När nivåerna av växthusgaser i atmosfären fortsätter att öka och klimatförändringarnas effekter blir dyrare, fördubblar forskarvärlden ansträngningarna för att undersöka de potentiella riskerna och fördelarna med att artificiellt skugga jordens yta för att bromsa den globala uppvärmningen.
Marin molnljusning (MCB) är en av två primära metoder för modifiering av solstrålning som föreslås för att kompensera för de värsta effekterna av den globala uppvärmningen medan avkolningen går framåt. MCB-förslag involverar insprutning av saltspray i grunda marina moln för att ljusna upp dem, öka deras reflektion av solljus och minska mängden värme som absorberas av vattnet nedanför.
En grupp av 31 ledande atmosfäriska forskare erbjuder nu en konsensusfysisk forskningsplan för att bygga den kunskapsbas som behövs för att utvärdera lönsamheten hos MCB-metoder. Deras färdplan beskrivs i en ny artikel publicerad i tidskriften Science Advances .
"Intresset för MCB växer, men beslutsfattare har för närvarande inte den information de behöver för att fatta beslut om om och när MCB ska distribueras", säger huvudförfattaren Graham Feingold, forskare vid NOAA:s Chemical Sciences Laboratory.
"Frågan är om vi kan utforma ett MCB-forskningsprogram med hjälp av våra nuvarande modellerings- och observationsverktyg för att fastställa genomförbarheten av detta tillvägagångssätt på en global skala, och om inte, vad som behöver göras för att positionera oss för att göra det."
Att artificiellt skugga planeten skulle inte göra någonting för att minska drivkraften bakom klimatförändringar, utsläpp av växthusgaser orsakade av människor, säger medförfattaren Lynn Russell, klimatforskare vid Scripps Institution of Oceanography vid University of California San Diego.
"Den senaste tidens acceleration av effekterna från den globala uppvärmningen innebär att vi måste överväga icke-ideala reservplaner bara för att köpa oss tillräckligt med tid för att minska utsläppen av växthusgaser och befintliga bördor," sa Russell. "En forskningsplan är nödvändig innan vi kan överväga att anta MCB, och vi måste samtidigt ta itu med de fysikaliska frågorna och de mänskliga dimensionerna."
Aktuella MCB-förslag förlitar sig på saltvattenspray, som skulle efterlikna plymer av svavelrika utsläpp från fartygsstaplar eller vulkaner, för att öka aerosolkoncentrationen i den lägre marina atmosfären. Helst avdunstar droppar i saltvattensprayen för att producera fina partiklar som förs upp till molnskiktet av turbulenta och konvektiva luftrörelser.
Om MCB-tekniker konsekvent kunde påverka moln att reflektera mer solljus tillbaka till rymden än liknande moln med en lägre droppkoncentration, då har det potential att vara en effektiv solstrålningsmodifieringsteknik, åtminstone i lokal skala, säger forskare. Detta i sin tur skulle kunna ge en viss kylning i lokal skala.
Studien föreslår ett omfattande och riktat program för MCB-forskning som inkluderar laboratoriestudier, fältexperiment och molnmodellering. Som ett resultat av detta behövs nya laboratorieanläggningar för att åtgärda brister i förståelsen av aerosol- och molnmikrofysiska processer, eftersom få befintliga laboratorier kan hantera dessa processer.
Långa fältexperiment med en punktkälla på en havsbaserad plats där förhållandena är gynnsamma, tillsammans med nya observationer och ny modellering behövs för att testa saltpartikelsprutningsteknik. Detta skulle göra det möjligt för forskare att bestämma i vilken grad havsspray som släpps ut nära ytan skulle nå molnbasen under en mängd olika förhållanden.
Forskare kan dra nytta av befintliga analoger till molnexperiment, som naturliga vulkaniska utsläpp, förbränning av biomassa, avgasplymer från enskilda fartyg eller angivna sjöfartsleder, urbana punktkällor och urbana plymer.
Rent praktiskt måste forskare utveckla tillräckligt förtroende för att partiklar av lämplig storlek kan genereras och levereras till molnen, och när de väl är där, agera för att bilda molndroppar som effektivt sprider solljus. De skulle behöva visa att moln kunde lysa upp konsekvent och över ett tillräckligt stort område för att på ett meningsfullt sätt kyla ner havet - och att försök att manipulera moln inte skulle få molnen att tunnas eller droppar att regna ut, vilket kan möjliggöra ökad uppvärmning.
Forskare skulle vidare behöva visa att molnens ljusning skulle vara mätbar för att visa att den skulle fungera som avsett i globalt relevanta skalor, eller i känsliga regionala ekosystem, som korallrev.
Moln är inte alla skapade lika - vissa är mer mottagliga för aerosolinjektioner än andra. Ett moln som redan är ljust, med en hög droppkoncentration, är mycket svårare att lysa upp än ett fläckigt moln med låg droppkoncentration. Hur ett moln reagerar på försök till manipulation beror subtilt på vädret och aerosolförhållandena i bakgrunden.
Det komplicerar saken, den optimala partikelstorleken och mängden är sannolikt beroende av molnegenskaper som kan förändras när de driver genom luften. Detta förklarar den stora variationen i förekomsten av fartygsspår, sa Feingold.
"Vi skulle behöva få in partiklarna av rätt storlek i mottagliga moln vid rätt tidpunkt på dygnet och årstider, och över tillräckligt stora områden för att skugga stora områden av havet," sa Feingold. "Det är en stor utmaning."
"I den mån vi kan identifiera optimala ljusningsförhållanden, kan ett riktat tillvägagångssätt för MCB, snarare än rutinsprutning under alla förhållanden, ha en högre sannolikhet för framgång," sa Feingold. "Det kan också minska risken för regionala cirkulationsreaktioner som ändrar temperatur och nederbörd på ett sätt som gynnar vissa och gör andra sårbara."
Mer allmänt understryker Feingold på nytt att MCB inte skulle ersätta avkolning och inte skulle lindra havsförsurningen. "För att minska den globala temperaturen bör vår högsta prioritet vara att ta bort koldioxid från atmosfären. MCB kan hjälpa till att lindra de värsta effekterna av klimatförändringarna."
Mer information: Graham Feingold et al, Fysisk vetenskaplig forskning behövs för att utvärdera livskraften och riskerna med att marina moln ljusnar, Science Advances (2024). DOI:10.1126/sciadv.adi8594
Journalinformation: Vetenskapens framsteg
Tillhandahålls av Brookhaven National Laboratory
