När jag först skrev om geoengineering 2012 ansågs det i bästa fall långsökt och galet av de flesta. Men 12 år senare, medan det fortfarande finns kontroverser och stort motstånd mot att använda det, driver respektabla vetenskapsmän och institutioner på för mer forskning om geoteknik – det avsiktliga och storskaliga ingreppet i vårt klimatsystem för att dämpa den globala uppvärmningen.
Det mesta av den aktuella uppmärksamheten är inriktad på solar geoengineering, en strategi som innebär att reflektera solljus bort från jorden för att kyla jorden. Hur mycket vet vi om det och dess risker? Och var ska vi ta det härifrån?
Under många år avskräcktes all geoteknikforskning av många forskare och experter av rädsla att det skulle ge en ursäkt för att inte minska utsläppen. Vissa högerpolitiker som Newt Gingrich främjade det som ett sätt att minska den globala uppvärmningen utan att behöva minska utsläppen. Geoteknikforskning är också kontroversiell eftersom det fanns och fortfarande finns många osäkerheter om dess potentiella effekter på klimatsystemet och ekosystemen.
Icke desto mindre efterlyser James Hansen, chef för programmet för klimatvetenskap, medvetenhet och lösningar vid Columbia's Climate School, som först varnade kongressen för klimatförändringsrisker 1988, och en grupp på mer än 60 forskare efterlyser mer forskning om geoteknik för solenergi.
Dessutom stödjer US National Academy of Sciences, Environmental Defense Fund, Natural Resources Defense Council och Union of Concerned Scientists forskning om solenergi. En rapport från Vita huset från 2022 uttryckte också starkt stöd för forskningen.
Experter säger att stödet för forskning växer eftersom mänskligheten inte gör tillräckligt snabbt nog för att minska koldioxidutsläppen för att förhindra allvarliga och förvärrade klimatpåverkan. På grund av luftkvalitetsbestämmelser har en minskning av svaveldioxidaerosolutsläppen från kolverk och sjöfart som hjälpte till att skydda jorden från solstrålning resulterat i att världen värmdes upp snabbare än vad som tidigare beräknats, enligt en ny studie av Hansen och kollegor. De räknar med att uppvärmningen kommer att överstiga 1,5 °C i slutet av detta decennium och 2 °C till 2050, vilket kan resultera i katastrofala klimatpåverkan.
De potentiellt katastrofala klimatpåverkan och möjligheten att passera klimatvändpunkter, såsom upptining av den arktiska permafrosten eller neddöendet av regnskogen i Amazonas, skulle kunna göra det nödvändigt att använda vad som en gång var otänkbara strategier.
I ett öppet brev sa de 60 forskarna att på grund av dessa allvarliga risker, och möjligheten att något desperat land en dag tar till solenergi geoteknik, måste det studeras noggrant så snart som möjligt, med både fördelar och nackdelar tydligt bedömda.
Den mesta forskningen om geoteknikstrategier för solenergi är för närvarande fokuserad på stratosfärisk aerosolinjektion (SAI, även kallad solar radiation management eller SRM) och marina molnljusning; andra strategier inkluderar förtunning av cirrusmoln och användning av speglar eller solskydd.
Efter att berget Pinatubo på Filippinerna bröt ut 1991 och skickade 20 miljoner ton svaveldioxid in i stratosfären kyldes jorden med 0,5°C. När svaveldioxid kommer in i atmosfären reagerar den med vattenånga och bildar droppar - aerosoler som reflekterar solljus bort från jorden. SAI skulle återskapa Pinatubos effekt genom att skjuta in svaveldioxid i stratosfären för att tillfälligt blockera solljus.
Harvards Solar Geoengineering Research Program hävdar att SAI kan sänka havsytans temperaturer, vilket skulle minska riskerna för korallblekning, sakta ner arternas rörelse mot kallare områden och minska havsisförlusten och glaciärsmältningen. Resultaten skulle vara snabba och ge människor mer tid att minska koldioxidutsläppen och gå över till förnybar energi.
Men till skillnad från CO2 borttagning, en mångfacetterad geoteknikstrategi som har mer acceptans, solenergiteknik minskar inte CO2 i atmosfären. Det skulle inte göra något för att ta itu med havsförsurningen, som skadar marina ekosystem, eftersom havet absorberar 25 % av CO2 människor avger och förändrar dess kemi.
Dessutom kan en plötslig användning av SAI inte vara tillräckligt effektiv för att helt åtgärda förändringar som orsakats av ett värmande djuphav, såsom avmattningen av Atlantens meridionala vältning, enligt en nyligen genomförd studie. Andra problem som orsakas av ett värmande djuphav, inklusive förändrade vädermönster, höjning av havsnivån och försvagade strömmar, skulle också bestå.
Eftersom det inte finns någon internationell styrning för geoteknik för solenergi finns det ett starkt motstånd mot storskalig utbyggnad av SAI. Nästan all forskning inom geoteknik på solenergi har gjorts med datormodellering, så ingen vet exakt vad som skulle kunna hända om den användes i planetarisk skala.
De som är emot avancerad SAI-forskning är oroliga över dess potentiella och osäkra effekter på klimatet och ekosystemen som modellering har avslöjat. Studier visar att SAI kan försvaga det stratosfäriska ozonskiktet, förändra nederbördsmönster och påverka jordbruk, ekosystemtjänster, marint liv och luftkvalitet.
Dessutom skulle effekterna och riskerna variera beroende på hur och var den används, klimatet, ekosystemen och befolkningen. Förutom variationer i utbyggnaden kan små förändringar i andra variabler, såsom storleken på aerosoldroppar, deras kemiska reaktivitet och hastigheten på deras reaktioner med ozon, också ge olika resultat.
Till exempel studerade NOAA, Cornell och Indiana University ett antal utbyggnadsstrategier genom att använda en modell som varierade mängden svaveldioxid som injicerades i stratosfären och även var den injicerades. Resultaten visade minskade yttemperaturer men också en minskning av ozon över Antarktis och effekter på storskaliga cirkulationsmönster och regionalt väder.
Tolv andra modeller beräknade att om tillräckligt många SAI skulle sättas in för att kompensera uppvärmningen av fyrdubblad CO2 , kan delar av tropikerna ha 5 % till 7 % mindre nederbörd varje år jämfört med förindustriell tid, vilket kan skada grödor och regnskogar.
En modell indikerade att SAI som sattes in över Indiska oceanen för att öka nederbörden över det torkadrabbade Sahel i Nordafrika skulle sluta med att torkan pressades till länder i Östafrika. Och en studie från 2022 visade att SAI kunde flytta malaria från höglandsområden i Östafrika till låglandsområden i Sydasien och Afrika söder om Sahara när de blev svalare.
Enligt Gernot Wagner, medgrundare av Harvards Solar Geoengineering Research Program och för närvarande klimatekonom vid Columbia Climate School, är de viktigaste och mest avgörande modelleringsvariablerna hur högt upp i stratosfären och var specifikt SAI är utplacerat. Wagner sa att om bara en halvklot kyls så får du "galna resultat" som att stänga av den indiska monsunen.
"Vetenskapen har mer eller mindre smält samman kring tanken att du vill vara [utplacerad] någonstans mellan plus och minus 15 grader från ekvatorn. Och var du än är runt ekvatorn vill du göra samma norr som du gör söder, " han sa. "Det spelar ingen roll vilken longitud eftersom det kommer att spridas globalt.
"I stort sett är de hundratals klimatmodellerna överens om att [om SAI används på det här sättet] har du mer eller mindre en enhetlig global effekt. Det betyder att det mesta vi kan mäta - temperaturer, vattentillgång, extrem temperatur, extrem nederbörd – kommer närmare förindustriella nivåer med solenergiteknik än utan."
Wagner citerade en Harvard-tidning som modellerade en version av solenergiteknik med en långsam uppgång för att halvera uppvärmningen. "När den modelleras på detta idealiserade sätt, verkar solenergigeoteknik ha dessa uppriktigt sagt överraskande nettofördelar. Fördelarna dvärgde kostnaderna med så mycket," sa han. "Det är uppmuntrande på ett sätt som får mig att tro att det är värt det att fortsätta forska."
2011 uppskattade David Keith, Harvards Solar Geoengineering Research Program, som nu är vid University of Chicago, och atmosfärsforskaren Ken Caldeira att vända 10 % av uppvärmningen orsakad av en fördubbling av CO2 nivåer jämfört med den förindustriella eran skulle flera hundra tusen ton svaveldioxid behöva injiceras årligen under ett decennium. För att avsevärt bromsa uppvärmningen eller vända den skulle SAI kräva miljontals ton svaveldioxid varje år.
För närvarande kan bara ett fåtal forskningsplan flyga på den nödvändiga höjden eftersom atmosfären är så tunn, och dessutom kan de inte bära så många ton svaveldioxid. Detta innebär att en ny flotta av höghöjdsplan som utformats specifikt för ändamålet skulle behöva byggas; att skapa denna flotta kan ta ett decennium eller mer. När planen väl är byggda kan SAI kosta 18 miljarder dollar per kylningsgrad varje år.
Även om det låter som mycket pengar, sa Wagner att kostnaden är minimal jämfört med de potentiella sociala fördelarna. Men eftersom fördelarna överstiger kostnaderna med så mycket, vilket normalt skulle få oss att dra slutsatsen att vi borde gå handlöst in i SAI, är en kostnads-nyttoanalys inte det rätta kriteriet för att fatta beslut om SAI. Snarare, sa han, "Det handlar om att väga riskerna med oförändrade klimatförändringar - världen vi är på väg mot - mot riskerna med en värld som också överväger solenergi geoteknik.
"Men även om riskerna är stora, även om klimatosäkerheterna är så stora att de dvärgar allt annat, eftersom det verkar vara sant att solenergiteknik tar oss närmare förindustriella nivåer av globala medeltemperaturer, borde det också hjälpa oss mildra och förstå dessa risker och osäkerheter", sa Wagner.
När det väl startat skulle SAI behöva fortsätta i några decennier om vi lyckas minska våra utsläpp, eller kanske århundraden eller årtusenden om vi inte gör det. Men om SAI plötsligt stoppades, skulle planeten kunna uppleva avslutningschock – när temperaturen återvänder till de nivåer de skulle ha nått utan SAI. Eftersom SAI inte skulle minska utsläppen av växthusgaser utan bara maskera deras uppvärmningseffekt, skulle utsläppen fortsätta att byggas upp i atmosfären.
Just nu värms planeten upp gradvis. Plötslig uppvärmning skulle vara katastrofal eftersom ekosystem och människor skulle ha mindre tid att anpassa sig. Och ju snabbare klimatet förändras, desto större är risken för oförutsedda effekter. Naturkatastrofer, terroristattacker eller politisk aggression kan alla potentiellt utlösa en uppsägningschock.
SAI-experiment i små fält som gör det möjligt för forskare att bättre förstå aerosolbeteende, kemiska reaktioner, övervakningskapacitet och hur ozon påverkas, ökar.
2021 planerade Harvard ett litet fältförsök som skulle ha varit det första experimentet som gjordes i stratosfären. Stratospheric Controlled Perturbation Experiment (SCoPEx) skulle ha lanserat en självgående ballong i himlen, släppt ut ett halvt kilo sulfat – som finns naturligt i naturen – och sedan övervakat hur partiklarna spreds och hur mycket solljus som reflekterades från dem.
Testlanseringen i Sverige ställdes in på grund av invändningar från den lokala samiska urbefolkningen och miljögrupper som befarade att SAI "medför risker för katastrofala konsekvenser."
Brittiska forskare lanserade flera ballonger 2021 och 2022. 2022 års uppskjutning av en väderballong på hög höjd släppte ut några hundra gram svaveldioxid i stratosfären, med målet att testa ballongsystemet.
Under tiden säger Make Sunsets, ett startup-företag, att det har lanserat 52 ballonger och "neutraliserat 16 141 ton-år av uppvärmning." Det säljer "kylningskrediter" för $10, som var och en, hävdar den, kommer att kompensera uppvärmningseffekten av ett ton CO2 i ett år. År 2023 genomförde Make Sunsets två otillåtna uppskjutningar som släppte ut svaveldioxid i Mexiko, vilket resulterade i att den mexikanska regeringen förbjöd solenergi geoteknik.
Marine cloud brightening (MCB) skulle sprida havssaltaerosoler i atmosfären för att skapa stratocumulusmoln som reflekterar solljuset. Havssaltaerosoler är mycket reflekterande, drar till sig vattenmolekyler och håller molnen på himlen längre än normalt. Medan saltaerosoler förekommer naturligt när vindar piskar upp dem från havet, skulle MCB generera dem från en flytande pråm och skicka dem ut i atmosfären. Till sin natur skulle MCB vara lokaliserad. Vissa forskare hävdar att användning av MCB över bara 5 % av världens hav kan kompensera effekterna av den globala uppvärmningen.
The Great Barrier Reef Foundation har forskat på MCB eftersom revet upplever sin femte massblekning på åtta år. Revet löper störst risk för blekning när vädret är varmt och det är få moln. Forskare använde en havssaltspruta på en pråm som sög upp havsvatten, finfördelade det och sköt mikroskopiska havssaltkristaller upp i himlen. Modelleringsforskningen fann att sprutorna skulle behöva fungera i veckor till månader och kyla ned vattnet gradvis.
Nyligen föreslog en grupp atmosfäriska forskare ett MCB-forskningsprogram inklusive modellering, labbstudier och fältexperiment. Forskare från University of Washington, som också driver ett MCB-projekt, uppskattar att det kommer att ta ett decennium innan de vet tillräckligt för att prova MCB i tillräckligt stor skala för att kyla planeten.
Storskalig MCB som kan kompensera allvarliga klimatpåverkan kan dock också förändra klimat- och vädermönster. En forskare från UC Santa Barbara fann att medan MCB snabbt kunde sänka temperaturerna, skulle det också undertrycka ENSO, El Niño-södra oscillationen som påverkar globala vädermönster. MCB kan få La Niña-fasen av ENSO att bestå, vilket skulle göra södra USA varmare och torrare och öka aktiviteten i den atlantiska orkanen. Forskningen antydde att MCB också kunde öka uppvärmningen i Indonesien och norra Australien.
På grund av osäkerhet om MCB:s effekter undertecknade 101 länder som parter i Londonkonventionen och protokollet – internationella fördrag som reglerar dumpning av avfall till havs – ett uttalande som säger att andra marina geoteknikaktiviteter än vetenskaplig forskning borde skjutas upp.
Höghöjda cirrusmoln är sammansatta av iskristaller och reflekterar därmed solljus, men resulterar också i uppvärmning eftersom de fångar in värmen som strålar ut från jordens yta. Cirrusmolnförtunning innebär att partiklar av silverjodid sprutas in i molnen på höjder av 4 500 till 9 000 meter. Detta tjänar till att förstora iskristallerna i cirrusmolnen så att de faller ut ur atmosfären.
De färre och tunnare cirrusmolnen som finns kvar skulle fånga in mindre strålning från jorden. Riskerna för att cirrusmoln förtunnas är ännu inte helt klarlagda, och vissa forskare är oroliga för att det kan påverka regional och säsongsbetonad nederbörd.
Vissa forskare undersöker möjligheten att skicka ett gigantiskt solskydd till en punkt mellan jorden och solen för att blockera solstrålningen. En MIT-grupp undersöker att skapa en nyans av "rymdbubblor", medan forskare från University of Hawaii överväger att knyta en enorm solsköld till en asteroid.
Israeliska forskare designar en liten prototyp av en grupp solskydd som inte helt skulle blockera solen utan sprida den. Andra har föreslagit liknande strategier tidigare. Men den franska forskaren Susanne Baur som studerar modifiering av solstrålning säger att solskyddsstrategin skulle bli för dyr, för lätt skadad av rymdstenar och ta för lång tid att implementera.
Det finns inget internationellt, nationellt eller statligt ramverk som för närvarande styr geoteknik. Som ett resultat av detta är ett oroande framtidsscenario att klimatpåverkan i ett särskilt sårbart land kommer att bli så allvarlig att det tar till att sätta in SAI på egen hand innan världen är redo för det. Detta kan orsaka politisk instabilitet eller provocera vedergällning från andra länder som drabbas av dess effekter.
Ett annat möjligt scenario är att en individ eller en startup bestämmer sig för att experimentera med geoengineering på egen hand. Idag i USA behöver alla som vill skjuta aerosoler upp i himlen helt enkelt fylla i ett formulär på en sida för handelsdepartementet och NOAA tio dagar i förväg.
Det är avgörande för världssamfundet att etablera en internationell styrningsstruktur för solenergiteknik. Men eftersom detta är ett så skrämmande och komplext företag, protesterar många länder, organisationer och forskare mot att ens låta forskningen gå framåt.
2010 infördes ett globalt de facto-moratorium för storskalig geoteknik, inklusive geoteknik för solenergi. Nyligen röstades en motion om att sammankalla en forskargrupp för att studera potentiella tillämpningar, risker och etiska överväganden av solenergiteknik ned av delegater vid FN:s miljöförsamling. Panelen skulle ha bestått av experter från UNEP och internationella vetenskapliga organisationer.
Eftersom motionen kan ha undergrävt det befintliga moratoriet, blockerade länderna i Afrika, Stillahavsområdet och Latinamerika, som är mer sårbara för klimatpåverkan, det. År 2022 undertecknade 500 forskare från hela världen en uppmaning till ett internationellt icke-användningsavtal om geoteknik för solenergi, som föreskrev ingen offentlig finansiering, inga utomhusexperiment, inga patent, ingen distribution och inget stöd i internationella organisationer.
Wagner anser att ett moratorium för utbyggnad av solenergi geoteknik är nödvändigt, men att forskningen bör fortsätta. "I grund och botten säger du ingen utbyggnad över en viss storlek, och du ger tillåtelse för forskning att fortsätta fram till den punkten," sa han. För att säkerställa att dessa riktlinjer följs, skulle det behövas formella, lagliga och tillsynsöverenskommelser på hög nivå för att vägleda forskning inom geoteknik för solenergi.
Wagner skulle också vilja se en geoteknikorganisation för solenergi med ett massivt finansierat forskningsprogram som försöker svara på de viktiga frågorna på ett rationellt sätt, och som gör forskningen transparent för att informera om politiska val som i slutändan bör göras av demokratiskt valda ledare.
"Att titta på effekterna av klimatstrålning på ett semi-rationellt sätt borde leda dig till slutsatsen att en del av solenergigeoteknik bör vara en del av klimatpolitikens portfölj, eftersom det hjälper till att ta fördelen av oförändrade klimatförändringar," sa Wagner. Portföljen bör "inkludera att minska CO2 utsläpp i första hand, såväl som anpassning." Men, tillade han, "SAI-teknik kommer inte att vara den enda räddaren här. Det är helt klart."
Tillhandahålls av planetens tillstånd
Denna berättelse är återpublicerad med tillstånd av Earth Institute, Columbia University http://blogs.ei.columbia.edu.
