När man pratar om klimatförändringar dyker vissa bilder upp – kanske isbjörnar på ständigt krympande isflak, korallrev som tappat färg eller kraftigare orkaner som slår mot kusten.
Men också säkerheten för USA och andra nationer står på spel. Tänk om folk blir desperata efter mat? Vad händer om mikrober som har vilat länge kommer till liv på grund av tinande permafrost? Vad händer om vatten och el blir ont om?
Det här är den sortens frågor som forskare vid Department of Energy's Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) ställer när de deltar i en serie nationella forum. Forskare har tagit upp dessa frågor och fler vid senaste sammankomster av American Geophysical Union (AGU), American Meteorological Society och den amerikanska militären.
Den här veckan, när världen firar jordens dag, samlas mer än ett dussin PNNL-forskare och andra på Battelles konferens om innovationer i klimatmotstånd (ICR 2024) i Washington, D.C., för att diskutera klimatförändringar och dess inverkan. Dekarbonisering, energilagring, rena bränslen och nationella säkerhetskonsekvenser är bland de ämnen som diskuteras av PNNL-forskare.
"Nationell säkerhet har många aspekter som påverkas direkt av klimatet", säger Jill Brandenberger, en oceanograf som sitter i ICR:s organisationskommitté och som leder laboratoriets forskning om klimatsäkerhet. "Det handlar om energi och vatten, vilket kan vara mer uppenbart, men också livsmedelssäkerhet, infrastruktur och hälsa. Dessa är alla avgörande för nationell säkerhet och övergripande mänsklig säkerhet."
Att förstå förändringarna börjar med grundläggande insikter om klimatet. PNNL är hem för Ruby Leung, chefsforskare vid Department of Energys Energy Exascale Earth System Model (E3SM), ett sofistikerat företag för att modellera klimat och mänskliga interaktioner. Modellen, hisnande i omfattningen av data den omfattar, är utgångspunkten för många vetenskapliga studier som utforskar jordens framtid.
Samtidigt är PNNL en av landets ledande resurser när det gäller nationella säkerhetsfrågor, som tar itu med en rad traditionella hot (som massförstörelsevapen) och framväxande hot för att skydda sina medborgare.
På AGU i december förra året sammanförde Brandenberger och kollega Brian O'Neill dessa två trådar och organiserade en speciell session om klimat och nationell säkerhet. O'Neill, en jordforskare vid Joint Global Change Research Institute (JGCRI), föreslog att sociala och ekonomiska förhållanden, inte bara klimatrisker, är viktiga för att förstå säkerhetsriskerna med klimatförändringar.
"Ofta är den första tendensen att göra klimatmodeller, projicera extrema händelser och sedan notera samhällets sårbarhet för klimatets effekter på mat, vatten och andra frågor", säger O'Neill, medlem i National Academies Climate Security Roundtable . "Men vanligtvis formas dessa problem mycket mer av andra underliggande förhållanden, såsom sociala och ekonomiska faktorer - de kan förvärras av klimatet, men den grundläggande sårbarheten förutom klimatet är avgörande att ta hänsyn till."
När bredare faktorer bortom klimatet beaktas, sa O'Neill att det inte alls är klart att framtiden kommer att vara värre än nuet, även med ett uppvärmande klimat.
I en kommentar i Nature Climate Change , noterade han att faktorer som fattigdomsnivåer, inkomst och utbildning har förbättrats i många delar av världen och förväntas fortsätta att göra det. Även om det säkerligen kommer att finnas skadliga effekter av klimatförändringar som inte kan undvikas, kommer förbättrade sociala förhållanden sannolikt att uppväga de uppvärmande klimatförhållandena i vissa delar av världen.
"Klimat har ett direkt inflytande på komplex social dynamik och den geopolitiska situationen världen över", tillade Todd Hay, som leder ett femårigt projekt finansierat av försvarsdepartementet för att studera klimathot. "Kan vi smälta samman resultaten av klimatmodeller med mänskliga domänsystem på sätt som planerare kan använda för att fatta beslut som kommer att få breda konsekvenser om 10 eller 20 år?"
Stephanie Waldhoff från JGCRI tittar på livsmedelssäkerhet – en fråga som går långt utöver oron för vilka livsmedel som kan odlas i varmare miljöer eller i områden som kommer att se mer torka eller kraftigare regn.
Waldhoff tittade på faktorer som kan bidra till en nations livsmedelsförsörjning - till exempel torka, inkomst, globala allianser och beroende av andra nationer för livsmedelsförsörjning. Hon studerade särskilt de inkomstnivåer som kommer att behövas för att människor ska kunna möta sina kostbehov.
Hennes modeller visar att mer mat sannolikt kommer att finnas tillgänglig för människor i Afrika under de kommande decennierna, till stor del tack vare ökade inkomster och förbättrade jordbruksavkastningar. Men andra delar av världen, som områden i Indien, där inkomsterna förväntas växa långsammare, är mer benägna att uppleva matbrist.
"Du måste äta, men när priserna stiger kommer människor att spendera mer på mat, äta mindre och ändra vad de äter, övergå till billigare men mindre näringsrika livsmedel och öka mängden de spenderar på mat. Detta kommer att leda till mat. osäkerhet", sa Waldhoff.
"Låginkomstgrupper kommer att behöva göra avvägningar för att få mat, och det kan förvärra negativa resultat på andra aspekter av välbefinnande, som energisäkerhet eller bostäder. En ökning av matpriserna påverkar människor mycket annorlunda om de tjänar 10 000 dollar per år jämfört med $100 000 per år."
Ben Kravitz från Indiana University undersöker ett sätt att minska den globala uppvärmningen genom att minska mängden solljus som träffar jorden. Ett tillvägagångssätt för denna solenergigeoteknik skulle vara att använda flygplan för att deponera små partiklar som kallas aerosoler högt upp i atmosfären och reflekterar en del solljus bort från jorden.
Kravitz diskuterade potentiella globala problem och hur regeringar kan arbeta tillsammans för att navigera i frågorna. Vem skulle till exempel fatta beslut om en insats som skulle påverka hela planeten? Och vad händer om det finns meningsskiljaktigheter – till exempel vissa platser där lite mer uppvärmning faktiskt kan hjälpa den lokala ekonomin jämfört med stora delar av planeten som skulle skadas?
"Geoengineering är ett flyktigt ämne", säger Kravitz. "Det skulle finnas vinnare och förlorare. Vissa människor tycker att konceptet är skrämmande - men det är klimatförändringarna också. Folk börjar inse att det finns en avvägning. Det är magiskt tänkande att tro att vi kommer att hålla oss under en ökning på 1,5° utan att vidta kraftfulla åtgärder."
Temperaturökningen är redan verklig i Arktis, där permafrosten tinar snabbt. Förra året hjälpte Brandenberger till att organisera en workshop för patogener och permafrost där experter diskuterade de potentiella riskerna med fenomenet. Överst på listan finns potentiella patogener som kan frigöras när temperaturen blir varm.
"Vi har inte sett några av dessa patogener på hundratals eller till och med tusentals år. Vi är inte säkra på vad vi har att göra med. Vi måste kartlägga de vägar patogener kan följa för att infektera växter eller djur", säger Brandenberger. "Vi måste absolut förstå det här problemet bättre. Vi kan inte lägga det här på hyllan och säga att vi inte behöver tänka på det."
Ett ytterligare problem är vattenkvaliteten eftersom långfrusen is och snö förvandlas till vatten. Att kunna identifiera mikrober som kanske aldrig har setts kommer att vara avgörande för att hålla vattenförsörjningen säker för trupper, forskare och andra. Att upptäcka och identifiera okända patogener, och avgöra om de är vän eller fiende, är en långvarig styrka hos PNNL.
Brandenbergers kollega Becky Hess studerar mikroberna som kan finnas i tinad permafrost. Andra team har hittat utdrag av gener från flera bakterier i tinad permafrost. Hess studerar permafrost från 150 fot under ytan för att se om länge vilande bakterier fortfarande kan vara vid liv när permafrosten tinar.
"Klimatförändringar presenterar nya utmaningar på många fronter - det finns ingen plats på jorden som inte påverkas, inklusive jorden under våra fötter," sa Brandenberger. "Earth Day erbjuder en möjlighet att överväga hur vi ska förbereda oss för vårt föränderliga klimat, inklusive de utmaningar som ställs mot nationell säkerhet. De modeller vi bygger är utformade för att förutse förändringar och de effekter de kan ha på miljön och samhället, vilket i sin tur har en inverkan på den nationella säkerheten."
Journalinformation: Naturklimatförändringar
Tillhandahålls av Pacific Northwest National Laboratory
