Att få klimatförändringarna under kontroll är en formidabel, mångfacetterad utmaning. Analys av mina kollegor och mig tyder på att för att hålla sig inom säkra uppvärmningsnivåer krävs nu att koldioxid tas bort från atmosfären, samt att minska utsläppen av växthusgaser.

Tekniken för att göra detta är i sin linda och kommer att ta år, även decennier, att utveckla, men vår analys tyder på att detta måste prioriteras. Om den trycks, operativa storskaliga system ska vara tillgängliga 2050.

Vi skapade en enkel klimatmodell och tittade på konsekvenserna av olika kolhalter i havet och atmosfären. Detta låter oss göra prognoser om uppvärmning av växthus, och se vad vi behöver göra för att begränsa den globala uppvärmningen till inom 1,5 ℃ från förindustriella temperaturer-en av ambitionerna i klimatavtalet från Paris 2015.

För att sätta problemet i perspektiv, här är några av nyckelnumren.

Människor har släppt ut 1, 540 miljarder ton koldioxidgas sedan den industriella revolutionen. För att uttrycka det på ett annat sätt, det motsvarar att bränna tillräckligt med kol för att bilda ett fyrkantigt torn 22 meter brett som når från jorden till månen.

Hälften av dessa utsläpp har stannat kvar i atmosfären, orsakar en ökning av CO₂ -nivåer som är minst 10 gånger snabbare än någon känd naturlig ökning under jordens långa historia. Det mesta av den andra halvan har lösts upp i havet, orsakar försurning med sina egna skadliga effekter.

Även om naturen tar bort CO₂, till exempel genom tillväxt och begravning av växter och alger, vi avger det minst 100 gånger snabbare än det elimineras. Vi kan inte lita på naturliga mekanismer för att hantera detta problem:människor kommer också att behöva hjälpa till.

Vad är målet?

Klimatavtalet i Paris syftar till att begränsa den globala uppvärmningen till långt under 2 ℃, och helst inte högre än 1,5 ℃. (Andra säger att 1 ℃ är vad vi verkligen bör sikta på, även om världen redan når och bryter mot denna milstolpe.)

I vår forskning, vi ansåg 1 ℃ en bättre säker uppvärmningsgräns eftersom någon mer skulle ta oss till Eemian -periodens territorium, 125, 000 år sedan. Av naturliga skäl, under denna era värmde jorden med lite mer än 1 ℃. Kollar tillbaka, vi kan se de katastrofala konsekvenserna av att de globala temperaturerna håller sig så höga under en längre period.

Havsnivån under Eemian -perioden var upp till 10 meter högre än nuvarande nivåer. I dag, zonen inom 10m från havsnivån är hem för 10% av världens befolkning, och till och med en 2 m havsnivåhöjning i dag skulle förtränga nästan 200 miljoner människor.

Klart, att driva mot ett Eemian-liknande klimat är inte säkert. Faktiskt, 2016 var 1,2 ℃ varmare än det förindustriella genomsnittet, och extra uppvärmning låst in tack vare värmelagring i haven, vi kanske redan har passerat 1 ℃ genomsnittlig tröskel. För att fortsätta värma under 1,5 ℃ målet i Parisavtalet, Det är viktigt att vi tar bort CO₂ från atmosfären och begränsar mängden vi lägger i.

Så hur mycket CO₂ behöver vi ta bort för att förhindra global katastrof?

Är du pessimist eller optimist?

För närvarande, mänsklighetens nettoutsläpp uppgår till ungefär 37 gigaton CO₂ per år, som representerar 10 gigatons kolförbränning (en gigatonne är en miljard ton). Vi måste minska detta drastiskt. Men även med kraftiga utsläppsminskningar, tillräckligt med kol kommer att finnas kvar i atmosfären för att orsaka osäker uppvärmning.

Med hjälp av dessa fakta, vi identifierade två grova scenarier för framtiden.

Det första scenariot är pessimistiskt. Den har CO₂ -utsläpp kvar stabila efter 2020. För att hålla uppvärmningen inom säkra gränser, vi måste sedan ta bort nästan 700 gigatonn kol från atmosfären och havet, som fritt byter CO₂. Att börja, skogsplantering och förbättrad markanvändning kan låsa upp till 100 gigaton i träd och jord. Detta gör att ytterligare 600 gigatoner kan extraheras via tekniska medel år 2100.

Teknologisk utvinning kostar för närvarande minst US $ 150 per ton. Till detta pris, under resten av seklet, kostnaden skulle lägga upp till 90 biljoner dollar. Detta är ungefär lika stort som nuvarande globala militära utgifter, som - om det håller sig på cirka 1,6 biljoner dollar per år - kommer att lägga upp till ungefär 132 biljoner dollar under samma period.

Det andra scenariot är optimistiskt. Det förutsätter att vi minskar utsläppen med 6% varje år från och med 2020. Vi behöver då fortfarande ta bort cirka 150 gigaton kol.

Som förut, återskogning och förbättrad markanvändning kan stå för 100 gigaton, lämnar 50 gigatoner för att utvinnas tekniskt år 2100. Kostnaden för det skulle vara 7,5 biljoner dollar år 2100 - endast 6% av de globala militära utgifterna.

Självklart, dessa siffror är en grov vägledning. Men de illustrerar det vägskäl där vi befinner oss.

Jobbet som ska göras

Just nu är det dags att välja:utan handling, vi kommer att vara inlåsta i det pessimistiska scenariot inom ett decennium. Ingenting kan motivera att belasta kommande generationer med denna enorma kostnad.

För framgång i båda scenarierna, vi behöver göra mer än att utveckla ny teknik. Vi behöver också ny internationell juridik, politik, och etiska ramar för att hantera dess utbredda användning, inklusive de oundvikliga miljöpåverkan.

Att släppa ut stora mängder järn eller mineraldamm i haven kan avlägsna koldioxid genom att ändra miljökemi och ekologi. Men det kräver en översyn av internationella rättsstrukturer som för närvarande förbjuder sådan verksamhet.

Liknande, vissa mineraler kan hjälpa till att avlägsna koldioxid genom att öka vittring av stenar och berika jord. Men storskalig gruvdrift för sådana mineraler kommer att påverka landskap och samhällen, vilket också kräver lag- och lagändringar.

Och slutligen, direkt CO₂-avskiljning från luften är beroende av installationer i industriell skala, med sina egna miljömässiga och sociala konsekvenser.

Utan ny lag, politik, och etiska ramar, inga betydande framsteg kommer att bli möjliga, oavsett hur stor den tekniska utvecklingen är. Progressiva nationer kan gå framåt mot att leverera det kombinerade paketet.

Kostnaderna för detta är höga. Men länder som går i spetsen för att få teknik, jobb, energioberoende, bättre hälsa, och internationella gravitas.

Denna artikel publicerades ursprungligen på The Conversation. Läs originalartikeln.