От сброса железа в океан до запуска зеркал в космос, предложения по охлаждению планеты посредством «геоинженерии» обычно противоречивы, а иногда и фантастичны. Новая идея не менее далека, но она может избежать некоторых обычных ловушек стратегий заполнения атмосферы крошечными отражающими частицами.
В исследовании моделирования, опубликованном в этом месяце в Geophysical Research Letters, ученые сообщают, что выброс 5 миллионов тонн алмазной пыли в стратосферу каждый год может охладить планету на 1,6ºC — достаточно, чтобы предотвратить самые худшие последствия глобального потепления. Однако эта схема не будет дешевой: эксперты оценивают, что она обойдется почти в 200 триллионов долларов за оставшуюся часть этого столетия — намного больше, чем традиционные предложения по использованию частиц серы.
Подобные исследования, в которых взвешиваются плюсы и минусы различных геоинженерных материалов, «действительно ценны», говорит Шучи Талати, исполнительный директор Альянса за справедливое обсуждение солнечной геоинженерии. «Вам необходимо понимать раннюю физику потенциальных частиц, чтобы затем вести разговоры о более широких последствиях».
Новое исследование касается формы геоинженерии, известной как стратосферная аэрозольная инъекция. Идея черпает вдохновение из естественного процесса: вулканизма. На протяжении всей истории извержения выбрасывали миллионы тонн диоксида серы в стратосферу. Там газ реагирует с водяным паром и другими газами, образуя сульфатные аэрозоли — взвешенные частицы, которые отражают солнечный свет обратно в космос. Эффект может быть существенным: например, извержение вулкана Пинатубо в 1991 году охладило планету на целых 0,5º C на несколько лет.
Но искусственные инъекции серы также представляют многочисленные климатические риски. Аэрозоли сульфата включают крошечные капли серной кислоты, один из основных компонентов кислотных дождей. Аэрозоли также могут истощать озоновый слой и подпитывать вспышки стратосферного потепления, которые могут нарушить погодные и климатические модели ниже в атмосфере.
Сандро Ваттиони, климатолог и научный сотрудник Швейцарской высшей технической школы Цюриха, и его коллеги хотели выяснить, несут ли альтернативные частицы меньший багаж.
Они построили 3D-модель климата, которая включает химию аэрозолей, то, как они переносятся по атмосфере, и как они поглощают или отражают тепло. Модель также учитывала два менее изученных микрофизических свойства аэрозолей: седиментацию (то, как они оседают из атмосферы с течением времени) и коагуляцию (то, как они слипаются). Идеальные частицы для солнечной геоинженерии будут медленно оседать из атмосферы, обеспечивая более длительное охлаждение. Они также должны избегать слипания, поскольку сгустки имеют тенденцию удерживать тепло, тогда как отдельные, более сферические частицы отбрасывают его обратно в космос.
Исследователи смоделировали воздействие семи соединений, включая диоксид серы, а также частицы алмаза, алюминия и кальцита, основного ингредиента известняка. Они оценили воздействие каждой частицы в течение 45 лет в модели, где каждое испытание длилось более недели в режиме реального времени на суперкомпьютере. Результаты показали, что алмазные частицы лучше всего отражают излучение, оставаясь при этом наверху и избегая слипания. Алмаз также считается химически инертным, то есть он не будет реагировать с образованием кислотных дождей, как сера. По словам Ваттиони, для достижения охлаждения на 1,6ºC в стратосферу необходимо будет ежегодно впрыскивать 5 миллионов тонн алмазных частиц. Такое большое количество потребует огромного наращивания производства синтетических алмазов, прежде чем высотные самолеты смогут разбрасывать измельченные драгоценные камни по стратосфере.
Сера оказалась второй худшей из оцененных частиц из-за ее тенденции поглощать свет на некоторых длинах волн и удерживать тепло. Такое стратосферное потепление не только компенсирует часть желаемого охлаждения, но и может нарушить климатические модели на поверхности Земли, такие как Эль-Ниньо. Предыдущие исследования недооценили этот важный побочный эффект серы, говорит Ваттиони.
Однако алмазная пыль тоже не идеальна, говорит Дуглас МакМартин, инженер Корнелльского университета, изучающий климатологию. Во-первых, стоимость будет колоссальной. По оценкам одного исследования, при цене около 500 000 долларов за тонну синтетическая алмазная пыль будет в 2400 раз дороже серы и обойдется в 175 триллионов долларов, если ее внедрить с 2035 по 2100 год.
Сера настолько широко доступна и дешева, говорит МакМартин, что материальные затраты «практически бесплатны». Поскольку это газ, диоксид серы можно также закачивать в больших количествах и быстро рассеивать в стратосфере с помощью нескольких самолетов, тогда как твердые частицы, такие как алмаз, нужно будет постепенно доставлять в течение многих полетов, чтобы предотвратить их слипание. Кроме того, сульфаты — единственные аэрозоли, которые ученые могут изучать в больших условиях на открытом воздухе без особых помех, говорит МакМартин, потому что извержения вулканов проверяют этот процесс для нас.
«Я действительно думаю, что интересно исследовать эти другие материалы», — говорит МакМартин. «Но если вы спросите меня сегодня, что будет использоваться, то это будет сульфат».
Некоторые ученые по-прежнему выступают против проведения геоинженерных исследований вообще, поскольку они обеспокоены непредвиденными последствиями крупномасштабного внедрения и считают, что это отвлекает исследователей и финансирование от сокращения выбросов углерода и воздействия на климат. Кто-то «может подумать, что они дают здесь рекомендацию относительно одного типа частиц по сравнению с другими», говорит Дэниел Чиццо, атмосферный ученый из Университета Пердью, выступающий против геоинженерных исследований. Но, по его словам, со всеми выдающимися неопределенностями этот вывод «весьма обманчив».
Однако Ваттиони утверждает, что не проводить никаких исследований в области солнечной геоинженерии — значит «игнорировать масштаб проблемы, с которой мы имеем дело».
Талати рассматривает исследования как необходимый шаг. «Солнечная геоинженерия не исчезнет просто потому, что мы не говорим о ней», — говорит Талати. «Взаимодействие с ней — это возможность ее сформировать».
