Das erste Experiment zur Sonnenverdunklung testet einen Weg, um die Erde zu kühlen 5/5 (1)

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Die Forscher planen, sonnenlichtreflektierende Partikel in die Stratosphäre zu sprühen, ein Ansatz, mit dem die Temperatur des Planeten schnell gesenkt werden kann.

Zhen Dai hält ein kleines Glasröhrchen hoch, das mit einem weißen Pulver beschichtet ist: Calciumcarbonat, eine allgegenwärtige Verbindung, die von Papier und Zement bis zu Zahnpasta und Kuchenmischungen verwendet wird. Legen Sie eine Tablette in Wasser, und das Ergebnis ist ein sprudelndes Antazida, das den Magen beruhigt. Die Frage für Dai, Doktorandin an der Harvard University in Cambridge, Massachusetts, und ihre Kollegen lautet, ob diese harmlose Substanz auch der Menschheit helfen kann, den letzten Verdauungsfall zu lindern: die globale Erwärmung durch Treibhausgasverschmutzung.

Die Idee ist einfach: Sprühen Sie einen Haufen Partikel in die Stratosphäre. Sie werden den Planeten kühlen, indem Sie einige der Sonnenstrahlen in den Weltraum reflektieren. Wissenschaftler haben das Prinzip bereits in Aktion erlebt. Als der Pinatubo-Berg 1991 auf den Philippinen ausbrach, injizierte er schätzungsweise 20 Millionen Tonnen Schwefeldioxid in die Stratosphäre – die atmosphärische Schicht, die sich etwa 10 bis 50 Kilometer über der Erdoberfläche erstreckt. Die Eruption erzeugte einen Schleier aus Sulfatpartikeln, der den Planeten um etwa 0,5 ° C abkühlte. Etwa 18 Monate lang kehrte die Durchschnittstemperatur der Erde auf den Stand vor der Ankunft der Dampfmaschine zurück.

Die Idee, dass Menschen den Thermostat der Erde mit ähnlichen, künstlichen Mitteln ablehnen könnten, ist mehrere Jahrzehnte alt. Es fügt sich in eine breitere Klasse von Planetenkühlungssystemen ein, die als Geoengineering bekannt sind und seit langem intensive Debatten auslösen und in manchen Fällen auch Angst haben.

Forscher haben ihre Arbeit an solchen Taktiken weitgehend auf Computermodelle beschränkt. Zu den Bedenken gehört, dass das Verdunkeln der Sonne nach hinten losgehen könnte oder zumindest einige Regionen der Erde stark benachteiligen könnte, indem sie beispielsweise Sonnenlicht ernten und die Regenmuster verändern.

Da die Emissionen jedoch weiter steigen und die Klimaprojektionen weiterhin katastrophal sind, gewinnen Gespräche über Geoengineering-Forschung zunehmend an Bedeutung bei Wissenschaftlern, politischen Entscheidungsträgern und einigen Umweltschützern. Viele Forscher sind zu der alarmierenden Schlussfolgerung gelangt, dass die einzige Möglichkeit, die schwerwiegenden Auswirkungen der globalen Erwärmung zu verhindern, darin besteht, entweder riesige Mengen Kohlendioxid aus der Atmosphäre zu saugen oder den Planeten künstlich zu kühlen. Oder vielleicht eher beides.

Wenn alles wie geplant verläuft, wird das Harvard-Team als erstes der Welt Solar-Geo-Engineering aus dem Labor in die Stratosphäre transportieren, mit einem Projekt namens „Stratospheric Controlled Perturbation Experiment (SCoPEx)“. Die erste Phase – ein 3-Millionen-Dollar-Test, bei dem zwei Flüge eines steuerbaren Ballons 20 Kilometer über dem Südwesten der Vereinigten Staaten durchgeführt wurden – könnte bereits in der ersten Hälfte des Jahres 2019 beginnen. Wenn das Experiment erst einmal durchgeführt worden wäre, würde das Experiment kleine Mengen Kalziumkarbonat freisetzen. jedes von etwa 100 g entspricht in etwa der Menge, die in einer durchschnittlichen Flasche handelsübliches Antacida enthalten ist. Der Ballon würde sich dann drehen, um zu beobachten, wie sich die Partikel verteilen.

Der Test selbst ist äußerst bescheiden. Dai, dessen Doktorarbeit in den letzten vier Jahren darin bestand, ein Tischgerät zu bauen, um chemische Reaktionen in der Stratosphäre im Vorfeld des Experiments zu simulieren und zu messen, betont nicht die Bedenken hinsichtlich solcher Untersuchungen. „Ich studiere eine chemische Substanz“, sagt sie. „Es ist nicht wie eine Atombombe.“

Trotzdem wird das Experiment das erste sein, das unter dem Banner der solaren Geo-Entwicklung steht. Und so wird auch von einigen Umweltgruppen intensiv geprüft, dass solche Bemühungen eine gefährliche Ablenkung darstellen, wenn sie die einzige dauerhafte Lösung des Klimawandels ansprechen: die Verringerung der Treibhausgasemissionen. Das wissenschaftliche Ergebnis von SCoPEx spielt keine Rolle, sagt Jim Thomas, Mitgeschäftsführer der ETC Group, einer Umweltorganisation in Val-David in der Nähe von Montreal, Kanada, die sich gegen Geoengineering einsetzt: „Dies ist ebenso ein Experiment soziale Normen zu ändern und eine Grenze zu überschreiten, da es ein wissenschaftliches Experiment ist. “

Angesichts dieser Aufmerksamkeit bewegt sich das Team langsam und arbeitet daran, eine klare Aufsicht für das Experiment zu schaffen, und zwar in Form eines externen beratenden Ausschusses, um das Projekt zu überprüfen. Einige sagen, ein solcher Rahmen, der den Weg für zukünftige Experimente ebnen könnte, sei sogar noch wichtiger als die Ergebnisse dieses Tests. „SCoPEx ist der erste außerhalb des Tores und löst ein wichtiges Gespräch darüber aus, wie unabhängige Beratung, Rat und Aufsicht aussehen sollten“, sagt Peter Frumhoff, Klimawissenschaftler bei der Union of Concerned Scientists in Cambridge, Massachusetts, und a Mitglied eines unabhängigen Gremiums, das mit der Auswahl des Leiters des beratenden Ausschusses beauftragt wurde. „Es ist viel wichtiger, es richtig zu machen, als es schnell zu erledigen.“

Bündelung der Kräfte

In vielerlei Hinsicht ist die Stratosphäre ein idealer Ort, um die Atmosphäre reflektierender zu machen. Dort eingespritzte kleine Partikel können sich rund um den Globus ausbreiten und mindestens zwei Jahre in der Luft bleiben. Wenn sie strategisch und regelmäßig in beiden Hemisphären platziert werden, könnten sie eine relativ einheitliche Decke bilden, die den gesamten Planeten abschirmen würde (siehe ‚Globale Intervention‘). Der Prozess muss nicht teuer sein; In einem Bericht vom vergangenen Monat hat das Zwischenstaatliche Gremium für Klimawandel vorgeschlagen, dass eine Flotte hochfliegender Flugzeuge genug Schwefel ablagern kann, um die Erwärmung um etwa 1,5 ° C für etwa 1 bis 10 Milliarden Dollar pro Jahr auszugleichen 1 .

Paul Jackman / Natur

Der größte Teil der Solar Geoengineering-Forschung konzentrierte sich bisher auf Schwefeldioxid, die gleiche Substanz, die vom Mount Pinatubo freigesetzt wurde. Aber Schwefel ist vielleicht nicht der beste Kandidat. Zusätzlich zur Kühlung des Planeten beschleunigten die bei diesem Ausbruch erzeugten Aerosole die Geschwindigkeit, mit der Fluorchlorkohlenwasserstoffe die Ozonschicht abbauen, was den Planeten vor der schädlichen ultravioletten Strahlung der Sonne abschirmt. Sulfat-Aerosole werden auch von der Sonne erwärmt, um die Feuchtigkeitsbewegung zu beeinflussen und sogar den Strahl zu verändern. „Es gibt all diese Downstream-Effekte, die wir nicht vollständig verstehen“, sagt Frank Keutsch, Atmosphärenchemiker bei Harvard und der Hauptforscher von SCoPEx.

Die ersten Stratosphärenexperimente des SCoPEx-Teams werden sich auf Kalziumkarbonat konzentrieren, von dem erwartet wird, dass es weniger Wärme als Sulfate absorbiert und weniger auf Ozon wirkt. Aber Antworten auf Lehrbücher – und selbst das Tischgerät von Dai – können nicht das ganze Bild erfassen. „Wir wissen eigentlich nicht, was es tun würde, weil es in der Stratosphäre nicht existiert“, sagt Keutsch. „Das setzt eine rote Flagge.“

SCoPEx ist darauf ausgerichtet, Daten aus der realen Welt zu sammeln, um dies zu klären. Das Experiment begann als Partnerschaft zwischen dem atmosphärischen Chemiker James Anderson von Harvard und dem Experimentalphysiker David Keith, der 2011 an die Universität wechselte. Keith hat über 25 Jahre lang verschiedene Geoengineering-Optionen untersucht. An der University of Calgary in Kanada gründete er 2009 die Firma Carbon Engineering in Squamish, die daran arbeitet, Technologien zur Entfernung von Kohlendioxid aus der Atmosphäre zu kommerzialisieren. Nach seinem Einstieg bei Harvard verwendete Keith Forschungsgelder, die er von der Bill & Melinda Gates Foundation in Seattle, Washington, erhalten hatte, um mit der Planung des Experiments zu beginnen.

Keutsch, der sich später engagierte, ist kein Klimawissenschaftler und bestenfalls ein widerstrebender Geoingenieur. Aber er macht sich Sorgen, wohin die Menschheit geht und was das für die Zukunft seiner Kinder bedeutet. Als er Keith auf einer Konferenz über die SCoPEx-Idee sprechen sah, nachdem er 2015 in Harvard angefangen hatte, sagte er, seine erste Reaktion lautete, die Idee sei „total verrückt“. Dann entschied er, dass es Zeit war, sich zu engagieren. „Ich habe mich gefragt, ein atmosphärischer Chemiker, was kann ich tun?“ Er schloss sich mit Keith und Anderson an und übernahm seitdem die experimentelle Arbeit.

Ein Auge am Himmel

SCoPEx ist bereits weiter vorangekommen als die bisherigen solaren Geo-Engineering-Aktivitäten. Das britische Stratospheric Particle Injection für Climate Engineering-Experiment, bei dem Wasser 1 Kilometer in die Atmosphäre gesprüht werden sollte, wurde 2012 teilweise abgesagt, weil Wissenschaftler ein Gerät angemeldet hatten, das letztendlich jeden Menschen auf der Erde betreffen könnte. (Keith sagt, dass es keine Technologie für Technologien geben wird, die am SCoPEx-Projekt beteiligt sind.) Und US-Forscher haben mit dem Marine Cloud Brightening Project versucht, Salzwassertröpfchen in die untere Atmosphäre zu sprühen, um das Reflexionsvermögen der Meereswolken zu erhöhen Für fast ein Jahrzehnt Geld für das Projekt sammeln.

Klimakammer zum Testen von Geräten, die in der SCoPEx-Feldmission eingesetzt werden

Eine Umweltkammer zum Testen von Instrumenten, die in der SCoPEx-Feldmission eingesetzt werden. Bildnachweis: Kayana Szymczak für die Natur

Obwohl SCoPEx das erste solare Geoengineering-Experiment sein könnte, sagt Keith, dass andere Projekte, die sich nicht als solche gebrandmarkt haben, bereits nützliche Daten geliefert haben. Im Jahr 2011 pumpt das ausgetragene Aerosolwolkenexperiment aus dem östlichen Pazifik Rauch in die untere Atmosphäre, um die Umweltverschmutzung durch Schiffe nachzuahmen, was dazu führen kann, dass sich Wolken durch Auffangen von Wasserdampf aufhellen. Der Test wurde verwendet, um die Auswirkung auf Meereswolken zu untersuchen. Die Ergebnisse hatten jedoch einen direkten Einfluss auf die Geoengineering-Wissenschaft: Die helleren Wolken erzeugten einen Kühleffekt, der 50-mal größer als der Erwärmungseffekt der Kohlenstoffemissionen des Forscherschiffs 2 war .

Keith sagt, dass das Harvard-Team noch nicht auf öffentliche Proteste oder direkten Widerstand gestoßen ist – abgesehen von dem gelegentlichen Verschwörungstheoretiker. Die Herausforderung, der sich Forscher stellen, sei eher auf die Befürchtung der Wissenschaftsförderungsagenturen zurückzuführen, dass Investitionen in Geo-Engineering zu Protesten von Umweltschützern führen würden.

Um das Feld voranzubringen, setzte sich Keith 2016 das Ziel, 20 Millionen US-Dollar zu sammeln, um ein formales Forschungsprogramm zu unterstützen, das nicht nur die experimentelle Arbeit, sondern auch die Erforschung von Modellierung, Governance und Ethik abdeckt. Er hat bisher rund 12 Millionen Dollar gesammelt, hauptsächlich von der Gates Foundation und anderen Philanthropien. Der Topf stellt Dutzende von Menschen zur Verfügung, meistens auf Teilzeitbasis.

Keith und Keutsch wollen auch ein externes Beratungsgremium, das SCoPEx vor dem Abflug überprüft. Das noch zu wählende Komitee berichtet an den Dekan für Ingenieurwissenschaften und den Vize-Provost für Forschung in Harvard. „Wir sehen dies als Teil eines Prozesses, um die Forschung zu diesem Thema breiter zu unterstützen“, sagt Keith.

Keutsch freut sich auf die Führung einer externen Gruppe und hofft, Klarheit darüber zu schaffen, wie Tests wie seine durchgeführt werden. „Dies ist ein viel politisch schwierigeres Experiment, als ich erwartet hatte“, sagt er. „Ich war ein bisschen naiv.“

Auch SCoPEx steht vor technischen Herausforderungen. Es muss Partikel der richtigen Größe sprühen: Das Team berechnet, dass die Partikel mit einem Durchmesser von etwa 0,5 Mikrometer das Sonnenlicht gut zerstreuen und reflektieren sollten. Der Ballon muss auch in der Lage sein, seinen Lauf in der Luft umzukehren, damit er seine eigene Richtung durchlaufen kann. Angenommen, das Team ist in der Lage, die Calciumcarbonatfahne zu finden – und es gibt keine Garantie dafür -, dass SCoPEx Instrumente benötigt, mit denen die Partikel analysiert werden können, und es ist zu hoffen, dass sie Proben zur Erde zurückbringen.

„Es wird ein hartes Experiment sein, und es funktioniert möglicherweise nicht“, sagt David Fahey, ein atmosphärischer Wissenschaftler der National Oceanic and Atmospheric Administration in Boulder, Colorado. In der Hoffnung, dass dies geschehen wird, hat das Team von Fahey SCoPEx ein leichtes Instrument zur Verfügung gestellt, mit dem Größe und Anzahl der freigesetzten Partikel zuverlässig gemessen werden können. Der Ballon wird auch mit einem Lasergerät ausgestattet, das die Wolke aus der Ferne überwachen kann. Andere Geräte, die Informationen über den Feuchtigkeits- und Ozongehalt in der Stratosphäre sammeln könnten, könnten ebenfalls mit dem Ballon fliegen.

Bis in die Stratosphäre

Keutsch und Keith arbeiten noch an den technischen Details. Pläne mit einer Ballonfirma fielen durch, also arbeiten sie jetzt mit einer zweiten. Ein unabhängiges Team von Ingenieuren in Kalifornien arbeitet an Optionen für das Sprühgerät. Um die Sache zu vereinfachen, plant die SCoPEx-Gruppe, den Ballon im Frühling oder Herbst zu fliegen, wenn stratosphärische Winde die Richtung wechseln, und sich für kurze Zeit zu beruhigen, wodurch das Auffinden der Wolke erleichtert wird.

Aus all diesen Gründen bezeichnet Keutsch den Erstflug als technischen Test, der vor allem zeigen soll, dass alles wie vorgesehen funktioniert. Das Team ist bereit, Kalziumkarbonatpartikel zu sprühen, könnte stattdessen Salzwasser verwenden, um das Sprühgerät zu testen, wenn der beratende Ausschuss Einwände erhebt.

Keith ist immer noch der Meinung, dass Sulfat-Aerosole letztendlich die beste Wahl für das Geo-Engineering von Solarenergie sein könnten, schon allein deshalb, weil mehr über ihre Auswirkungen geforscht wurde. Er sagt, dass die Möglichkeit, dass Sulfate den Ozonabbau verstärken, in der Zukunft weniger Besorgnis erregend sein wird, da die Bemühungen zur Wiederherstellung der Ozonschicht durch Schadstoffreduzierung fortgesetzt werden. Trotzdem besteht seine größte Hoffnung darin, ein experimentelles Programm einzurichten, in dem Wissenschaftler verschiedene Aspekte des Geo-Engineerings von Solar erforschen können.

Es gibt viele offene Fragen. Einige Forscher haben vorgeschlagen, dass das Geo-Engineering mit Sonnenenergie Niederschlagsmuster verändern und in einigen Regionen sogar zu mehr Dürren führen kann. Andere warnen davor, dass einer der möglichen Vorteile des solaren Geo-Engineerings – die Aufrechterhaltung der Ernteerträge durch Schutz vor Hitzebelastung – möglicherweise nicht zum Tragen kommt. In einer im August veröffentlichten Studie fanden Forscher heraus, dass die Erträge von Mais (Mais), Soja, Reis und Weizen 3 nach zwei Vulkanausbrüchen (Mount Pinatubo im Jahr 1991 und El Chichón in Mexiko im Jahr 1982) den Himmel verdunkelten. Solche Reduzierungen könnten ausreichen, um potenzielle Gewinne in der Zukunft aufzuheben.

Keith sagt, die Wissenschaft legt bisher nahe, dass der Nutzen die potenziellen negativen Folgen überwiegen könnte, insbesondere im Vergleich zu einer Welt, in der die Erwärmung nicht aufgehalten wird. Der häufig genannte Nachteil besteht darin, dass die Abschirmung der Sonne die Emissionen nicht beeinflusst, so dass die Treibhausgasniveaus weiter ansteigen und der Ozean noch saurer wird. Er schlägt jedoch vor, dass Geoengineering durch Solarenergie die Menge an Kohlenstoff reduzieren könnte, die andernfalls in die Atmosphäre gelangen würde, beispielsweise durch die Minimierung des Permafrostverlusts, die Förderung des Waldwachstums und die Notwendigkeit, Gebäude zu kühlen. In einer noch nicht veröffentlichten Analyse der Niederschlags- und Temperaturextreme mit einem hochauflösenden Klimamodell stellten Keith und andere fest, dass nahezu alle Regionen der Welt von einem moderaten Geoengineering-Programm für Solarenergie profitieren würden. „Trotz aller Bedenken Wir können keine Bereiche finden, die definitiv schlechter wären “, sagt er. „Wenn das solare Geo-Engineering so gut ist, wie es bei diesen Modellen gezeigt wird, wäre es verrückt, es nicht ernst zu nehmen.“

Es besteht nach wie vor große Unsicherheit über den Stand der Wissenschaft und die Annahmen in den Modellen – einschließlich der Idee, dass die Menschheit zusammenkommen könnte, um ein gut konzipiertes Geo-Engineering-Programm aufzubauen, aufrechtzuerhalten und schließlich zu demontieren, während das zugrunde liegende Problem der Emissionen angegangen wird. Prominente Organisationen, darunter die UK Royal Society und die US-amerikanischen National Academies of Sciences, Engineering und Medizin, fordern jedoch mehr Forschung. Im Oktober starteten die Akademien ein Projekt, das versuchen soll, einen Entwurf für ein solches Programm zu liefern.

Einige Organisationen versuchen bereits, Diskussionen zwischen politischen Entscheidungsträgern und Regierungsvertretern auf internationaler Ebene zu fördern. Die Solar Radiation Management Governance-Initiative veranstaltet beispielsweise Workshops im gesamten Süden der USA. Und Janos Pasztor, der sich mit Klimafragen unter dem ehemaligen UN-Generalsekretär Ban Ki-moon befasste, sprach in seiner Rolle als Leiter der Carnegie Climate Geoengineering Governance Initiative, einer gemeinnützigen Organisation, mit hochrangigen Regierungsvertretern auf der ganzen Welt in New York. „Die Regierungen müssen sich an dieser Diskussion beteiligen und diese Probleme verstehen“, sagt Pasztor. „Sie müssen die Risiken verstehen – nicht nur die Risiken, die dabei auftreten, sondern auch die Risiken des Nichtverstehens und Nichtwissens.“

Eine Sorge ist, dass die Regierungen eines Tages in Panik geraten könnten, was die Folgen der globalen Erwärmung angeht, und mit einem planlosen Solar-Geo-Engineer-Programm vorstürmen, eine eindeutige Möglichkeit, da die Kosten so niedrig sind, dass sich viele Länder und vielleicht sogar einige Einzelpersonen dies wahrscheinlich leisten könnten es alleine gehen Diese und andere Fragen stellten sich Anfang des Monats in Quito, Ecuador, beim jährlichen Gipfel des Montrealer Protokolls, das Chemikalien regelt, die die Ozonschicht der Stratosphäre schädigen. Mehrere Länder forderten eine wissenschaftliche Bewertung der möglichen Auswirkungen, die das solare Geo-Engineering auf die Ozonschicht und auf die Stratosphäre haben könnte.

Wenn sich die Welt ernsthaft mit Geoengineering befasst, sagt Fahey, dass es viele anspruchsvolle Experimente gibt, die Forscher mit Satelliten und hochfliegenden Flugzeugen durchführen könnten. Für den Moment, sagt er, wird SCoPEx wertvoll sein – schon weil es die Konversation vorantreibt. „Nicht über Geoengineering zu sprechen, ist der größte Fehler, den wir jetzt machen können.“

Quelle : www.nature.com

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