Ученые разработали специальный алгоритм для модели земной системы, который изменяет объем и местоположение геоинженерии — в данном случае инъекции диоксида серы высоко в атмосферу — которые теоретически потребуются из года в год, чтобы эффективно сдерживать потепление. . Однако они предупреждают, что необходимы дополнительные исследования, чтобы определить, будет ли этот подход практичным или даже возможным в реальном мире.Результаты нового исследования, проведенного учеными из Национального центра атмосферных исследований (NCAR), Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории (PNNL) и Корнельского университета, представляют собой значительный шаг вперед в области геоинженерии.
Тем не менее, есть много вопросов, на которые необходимо ответить по поводу инъекций диоксида серы, включая то, как этот тип инженерных решений может изменить региональные режимы выпадения осадков и степень, в которой такие инъекции могут повредить озоновый слой. Возможность глобальных усилий по геоинженерии для борьбы с потеплением также вызывает серьезные проблемы в области управления и этических норм.«Это важная веха, которая дает надежду на то, что может быть возможным в будущем», — сказала ученый NCAR Яга Рихтер, один из ведущих авторов. «Но это только начало; необходимо провести еще много исследований».
Предыдущие исследования моделирования обычно стремились ответить на вопрос «Что произойдет, если мы займемся геоинженерией?» Результаты этих исследований описали результаты — как положительные, так и отрицательные — введения заданного количества сульфатов в атмосферу, часто прямо на экваторе Земли. Но они не пытались конкретизировать результат, которого они надеялись достичь с самого начала.
В серии новых исследований исследователи перевернули вопрос, вместо этого задавая вопрос: «Как можно использовать геоинженерию для достижения конкретных климатических целей?»«Мы действительно изменили вопрос и тем самым обнаружили, что можем лучше понять, чего может достичь геоинженерия», — сказал Рихтер.Результаты исследования подробно описаны в серии статей, опубликованных в специальном выпуске Journal of Geophysical Research — Atmospheres.Имитация вулканаТеоретически геоинженерия — крупномасштабное вмешательство, направленное на изменение климата, — может принимать разные формы, от запуска орбитальных солнечных зеркал до удобрения океанских водорослей, голодных до углерода.
Для этого исследования команда изучила один широко обсуждаемый подход: закачивание диоксида серы в верхние слои атмосферы, над облачным слоем.Идея борьбы с глобальным потеплением с помощью этих инъекций вдохновлена ??самыми масштабными извержениями вулканов в истории.
При извержении вулканов диоксид серы поднимается высоко в атмосферу, где он химически превращается в светорассеивающие частицы сульфата, называемые аэрозолями. Эти сульфаты, которые могут оставаться в атмосфере в течение нескольких лет, разносятся по Земле стратосферными ветрами, образуя отражающий слой, который охлаждает планету.Чтобы имитировать эти эффекты, диоксид серы можно было бы впрыснуть прямо в стратосферу, возможно, с помощью высоколетающих самолетов.
Но хотя инъекции будут противодействовать глобальному потеплению, они не решат всех проблем, связанных с изменением климата, и, вероятно, будут иметь свои собственные негативные побочные эффекты.Например, закачки не компенсируют закисление океана, которое напрямую связано с выбросами углекислого газа. Геоинженерия также может привести к значительным нарушениям режима выпадения осадков, а также к задержкам в заживлении озоновой дыры. Более того, как только геоинженерия началась, если общество хотело избежать быстрого и резкого повышения температуры, инъекции нужно было бы продолжать до тех пор, пока меры по смягчению последствий не станут достаточными, чтобы ограничить потепление самостоятельно.
Также, вероятно, возникнут серьезные проблемы международного управления, которые необходимо будет преодолеть, прежде чем можно будет реализовать программу геоинженерии.«Чтобы лица, принимающие решения, могли точно сопоставить плюсы и минусы геоинженерии с изменениями климата, вызванными деятельностью человека, им нужно больше информации, — сказал ученый PNNL Бен Кравиц, также ведущий автор исследований. «Наша цель — лучше понять, что может сделать геоинженерия, а что нет».МОДЕЛИРОВАНИЕ СЛОЖНОЙ ХИМИИ
Для новых исследований ученые использовали основанную на NCAR Модель системы Земли Сообщества с ее расширенным атмосферным компонентом, Модель климата Сообщества всей атмосферы. WACCM включает подробную химию и физику верхних слоев атмосферы и недавно был обновлен для моделирования эволюции стратосферного аэрозоля из исходных газов, включая геоинженерию.«Для этого исследования было критически важно, чтобы наша модель могла точно отражать химический состав атмосферы, чтобы мы могли понять, как быстро диоксид серы будет превращаться в аэрозоли и как долго эти аэрозоли будут оставаться в воздухе», — сказал ученый NCAR Майкл Миллс, также ведущий автор. «Большинство моделей глобального климата не включают эту интерактивную химию атмосферы».
Ученые также значительно улучшили то, как модель имитирует тропические стратосферные ветры, которые меняют направление каждые несколько лет. Точное представление этих ветров имеет решающее значение для понимания того, как аэрозоли разносятся по планете.Ученые успешно протестировали свою модель, увидев, насколько хорошо она может имитировать массивное извержение горы Пинатубо в 1991 году, включая количество и скорость образования аэрозолей, а также то, как эти аэрозоли переносились по земному шару и как долго они оставались в атмосфере.Затем ученые начали изучать последствия введения диоксида серы на разных широтах и ??высотах.
Из прошлых исследований ученые знали, что сульфаты, вводимые только на экваторе, влияют на Землю неравномерно: переохлаждение тропиков и недостаточное охлаждение полюсов. Это особенно проблематично, поскольку изменение климата ускоряет потепление Арктики. Изменение климата также приводит к тому, что северное полушарие нагревается быстрее, чем южное.
Исследователи использовали эту модель для изучения 14 возможных мест инъекций на семи разных широтах и ??двух разных высотах — что никогда раньше не применялось в геоинженерных исследованиях. Они обнаружили, что могут более равномерно распределить охлаждение по всему миру, выбрав места инъекции по обе стороны от экватора.ВСТРЕЧАЕТ НЕСКОЛЬКО ЗАДАЧЗатем исследователи объединили всю свою работу в единую симуляцию модели с конкретными целями: ограничить среднее глобальное потепление уровнями 2020 года до конца века и минимизировать разницу в похолодании между экватором и полюсами, а также между северными странами. и южное полушарие.
Они предложили модели четыре варианта места инъекции — под углом 15 градусов и 30 градусов северной и южной широты — а затем реализовали алгоритм, который определяет для каждого года лучшие места инъекции и количество диоксида серы, необходимое в этих местах. . Способность модели переформулировать объем геоинженерии, необходимой каждый год, на основе условий этого года, также позволила моделированию реагировать на естественные колебания климата.Модель успешно удерживала температуру поверхности около уровня 2020 года на фоне увеличения выбросов парниковых газов, что соответствовало бы обычному сценарию ведения дел. Способность алгоритма выбирать места закачки охлаждала Землю более равномерно, чем в предыдущих исследованиях, потому что он мог закачать больше диоксида серы в регионы, которые нагреваются слишком быстро, и меньше — в районы, которые были переохлаждены.
Однако к концу века количество диоксида серы, которое необходимо будет вводить каждый год, чтобы компенсировать глобальное потепление, вызванное деятельностью человека, будет огромным: почти в пять раз больше, чем было выброшено в воздух горой Пинатубо 15 июня 1991 года. .ОТКАЗ ОТ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОГО ВОПРОСА«Результаты показывают, что можно перевернуть исследовательский вопрос, лежащий в основе геоинженерных исследований, и не просто изучить, что делает геоинженерия, но и рассматривать это как проблему проектирования», — сказал Дуг МакМартин, ученый из Корнелла и Калифорнийского технологического института. «Когда мы увидим это в таком свете, мы сможем начать разрабатывать стратегию достижения целей общества».В текущей серии исследований корректировка плана геоинженерии только один раз в год позволила исследователям поддерживать среднюю глобальную температуру на уровне 2020 года в конкретный год, но региональные температуры, а также сезонные изменения температуры иногда были ниже или ниже. чем хотелось.
Таким образом, следующие шаги могут включать изучение возможности выполнения более частых регулировок при другом выборе мест впрыска.Ученые уже работают над новым исследованием, которое поможет им понять возможное влияние геоинженерии на региональные явления, такие как азиатские муссоны.«Мы все еще далеки от понимания всех взаимодействий в климатической системе, которые могут быть вызваны геоинженерией, а это означает, что мы еще не понимаем весь спектр возможных побочных эффектов», — сказала научный сотрудник NCAR Симона Тилмес, ведущий автор. «Но изменение климата также несет в себе риски.
Продолжение исследований в области геоинженерии имеет решающее значение для оценки преимуществ и побочных эффектов, а также для информирования лиц, принимающих решения, и общества».Исследование финансировалось Агентством перспективных оборонных исследовательских проектов и Национальным научным фондом, спонсором NCAR.