot risico door zelfs kleine veranderingen in de wereldgemiddelde temperatuur. Zo ook soorten die zich niet snel kunnen verplaatsen en een andere geschikte niche vinden. Het zijn de dingen die al aan de uiterste uiteinden van de schaal leven en die niet kunnen bewegen, toch? zegt Harrison. Dus koraalriffen - weet je, ze zitten vast in al enkele van de warmste wateren. Als het daar te warm voor ze wordt, a) kunnen ze niet bewegen, en b) kunnen ze toch nergens heen. En hetzelfde geldt voor de extreem koude ecosystemen. En hetzelfde geldt voor de sequoiabossen. Bomen kunnen niet snel genoeg omhoog en bewegen om de klimaatverandering bij te houden.

De zoutsproeier

De werkgroep van Harrison vormde teams om te kijken naar verschillende ideeën die het rif in leven kunnen houden. Zo zit de oceaan op lagere diepten vol met koeler water. Ze vroegen zich af of ze gewoon wat van dat water naar boven konden pompen, maar realiseerden zich dat het onhaalbaar zou zijn om genoeg water te verplaatsen om het hele rif af te koelen.

In plaats daarvan gingen de onderzoekers in op het idee van verheldering van mariene wolken - een vorm van zonne-geo-engineering, in die zin dat het de reflectiviteit van de planeet verhoogt. Door kleine zoutdeeltjes uit zeewater omhoog te sproeien in de lage wolkenlaag die een groot deel van het oceaanoppervlak bedekt, zouden microdruppeltjes in de wolken ontstaan. Deze druppels zouden ervoor zorgen dat de wolken meer zonlicht weerkaatsen en zouden ze ook langer kunnen laten duren, waardoor het gebied afkoelt. De modellering die Harrison's team tot nu toe heeft gedaan, suggereert dat het met deze methode mogelijk zou kunnen zijn om het water tussen 0,5 en 1 °C te koelen.

Het Marine Cloud Brightening Project, een internationale samenwerking onder leiding van atmosferische wetenschapper Robert Wood en collega's van de Universiteit van Washington, denkt dat dit een schaalbare aanpak zou kunnen zijn. Kelly Wanser, een senior adviseur van het project, beschrijft andere manieren waarop wetenschappers denken aan het in stand houden van koralen, zoals genetisch modificeren of kweken om warmer water te weerstaan, of robuuste koralen naar nieuwe gebieden te verplaatsen en ze opnieuw te planten. Maar, zegt ze, de omvang van het probleem is als het versterken van de Rocky Mountains. Het is enorm.

Daarentegen is het ophelderen van zeewolken relatief eenvoudig. In wezen gaat het om het bouwen van apparaten om zeewater te sproeien. Er zijn zeker enkele technische uitdagingen die moeten worden overwonnen, maar het basisproces om gewoon zeewater te nemen en het te filteren en vervolgens uit te spuiten, op submicron-formaat, is niet zo moeilijk, zegt Harrison. Zijn modelleringsresultaten suggereren dat er waarschijnlijk enkele stations zouden moeten zijn een eindje op zee, net buiten de rand van het continentale plat - drijvende platforms of schepen die deeltjes in de lucht zouden spuiten. Het hele project zou $ 150 tot $ 300 miljoen per jaar kunnen kosten. Duur, maar dan levert het rif naar schatting $ 6 miljard per jaar op voor de Australische economie. In de opvatting van Harrison zou je de wolken niet de hele tijd, of zelfs elke zomer, hoeven op te fleuren. In plaats daarvan zou het worden gedaan wanneer het koraal het risico liep te verbleken, wat ongeveer twee weken van tevoren zou moeten worden gewaarschuwd om het water maximaal af te koelen.

Unsplash / Steve Halama

Maar, ik bedoel, er zijn hier enkele echte onbekenden, toch? zegt Harrison. Omdat niemand hier ooit veldwerk aan heeft gedaan.

Hoewel de techniek misschien relatief eenvoudig is, is het moeilijk om te weten hoe goed het ophelderen van zeewolken zou werken, omdat wolken erg complex zijn. Als je uit het raam van een vliegtuig kijkt, zie je wolken met allerlei verschillende structuren, zegt Ben Kravitz van Indiana University, die bezig is met het vergelijken van simulaties van geo-engineeringmodellen. Ze zijn aan het verhuizen. Sommige zijn een paar meter in doorsnee, andere tientallen kilometers in doorsnee. Sommige zijn georganiseerd, andere niet. Kortom, je kunt al dat gedrag niet in één enkel model passen.

Toevoegen aan deze complexiteit zijn televerbindingen in het klimaatsysteem - dat wil zeggen, wolken op de ene plaats beïnvloeden het weer op een andere plaats. Wanneer je grote gebieden probeert te koelen, zijn deze langeafstandseffecten relevant. Daarom schrik ik ervan, de gedachte om zeewolken op te helderen, zegt Anthony Jones, klimaatwetenschapper aan de Universiteit van Exeter. De televerbindingen zijn bijna onvermijdelijk, en als je een bepaald gebied aanzienlijk kunt koelen, ga je het klimaat en de weersreactie veranderen.

Rekening houden met geo-engineering in al zijn vormen betekent omgaan met verlies.

Nieuwere klimaatmodellen kunnen betere schattingen opleveren van hoe effectief het ophelderen van zeewolken zou kunnen zijn. Wanser van het Marine Cloud Brightening Project zegt dat de volgende stap het bouwen en testen van sproeiers voor het sproeien van zeewater is. Maar het was moeilijk om fondsen te werven, omdat het project wordt gezien als een geo-engineering-experiment en mensen bang zijn voor geo-engineering. Ik denk dat we met alle relevante overheidsinstanties hebben gesproken die dit konden ondersteunen, en in wezen is er niemand die wil zeggen: 'We zullen het gewoon doen als de basiswetenschap van cloud-aerosol', zegt ze. Ze zeggen: 'Nee, de kat is uit de zak - dit is geo-engineering. We zouden goedkeuring moeten krijgen.’

Cloud Brightening is dus een techniek die zou kunnen helpen mariene ecosystemen te redden, maar we weten niet hoe goed het zou werken, en we kunnen het niet achterhalen omdat het stigma van geo-engineering het moeilijk maakt om onderzoeksfinanciering te krijgen. Gelukkig is het niet de enige optie om de oceanen te koelen.

Unsplash / Thomas Peham

De zeewierbossen

Bomen zuigen koolstofdioxide op, en daarom is het planten van massa's nieuwe bossen voorgesteld als een manier om de koolstofdioxideconcentraties in de atmosfeer te verlagen en daardoor de aarde af te koelen. Maar er is maar zoveel land beschikbaar. Betreed oceaanbebossing, een concept dat is beschreven in een paper uit 2012 door Antoine de Ramon N'Yeurt van de University of the South Pacific en collega's. Dit voorstel voor het kweken van zeewier voor koolstofverwijdering kent verschillende stappen. Eerst moet het zeewier groeien en geoogst worden. Daarna wordt het in een anaërobe vergister gedaan - een grote, zuurstofvrije tank die het organische materiaal afbreekt. Dat levert biogas op, dat is ongeveer 60% methaan en 40% koolstofdioxide. Het methaan kan worden gebruikt als biobrandstof, terwijl de koolstofdioxide moet worden opgeslagen om te voorkomen dat het teruggaat in de atmosfeer. (Een idee is om het op te slaan in een buis die op de zeebodem zou rusten, maar het zou ook ondergronds kunnen worden geïnjecteerd.) Het voordeel van het gebruik van zeewier op deze manier is dat het snel groeit en geen droog land nodig heeft, dus het zal niet concurreren met voedselproductie of bossen.

N'Yeurt en zijn collega-onderzoekers berekenden dat het bebossen van 9% van het oceaanoppervlak van de wereld en het verwerken van de resulterende biobrandstoffen fossiele brandstofenergie zou kunnen vervangen, de duurzame visproductie zou kunnen verhogen en 53 miljard ton koolstofdioxide uit de atmosfeer per jaar zou kunnen verwijderen. Met de huidige uitstoot van ongeveer 40 miljard ton per jaar, zou dit kunnen betekenen dat het CO2-niveau in het algemeen wordt verlaagd.

Het snel implementeren van Ocean Bebossing zou een inspanning zijn om een ​​man op de maan te zetten, maar zowel minder duur als waarschijnlijk een veel beter rendement op de investering, schreven de auteurs van het artikel. Maar een dergelijke inspanning vereist coördinatie van meerdere wetenschappelijke en technische gebieden om zelfs demonstratieprojecten te vormen. Er zijn geen instellingen die aan dit soort holistisch onderzoek en ontwikkeling werken.

Aan de andere kant, net als bij het oplichten van wolken, is de basistechnologie van de bebossing van de oceaan vrij eenvoudig. Het vereist vooruitgang in zaken als energiezuinige technieken voor het kweken en oogsten van zeewier, efficiënte gasscheiding en koolstofafvang en -opslag - allemaal voortbouwend op dingen die we al weten hoe te doen. Het Advanced Research Projects Agency for Energy van de Amerikaanse overheid heeft een programma van $ 22 miljoen genaamd Mariner, een acroniem voor macroalgenonderzoek dat nieuwe energiebronnen inspireert, voor het verkennen van innovaties die een zeewierindustrie op gang kunnen brengen.

Zeewierteelt kan ook andere voordelen hebben, zoals het opruimen van landbouwvervuiling. Door de afvoer van kunstmest uit de industriële landbouw komt stikstof en fosfor in de oceanen terecht. Een artikel uit 2017 in Nature Scientific Reports zei dat de Chinese zeewierindustrie elk jaar al 75.000 ton stikstof en 9.500 ton fosfor uit kustwateren verwijdert - en dat slechts 150% meer zeewierteelt alle fosfor zou kunnen verwijderen die in de Chinese kustwateren stroomt, hoewel veel er zou meer nodig zijn om de overtollige stikstof aan te pakken.

Om deze voordelen te benutten, hebben we een goed ontworpen systeem nodig, maar op dit moment is de industrie grotendeels ongereguleerd. Waarom moet zeewier gereguleerd worden? Ten eerste om de verspreiding van invasieve soorten of ziekten te voorkomen. Een bacteriële ziekte genaamd ijsijs infecteert bijvoorbeeld een rood zeewier genaamd Kappaphycus , die zijn takken in afgrijselijke witte ijspegels verandert. De ziekte veroorzaakte miljoenen oogstverliezen in de Filippijnen en verspreidde zich vervolgens naar boerderijen in Tanzania en Mozambique.

Een andere uitdaging is hoe zeewierkweek expliciet onderdeel te maken van klimaatbeleid. De definitie van een koolstofput onder het VN-Raamverdrag inzake klimaatverandering is geschreven voor bomen. Het past niet helemaal in het profiel voor zeewieren - de koolstof die ze naar beneden halen, wordt gemakkelijk afgebroken en weer vrijgegeven. Natuurlijk zijn er ideeën over hoe de biomassa te sekwestreren - door het in de diepe zee of in onderzeese canyons te laten zinken. Maar het huidige VN-beleid houdt in dat zeewier vooral wordt gekweekt voor voedsel, biobrandstoffen en andere producten, in plaats van met koolstofvastlegging uitdrukkelijk in het achterhoofd.

Nog een ander obstakel voor het gebruik van zeewier voor koolstofverwijdering is de klimaatverandering zelf, die bijvoorbeeld al natuurlijke kelpbossen decimeert. Een wetenschappelijk rapport beschrijft de zee-egels die zich vestigen op de plek waar vroeger het kelpbos was; deze warmwatersoorten maaien alles op hun pad. Blijkbaar zijn ze bijna immuun voor verhongering en sommige soorten leven meer dan vijf decennia. Wanneer ze worden gestrest door honger, worden hun kaken en tanden groter en vormen ze fronten die over de zeebodem marcheren op zoek naar voedsel. Ze zijn slechts één voorbeeld van hoe klimaatverandering allerlei soorten landbouw lastiger maakt.

Gletsjers afremmen

Naast het verstoren van ecosystemen, zal de opwarming van de oceaan natuurlijk ook de zeespiegel doen stijgen. Ze zijn al 13 tot 20 centimeter (5 tot 8 inch) hoger dan in 1900. In de 20e eeuw was het grootste deel van deze stijging het gevolg van het uitzetten van het oceaanwater naarmate het warmer werd, maar nu zijn de effecten van smeltende gletsjers en ijskappen ver ingehaald thermische expansie. De stijging die wordt veroorzaakt door smeltende gletsjers zal naar verwachting onthutsend zijn - in de orde van meters per eeuw.

Maar wat als we specifieke gletsjers zouden kunnen ontwerpen om te voorkomen dat ze smelten? John Moore, een glacioloog en leider van China's geo-engineering onderzoeksprogramma, heeft dit onlangs onderzocht, en hij schreef een opmerking met collega's in Nature waarin hij een paar manieren schetst om dit te doen.

Een voorbeeld betreft twee Antarctische gletsjers waar wetenschappers een nerveus oog op hebben: Pine Island en Thwaites. Onder hen komt warm oceaanwater naar binnen. Conventionele wijsheid zegt dat dit niet te stoppen en onomkeerbaar is, vanwege de helling en geometrie van het gesteente. Maar Moore suggereert dat het bouwen van kunstmatige eilanden voor de gletsjers ze zou kunnen ondersteunen, het ijs vastzetten en tegenhouden zoals natuurlijke rotsen en eilanden dat doen.

Een andere techniek zou zijn om water van onder de gletsjers te halen om te voorkomen dat ze in de oceaan wegglijden. Gletsjers zitten op subglaciale stromen, of dunne waterlagen, maar het drogen van deze stromen zou hun afglijden in de zee kunnen vertragen.

Moore zegt dat hij dit ziet als een zeer democratische, egalitaire manier om met zeespiegelstijging om te gaan: in plaats van te proberen muren te bouwen rond de hele wereldkust - wat in feite betekent dat de rijke landen het natuurlijk meer zullen doen dan de arme landen - je kunt het probleem bij de bron aanpakken, waar je iets op de schaal van honderd kilometer moet aanpakken in plaats van tienduizenden kilometers kustlijn. De technische expertise bestaat, zegt hij. Kijk bijvoorbeeld naar de aanleg van het Suezkanaal of de bouw van de nieuwe luchthaven van Hong Kong.

Als we hierover met glaciologen hebben gesproken, is er in het begin veel afschuw, voegt Moore eraan toe. Het is duidelijk dat je een aantal mensen [op Antarctica] met veel spullen zult moeten plaatsen. Dat zal zeker knoeien met het milieu en de ecologie. Maar als je de schade door het instorten van de ijskap vergelijkt, valt dat een beetje in het niet.

Wonen in de ruïnes

De ideeën van Moore zijn misschien voorlopig slechts een gedachte-experiment, maar we hebben meer gedachte-experimenten nodig. Rekening houden met geo-engineering in al zijn vormen betekent in het reine komen met verlies - onderzoeken wat het betekent om in de ruïnes te leven, in de zin van antropoloog Anna Tsing. Geo-engineering komt als een schok voor de geest van mensen die momenteel niet het gevoel hebben dat ze in de ruïnes leven, die nog niet in het reine zijn gekomen met de geleden verliezen. In Peking, waar Moore woont, is het echter anders, vooral vanwege de luchtvervuiling. Er is geen ontkenning - iedereen kan zien wat we doen, zegt hij. We hebben deze puinhoop gemaakt; we moeten het opruimen. Je kunt niet op de natuur vertrouwen om het te doen.

zich verstoppen