Арктическая геоинженерия

Арктическая геоинженерия – это тип климатической инженерии , при котором полярными климатическими системами намеренно манипулируют, чтобы уменьшить нежелательные последствия изменения климата . В качестве предлагаемого решения проблемы изменения климата арктическая геоинженерия является относительно новой и еще не реализована в больших масштабах. Он основан на том принципе, что альбедо Арктики играет важную роль в регулировании температуры Земли и что существуют крупномасштабные инженерные решения, которые могут помочь поддерживать альбедо полушария Земли. [1] По мнению исследователей, прогнозы исчезновения морского льда , скорректированные с учетом недавнего быстрого сокращения Арктики , указывают на то, что Арктика, скорее всего, освободится от летнего морского льда где-то между 2059 и 2078 годами. [2] Сторонники арктической геоинженерии считают, что методы климатической инженерии можно использовать, чтобы предотвратить это. [2] [ нужен лучший источник ]
Предлагаемые в настоящее время методы арктической геоинженерии включают использование сульфатных аэрозолей для отражения солнечного света, [ нужна ссылка ] закачивание воды для замерзания на поверхности и использование полых стеклянных микросфер для увеличения альбедо. Эти методы широко обсуждаются и вызывают критику со стороны некоторых исследователей, которые утверждают, что эти методы могут быть неэффективными, контрпродуктивными или приводить к непредвиденным последствиям. [3]
Фон
[ редактировать ]История
[ редактировать ]Основной целью геоинженерии с 19 по середину 20 века было создание дождя для использования в ирригации или в качестве наступательных военных действий. [4] В 1965 году администрация Джонсона в США опубликовала доклад, в котором основное внимание геоинженерии было уделено изменению климата. [4] Некоторые из первых планов геоинженерии в Арктике появились на конференции НАСА 2006 года по теме «Управление солнечной радиацией», на которой астрофизик Лоуэлл Вуд выдвинул предложение бомбардировать арктическую стратосферу сульфатами для создания ледяного покрова. [5] С тех пор были предложены и другие методы арктической геоинженерии, включая использование полых стеклянных микросфер. [6] [3]
Мотивация
[ редактировать ]Арктики Альбедо играет важную роль в регулировании количества солнечной радиации, поглощаемой поверхностью Земли. [1] С исчезновением арктического морского льда и недавним средним потемнением арктического альбедо Арктика стала менее способна отражать солнечную радиацию и, таким образом, охлаждать поверхность Земли. [1] Увеличение солнечной радиации вызывает повышение температуры поверхности и приводит к возникновению петли положительной обратной связи , при которой арктический лед тает, а альбедо еще больше снижается. [5] Такая петля обратной связи может привести к тому, что температура превысит переломный момент , что приведет к определенным необратимым климатическим эффектам домино. Это известно как петля обратной связи по альбедо льда . [5]
Отступление морского льда в Арктике усугубляется выбросом метана, парникового газа, который хранится в арктической вечной мерзлоте в виде клатрата метана . [7] Избыточный метана в атмосферу может привести к возникновению еще одной петли положительной обратной связи, в которой температура продолжит расти, а арктический морской лед начнет таять. выброс [8] При нынешних темпах таяния, если глобальная температура поднимется на 3°C выше доиндустриального уровня, верхние слои вечной мерзлоты в Арктике могут таять со скоростью 30-85% и вызвать климатическую чрезвычайную ситуацию. [8] [ нужны разъяснения ] за В четвертом оценочном отчете МГЭИК 2007 год говорится, что «по некоторым прогнозам, арктический морской лед в конце лета почти полностью исчезнет ко второй половине XXI века». [8] [ нужно обновить ] Однако с тех пор арктический морской лед в конце лета значительно отступил, достигнув рекордно низкой площади поверхности в 2007 году, а затем немного восстановился в 2008 году. [8] [ нужно обновить ] Климатическая инженерия была предложена для предотвращения или обращения вспять переломных событий в Арктике, в частности, чтобы остановить отступление морского льда. [9]
Цели
[ редактировать ]Сторонники арктической геоинженерии полагают, что это может быть одним из способов стабилизации хранения углерода в Арктике. [9] Арктическая вечная мерзлота содержит около 1700 миллиардов метрических тонн углерода, что примерно в 51 раз превышает количество углерода, которое было выброшено во всем мире в виде выбросов ископаемого топлива в 2019 году. [10] Вечная мерзлота в Северном полушарии также содержит примерно в два раза больше углерода, чем атмосфера, а температура арктического воздуха за последние несколько десятилетий выросла примерно в шесть раз больше, чем в среднем по миру. [9] Арктические экосистемы более чувствительны к изменениям климата и могут внести значительный вклад в глобальное потепление , если арктический морской лед продолжит таять такими же темпами. [9] Предотвращение дальнейшей потери льда важно для контроля климата, поскольку арктический лед помогает регулировать глобальную температуру, удерживая сильные парниковые газы, такие как метан и углекислый газ, которые удерживают тепло в атмосфере Земли. [9]
Сторонники полагают, что методы геоинженерии могут быть применены в Арктике для защиты существующего морского льда и содействия дальнейшему наращиванию льда за счет увеличения производства льда, уменьшения попадания солнечной радиации на поверхность льда и замедления таяния льда. [9] [11] Различные предлагаемые методы восстановления арктического льда различаются по стоимости и сложности, причем некоторые из более интенсивных методов требуют значительных экономических инвестиций и сложных инфраструктурных систем. [11] Одним из предлагаемых методов увеличения альбедо Земли является введение сульфатных аэрозолей в стратосферу. [11] Другие предлагаемые геоинженерные методы восстановления арктического льда включают закачку морской воды поверх существующего арктического морского льда и покрытие арктического морского льда небольшими полыми стеклянными сферами. [11] [10]
Предлагаемые методы
[ редактировать ]Стратосферные сульфатные аэрозоли
[ редактировать ]Идея впрыскивания сульфатных аэрозолей в стратосферу возникла в результате моделирования извержений вулканов. [9] Сульфатные частицы, обнаруженные в атмосфере, помогают рассеивать солнечный свет, что увеличивает альбедо и теоретически приводит к более прохладному климату на Земле. [9]
Калдейра и Вуд проанализировали эффект климатической инженерии в Арктике с использованием стратосферных сульфатных аэрозолей . [12] Он обнаружил, что среднее изменение температуры Земли на единицу альбедо не зависит от широты, поскольку обратные связи климатической системы сильнее проявляются в районах высоких широт; где отражается меньше солнечного света. [12]
Создание более толстого морского льда
[ редактировать ]Было предложено активно расширять полярную ледяную шапку путем распыления или закачки воды на ее вершину, что привело бы к образованию более толстого морского льда. [13] [14] [15] Преимущество этого метода заключается в том, что повышенное содержание соли в тающем льду будет способствовать усилению нисходящих течений при повторном таянии льда. [16] Часть льда в море представляет собой замороженную морскую воду. Другой лед поступает из ледников, образующихся из уплотненного снега, и, таким образом, представляет собой пресноводный лед.
Предлагаемый метод создания более толстого морского льда заключается в использовании водяных насосов с приводом от ветра. Эти насосы содержат буй, к которому прикреплена ветряная турбина, которая передает энергию ветра для питания насоса. [17] К бую также прикреплен резервуар для хранения и спуска воды по мере необходимости. [17] Теоретически, если в нужный момент накачать 1,3 метра воды поверх льда, толщина льда может увеличиться на 1,0 метра. [17] Целью этого насоса является увеличение толщины льда энергоэффективным способом. [17] Насосы, приводящие в движение энергию ветра, успешно использовались на Южном полюсе для увеличения толщины льда. [17]
Стеклянные бусины для увеличения альбедо.
[ редактировать ]Ice911, некоммерческая организация, целью которой является уменьшение изменения климата, провела эксперимент в лаборатории. [6] Они обнаружили, что размещение отражающего материала на поверхности льда увеличивает его альбедо. [6] Причина этого открытия заключается в том, что повышение отражательной способности поверхности льда увеличивает его способность отражать солнечный свет и, следовательно, снижает температуру на поверхности льда. [6] Из использованных материалов Ice911 обнаружил, что стекло не только эффективно повышает альбедо льда, но также экономически целесообразно и экологически безопасно. [18] Затем команда двинулась дальше и провела полевые испытания в Калифорнии, Миннесоте и на Аляске. [18] Во всех местах полевых испытаний альбедо было увеличено у льда, на поверхность которого были насыпаны стеклянные шарики, по сравнению со льдом, на поверхность которого не были добавлены стеклянные шарики. [18] Результаты показывают, что стеклянные бусины, помещенные поверх льда, увеличили отражательную способность льда. [18]
Снижение солености воды
[ редактировать ]Снижение солености океанской воды приводит к тому, что она становится менее плотной, что, в свою очередь, приводит к изменению океанских течений . [19] [20] По этой причине было предложено [21] что локальное влияние на соленость и температуру Северного Ледовитого океана путем изменения соотношения тихоокеанских и речных вод, поступающих через Берингов пролив, может сыграть ключевую роль в сохранении арктического морского льда. Целью было бы добиться относительного увеличения притока пресной воды из реки Юкон , одновременно блокируя (частично) поступление теплых и соленых вод из Тихого океана. Предлагаемые варианты геоинженерии включают строительство плотины. [22] соединяющий остров Святого Лаврентия и порог под узкой частью пролива.
Ограничения и риски
[ редактировать ]Неблагоприятные погодные условия
[ редактировать ]Поскольку геоинженерия является относительно новой концепцией, реальных исследований последствий этих новых технологий и того, как они могут повлиять на погодные условия, экосистемы и климат в долгосрочной перспективе, не проводилось. [23] Некоторые методы арктической геоинженерии, такие как введение сульфатного аэрозоля в стратосферу для отражения большего количества солнечного света или увеличение яркости морских облаков, могут спровоцировать цепочку событий, которые могут оказаться необратимыми. [24] В случае закачки серы такие последствия могут включать закисление океана или неурожай из-за задержки выпадения осадков или уменьшения количества солнечного света, необходимого для их роста. [25] Последние эффекты аналогичны увеличению яркости морских облаков. Этот процесс включает в себя использование лодок для увеличения частиц аэрозоля морской воды в облаках, ближайших к поверхности Земли, чтобы отражать солнечный свет. [24] [26]
Быстрое истощение озона
[ редактировать ]Нобелевский лауреат Пол Крутцен предложил метод геоинженерии, согласно которому выбросы сульфатов в нижние слои атмосферы приведут к глобальному похолоданию и теоретически помогут справиться с изменением климата. [27] Возможным недостатком этого является то, что выброс сульфатов в стратосферу может привести к истощению озона. [27] Процесс, посредством которого это работает, заключается в том, что частицы сульфата вступают в контакт с атмосферным хлором и химически изменяют их. По оценкам, эта реакция может привести к разрушению от одной трети до половины озонового слоя над Арктикой, если она вступит в силу. [27] Предлагаемая альтернатива предотвращению этого — замена сульфатов частицами кальцита. Идея состоит в том, что это материал, выбрасываемый в атмосферу во время извержения вулкана. [28] [29] [10] До сих пор не было прототипов такого эксперимента, и хотя этот метод не сможет обратить вспять ущерб, уже нанесенный окружающей среде, он может помочь уменьшить часть потенциального долгосрочного ущерба.
Эффективность отражающих частиц
[ редактировать ]Существуют опасения по поводу эффективности использования стекла и других отражающих частиц для увеличения альбедо. [3] Исследование, проведенное Вебстером и Уорреном, показало, что эти частицы на самом деле увеличивают скорость таяния морского льда. [3] Вебстер и Уоррен утверждают, что использование стекла на новых ледяных сооружениях связано с тем, что новый лед образуется в те месяцы, когда мало солнечного света, поэтому эффективность стеклянных бусин нельзя однозначно объяснить самими бусинами. [3] Кроме того, Вебстер и Уоррен утверждают, что стеклянные шарики, использованные в исследовании, поглощали темные вещества и в целом уменьшали альбедо, что потенциально могло привести к более высокой скорости таяния морского льда.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с «Альбедо и климат | Центр научного образования» . scied.ucar.edu . Проверено 28 марта 2023 г.
- ^ Jump up to: а б Боэ, Жюльен; Холл, Алекс; Цюй, Синь (15 марта 2009 г.). «Сентябрьский ледяной покров в Северном Ледовитом океане, по прогнозам, исчезнет к 2100 году». Природа Геонауки . 2 (5). Спрингер Природа: 341–343. Бибкод : 2009NatGe...2..341B . дои : 10.1038/ngeo467 . ISSN 1752-0894 .
- ^ Jump up to: а б с д и Вебстер, Мелинда А.; Уоррен, Стивен Г. (27 марта 2023 г.). «Региональная геоинженерия с использованием крошечных стеклянных пузырей ускорит исчезновение арктического морского льда» . Будущее Земли . 10 (10). дои : 10.1029/2022EF002815 . ISSN 2328-4277 . S2CID 252748547 .
- ^ Jump up to: а б Маккормик, Тай. «Геоинженерия: Краткая история» . Внешняя политика . Проверено 28 марта 2023 г.
- ^ Jump up to: а б с Флеминг, Джеймс Р. (2007). «Инженеры по климату» (PDF) . Ежеквартальный журнал Уилсона . Проверено 27 марта 2023 г.
- ^ Jump up to: а б с д Циммер, Катарина. «Смелый план по спасению арктических льдов с помощью стекла» . www.bbc.com . Проверено 28 марта 2023 г.
- ^ Херрманн, Виктория (25 апреля 2016 г.). «Как метан влияет на Арктику – инфографика» .
- ^ Jump up to: а б с д «Поскольку арктический морской лед тает, будьте осторожны с заявлениями о «чрезвычайной ситуации с метаном»» . Карбоновый бриф . 14 августа 2012 г.
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час Чен, Ятинг; Лю, Аобо; Мур, Джон К. (15 мая 2020 г.). «Снижение потерь углерода в вечной мерзлоте Арктики посредством геоинженерии стратосферных аэрозолей» . Природные коммуникации . 11 (1): 2430. Бибкод : 2020NatCo..11.2430C . дои : 10.1038/s41467-020-16357-8 . ISSN 2041-1723 . ПМЦ 7229154 . ПМИД 32415126 .
- ^ Jump up to: а б с «Таяние вечной мерзлоты может привести к попаданию микробов и химикатов в окружающую среду» . Лаборатория реактивного движения . 9 марта 2022 г.
- ^ Jump up to: а б с д Беннетт, Алек П.; Буффар, Трой Дж.; Бхатт, Ума С. (25 мая 2022 г.). «Сокращение морского льда в Арктике и геоинженерные решения: каскадная безопасность и этические соображения» . Проблемы . 13 (1): 22. дои : 10.3390/challe13010022 . ISSN 2078-1547 .
- ^ Jump up to: а б Кальдейра, К.; Вуд, Л. (13 ноября 2008 г.). «Глобальная и арктическая климатическая инженерия: исследования численного моделирования» . Философские труды Королевского общества A: Математические, физические и технические науки . 366 (1882). Королевское общество: 4039–4056. Бибкод : 2008RSPTA.366.4039C . дои : 10.1098/rsta.2008.0132 . ISSN 1364-503X . ПМИД 18757275 .
- ^ Уоттс, Роберт Г. (1997). «Криосферные процессы» . Инженерный ответ на глобальное изменение климата: планирование программы исследований и разработок . ЦРК Пресс. п. 419. ИСБН 978-1-56670-234-8 . Архивировано из оригинала 30 апреля 2021 года . Проверено 9 ноября 2018 г.
- ^ Рена Мари Паселла (29 июня 2007 г.). «Методы клейкой ленты для спасения Земли: повторное замораживание Арктики» . Популярная наука . Архивировано из оригинала 6 января 2013 года . Проверено 4 марта 2009 г.
- ^ «Команда АГУ предлагает восстановить арктические льды с помощью 10 миллионов ветряных мельниц» . Университет штата Аризона. 22 декабря 2016 г. Архивировано из оригинала 29 июля 2018 г. Проверено 29 июля 2018 г.
- ^ С. Чжоу; ПК Флинн (2005). «Геоинженерия нисходящих океанских течений: оценка затрат». Климатические изменения . 71 (1–2): 203–220. Бибкод : 2005ClCh...71..203Z . дои : 10.1007/s10584-005-5933-0 . S2CID 154903691 .
- ^ Jump up to: а б с д и Деш, Стивен Дж.; Смит, Натан; Гроппи, Кристофер; Варгас, Перри; Джексон, Ребекка; Кальян, Ануша; Нгуен, Питер; Пробст, Люк; Рубин, Марк Э.; Синглтон, Хизер; Спейсек, Александр; Труитт, Аманда; Зо, Пай Пай; Хартнетт, Хилари Э. (19 декабря 2016 г.). «Управление арктическими льдами: УПРАВЛЕНИЕ АРКТИЧЕСКИМ ЛЬДОМ» . Будущее Земли . 5 (1): 107–127. дои : 10.1002/2016EF000410 . S2CID 133195273 .
- ^ Jump up to: а б с д Филд, Л.; Иванова Д.; Бхаттачарья, С.; Млакер, В.; Шольц, А.; Декка, Р.; Манзара, А.; Джонсон, Д.; Христодулу, Э.; Уолтер, П.; Катури, К. (21 мая 2018 г.). «Увеличение альбедо арктического морского льда с использованием локализованной обратимой геоинженерии» . Будущее Земли . 6 (6): 882–901. Бибкод : 2018EaFut...6..882F . дои : 10.1029/2018EF000820 . ISSN 2328-4277 . S2CID 134740750 .
- ^ Рэй, К. Клэйборн (25 августа 2017 г.). «Тающие айсберги меняют океаны» . Нью-Йорк Таймс .
- ^ «Морская вода» . www.noaa.gov . Проверено 29 апреля 2024 г.
- ^ Шуттенхельм, Рольф (13 сентября 2008 г.). «Перекресток Диомеда» . Архивировано из оригинала 25 июля 2011 года.
- ^ «Может ли массивная плотина между Аляской и Россией спасти Арктику?» . ХаффПост . 27 ноября 2010 г.
- ^ Милман, Оливер (15 декабря 2022 г.). «Может ли геоинженерия исправить климат? Сотни учёных говорят, что не так быстро» . TheGuardian.com .
- ^ Jump up to: а б Харви, Фиона (17 мая 2022 г.). «Климатическая геоинженерия должна регулироваться, — говорит бывший глава ВТО» . TheGuardian.com .
- ^ Кауфман, Рэйчел (11 марта 2019 г.). «Риски, выгоды и возможные последствия геоинженерии климата Земли» .
- ^ Лэтэм, Джон; Бауэр, Кейт; Шулартон, Том; Коу, Хью; Коннолли, Пол; Купер, Гэри; Крафт, Тим; Фостер, Джек; Гадиан, Алан (13 сентября 2012 г.). «Морские облака светлеют» . Философские труды Королевского общества A: Математические, физические и технические науки . 370 (1974): 4217–4262. Бибкод : 2012RSPTA.370.4217L . дои : 10.1098/rsta.2012.0086 . ПМК 3405666 . ПМИД 22869798 .
- ^ Jump up to: а б с «Опасности геоинженерии» .
- ^ Кейт, Дэвид В.; Вайзенштейн, Дебра К.; Дикема, Джон А. (12 декабря 2016 г.). «Стратосферная солнечная геоинженерия без потери озона» . Труды Национальной академии наук . 113 (52): 14910–14914. Бибкод : 2016PNAS..11314910K . дои : 10.1073/pnas.1615572113 . ПМК 5206531 . ПМИД 27956628 .
- ^ Мэтьюз, Дилан (30 ноября 2018 г.). «Геоинженерия — это последний вариант остановить глобальное потепление, и она проходит первое испытание» . Вокс .