Vissa problem har enkla lösningar. Om vi känner oss svettiga går vi mot skuggan. Om vår soppa är för varm, blåser vi på den. Om ett rum är för täppt öppnar vi ett fönster. Men vad finns det för alternativ när planeten blir för varm?
Det är problemet – och ett enormt sådant – som jorden och dess invånare nu står inför. Under de senaste decennierna har planeten börjat utveckla feber. Det orsakas av koldioxid och andra växthusgaser som förorenar atmosfären. Den säkraste behandlingen borde vara att sluta förorena, förutom att människor inte visar några tecken på att dra ner avsevärt på förbränning av fossila bränslen som släpper ut denna förorening. Så vissa forskare har börjat seriöst överväga en reservplan.
Det handlar om att hacka jorden.
Dessa forskare föreslår mixtrande med planetens klimat på flera stora sätt. Att anta något av deras föreslagna projekt skulle vara ett steg så stort att många av samma experter hoppas att folk aldrig kommer att göra det. Men om det lyckas, kan detta geoteknik göra det mildra – om inte omvänd – den globala uppvärmningen. Risken: Om det misslyckas kan geoteknik göra saker värre.
Geoteknikprojekt är exempel på att tänka stort. De föreslår att förändra naturliga processer i arbete i några av jordens mest extrema men avgörande miljöer, från det djupaste havet till den övre atmosfären. Vissa projekt föreslår förändring av atmosfären genom att ta bort föroreningar. Andra handlar om att reflektera mer solljus i rymden.
De här projekt i planetskala tar alla upp samma stora utmaning: att motverka effekterna av att bränna stora mängder kol, olja och andra fossila bränslen. Sedan omkring 1750 har mänsklighetens tunga och växande användning av dessa bränslen spytt ut enorma mängder koldioxid, metan och sot i luften. Dessa har dramatiskt förändrat jordens klimat. Forskare vill nu veta om människor säkert kan ändra tillbaka det.
Vårt globala “växthus”
Global uppvärmning är verklig. Det beror delvis på en ansamling i atmosfären av koldioxid, eller CO2. Du kan inte se, smaka eller lukta denna gas. Alla djur andas ut det när de andas. Växter tar upp CO2, använder sitt kol för att producera nya vävnader. Denna gas är nödvändig för det mesta livet på jorden. Ett problem uppstår först när det finns mycket mer i luften och vattnet än vad växter kan använda eller lagra. Och ett globalt beroende av förbränning av fossila bränslen ligger bakom ett sådant överskott.
Precis som glaset i ett växthus, släpper koldioxid i luften igenom ljus. Men när det väl träffar något, som marken, byggnader, växter eller vatten, omvandlas mycket av det ljuset till värme. Och medan CO2 låter ljus reflekteras tillbaka till rymden från jordens yta, det absorberar värme. Detta bidrar till en uppvärmning av jordens atmosfär.
Vår atmosfär har för närvarande rekordhöga nivåer av koldioxid — mer än någon annan gång under de senaste 3 miljoner åren. Och detta överskott har fångat mer och mer värme nära jordens yta. Resultatet: Landet och haven har sakta men stadigt värmts upp. Havsnivåerna över stora delar av planeten har också stigit, i vissa fall översvämmat kustland eller begravt öar. Och glaciärer har smält och förlorat sina förråd av sötvatten – fukt som nedströms samhällen är beroende av för att dricka och vattna grödor.
Enkelt uttryckt: Jorden är i obalans.
Om inget förändras kommer de globala temperaturerna att fortsätta att stiga. Detta kan göra livet svårare för de flesta levande varelser, om de inte snabbt kan anpassa sig till en varm ny värld. De flesta forskare misstänker att de inte kan anpassa sig tillräckligt snabbt. Den oron har lett till att man överväger nya sätt att kyla planeten.
Det enklaste sättet skulle vara att människor förbränner mindre fossilt bränsle. De största användarna av kol, olja och naturgas visar dock inga tecken på att dra ner. Dessa bränslen driver nu de flesta bilar, tänder de flesta hem och driver de största fabrikerna. Under de senaste 250 åren har luftburna koldioxidhalter stigit med 40 procent. Den ökningen är så stor, hävdar vissa forskare, att människor redan har geokonstruerat jordens klimat. Men på ett skadligt sätt.
Folk vill inte ge upp de bekvämligheter som fossila bränslen nu driver. Många människor tror inte ens att deras handlingar är ansvariga för den globala uppvärmningen. Och regeringar har varit långsamma med att anta lagar för att begränsa utsläpp av växthusgaser.
Av alla dessa anledningar börjar forskare nu utforska extrema geotekniska åtgärder. Men de närmar sig också dessa backupplaner med stor försiktighet och viss motvilja.
“Saken är att alla hatar det – och det gör jag också”, säger Victor Smetacek på geoengineering. “Vi vill helst inte göra det”, säger den här forskaren vid Alfred Wegener-institutet i Bremerhaven, Tyskland. “Men om du tittar på vad som händer idag med koldioxid som byggs upp i atmosfären, måste vi göra något.”
Göm kolet
Geoteknikprojekt fokuserar på två tillvägagångssätt: ta bort koldioxid från atmosfären, eller blockera lite solljus från att nå jordens yta. Att mäta hur väl båda tillvägagångssätten lyckas skulle vara svårt. Kritiker varnar också för att ett geoteknikmisstag kan skapa nya problem. Så insatserna är höga. Ingen forskare vill starta ett fullskaligt projekt utan att veta mer om potentiella kostnader och biverkningar.
I ett sökande efter svar har ingenjörer påbörjat små experiment.
Vissa experter testar hur väl enheter kan fånga upp koldioxiden som normalt släpps ut av elkraftverk. Andra bygger falska träd; ett ämne som täcker enheternas falska löv drar ut koldioxid ur luften. Forskare undersöker också idén att begrava de förkolnade resterna av brända växter, kallad biokol. Att gräva ner biokol lagrar sitt kol under jorden istället för att låta det komma ut i luften som koldioxid. Biokol berikar också jorden, vilket ger ett näringsämne för att underlätta växternas tillväxt.
Koldioxid kan till och med omvandlas till en vätska som företag kan injicera och lagra djupt under jordens yta. I juni 2013 uppskattade en rapport från US Geological Survey att USA kunde lagra nästan ett sekels koldioxidutsläpp på detta sätt.
Inget av dessa alternativ skulle vara lätt, åtminstone om det görs i en skala för att göra stor skillnad. Inte heller är deras framgång garanterad, säger Smetacek. Men, tillägger han: “Vi har inte många alternativ.”
En metod som han har undersökt skulle gräva ner kol under havet. Men inte direkt. Hans mål är att överlåta det jobbet till mikrober i havet. För att uppmuntra deras hjälp har han och andra forskare matat några av mikroberna med järn som gödningsmedel.
Smetacek började testa idén först i februari 2004. Oceanografen gick ombord på en isbrytare på väg mot södra oceanen , nära Antarktis. Där löste han och hans besättning järn i havsvatten. De släppte lösningen över ett område på ungefär 65 kvadratkilometer (25 kvadrat miles) i storlek. Det är ungefär jämförbart med New Yorks stadsdel Manhattan.
Experterna skräpade inte ner. De ville ha små organismer som kallas växtplankton (FY toh plank ton) för att dra koldioxid från luften.
Idén går så här: Järn förekommer naturligt i havet. Växtplankton absorberar det för att öka deras tillväxt. Om tillräckligt med järn är tillgängligt, kommer dessa flytande organismer att börja äta vanvett.
Begravning till havs
Smetaceks team hoppades att tillsats av extra järn skulle öka tillväxten av växtplanktonkolonier. Längs vägen skulle dessa organismer ta upp koldioxid i vattnet. Senare, när växtplanktonet blev gammalt och dog, skulle deras vävnader sjunka och begravas på havsbotten. Och de skulle ta med sig sitt kol till graven.
Havet absorberar naturligt koldioxid från luften. Om havsnivån av gasen sjunker kommer vattnet att dra in mer från luften. Och detta förklarar varför tillsats av järn för att öka växtplankton kan minska nivåerna av denna gas i luften.
Oceanografen John Martin föreslog först järngödsling i slutet av 1980-talet. Sedan dess har laboratorieexperiment antytt att populationer av havsorganismer skjuter i höjden när de tillförs bonusjärn.
Tester i öppna havs pekade på samma slutsats. Smetacek designade havsstudier för att bedöma hur länge dessa befruktade organismer skulle hålla på det extra kolet. Han valde en stor virvel för sin testplats. En virvel är en stor, cylindrisk vattenpelare. Den roterar i en cirkel och sträcker sig från ytan till havsbotten. Järn som tillsätts i en virvel stannar i virveln.
“En virvel är som ett gigantiskt provrör mitt i havet”, förklarar Smetacek. “Om du gödslar ett plåster så tappas det inte bort.”
Det tillsatta järnet ökade kraftigt antalet växtplankton i virveln. Forskarna övervakade denna ökning i fem veckor. 2012 publicerade Smetaceks team sina resultat i den vetenskapliga tidskriften Nature. De fann att när växtplankton dog sjönk de minst 1 000 meter (3 280 fot) – och förmodligen hela vägen till havsbotten. Smetacek och hans besättning kommer snart att rapportera om uppföljande tester. Dessa utfördes efter att ha tillsatt järn till en annan del av havet.
Det skulle kosta mindre att bara testa dessa koncept i ett labb någonstans. Det öppna havet är dock ett mer komplext system. Så, hävdar Smetacek, “Järnbefruktningsexperiment utförda i det öppna havet är det bästa sättet att ta reda på hur havet fungerar.”
Kylning med molnJorden reflekterar naturligt en del av solens värmande energi tillbaka ut i rymden. Moln spelar en stor roll. Forskare talar om ett molns albedo, ett mått på hur mycket ljus ett moln reflekterar. Till exempel reflekterar ett tjockt moln, lågt på himlen, mycket solljus. Det betyder att den har ett högt albedo. Höga och tunna moln släpper igenom det mesta solljus och har en låg albedo.
Eftersom moln spelar en viktig roll i många klimatprocesser är geoteknik med dem komplicerad.
Forskare använder ofta datorer för att förutsäga hur klimatet kommer att variera om vissa förhållanden skulle förändras. Dessa datorprogram kallas modeller. Och olika modeller kan erbjuda olika förutsägelser om hur molntäcket kommer att reagera på klimatförändringar, även utan geoteknik.
”Moln är en stor osäkerhet i växthusuppvärmningen. Vissa modeller tyder på att de kommer att öka och reflektera mer solljus — och minska CO2 effekt”, säger Rob Wood. Han är en atmosfärsforskare vid University of Washington i Seattle. Andra modeller, noterar han, säger molnet s kommer att minska i kvantitet med några procent, tillräckligt för att släppa in mer solljus och förstärka växthuseffekten.”
Forskare vet att moln reflekterar en del solljus tillbaka till rymden, vilket är anledningen till att de studerar möjligheten att “molnet ljusnar upp”. Deras idé: Injicera saltpartiklar från havet högt upp i himlen över haven. Där skulle partiklarna sporra till bildningen av nya moln eller öka albedo för befintliga moln.
I augusti 2012 föreslog Wood och hans medarbetare ett experiment för att utföra denna molnljusning. De beskrev till och med fartyget som kan användas för att göra den injicerade saltvattensprayen. Ett sådant fartyg skulle vara försett med höga cylindrar som liknade skorstenar. Cylindrarna skulle spruta strålar av vattendroppar högt över haven för att bygga ljusa moln.
Upp i luften
Molnuppljusande tester kan hjälpa forskare att bättre förstå moln, säger Wood . Ändå tror han inte att molnljus skulle rädda planeten. Det skulle helt enkelt inte göra tillräckligt stor skillnad. Han undersöker en relaterad idé – en som han säger verkar mer lovande. Det skulle injicera små svavelpartiklar ännu högre upp i jordens atmosfär.
Det gör naturen redan, ibland. Närhelst en kraftfull vulkan får utbrott skickar den en stråle av svavelpartiklar till atmosfärens övre delar. Kallas aerosoler, dessa partiklar reflekterar solljus och kyler planeten.
Wikimedia Commons/public domain
År 1883, till exempel, bröt en grupp vulkaner ut på och runt Krakatoa Island i södra Stilla havet. För nästa år föll den globala temperaturen med mer än 1 grad Celsius (1,8 grader Fahrenheit). På senare tid bröt en vulkan ut i Filippinerna. Kallas Pinatubo och skickade ett moln av skräp till atmosfären 1991, vilket minskade den globala temperaturen med 0,5 °C. Geoingenjörer har börjat fundera på att skicka svavelaerosoler högt upp i luften för att efterlikna dessa vulkaner.
Jay Apt, fysiker vid Carnegie Mellon, har studerat vad detta kan kosta. Teknik finns för att injicera aerosoler, rapporterade han och hans medarbetare förra året i den vetenskapliga tidskriften Environmental Research. De bedömde prislappen för att använda befintliga flygplan, som skulle deponera partiklar på deras flyghöjder. Sedan övervägde de att använda framtida, dyrare flygplan för att flyga ännu högre. De övervägde till och med kraftfulla raketer som kunde leverera partiklarna till de högsta delarna av jordens atmosfär. Slutligen uppskattade de kostnaden för att bygga höga rör, stödda på flytande plattformar i havet, för att regelbundet pumpa aerosoler högt upp i himlen.
När en kraftfull vulkan får utbrott kan den skicka några miljoner ton av svavel aerosoler till stratosfären. (Stratosfären är ett lager av atmosfären som når från 10 kilometer (6 miles) upp till 50 kilometer över jordens yta.) Att använda flygplan eller annan teknik för att göra samma sak kan kosta upp till 8 miljarder dollar per år, uppskattar forskarna. De solljusreflekterande aerosolarna skulle hindra den globala temperaturen från att stiga, åtminstone tillfälligt, drog Apts team slutsatsen.
Eftersom aerosolarna en dag skulle falla tillbaka till jorden skulle himlen behöva regelbundet tillförsel av mer .
Apt varnar för att ingen vill pumpa in aerosoler i stratosfären.
“Det är en hemsk idé”, säger Apt, och bör bara användas för att bromsa globalt uppvärmning tills en mer permanent lösning hittas. Dessutom skulle detta kostsamma botemedel inte göra något för att vända problemet med för mycket koldioxidföroreningar.
En osäker framtid
Hantera hur mycket solstrålning som strömmar genom jordens atmosfär kan erbjuda snabbt, kortsiktig lättnad från den globala uppvärmningen. Detta och alla andra geoteknikförslag kan dock slå tillbaka. Och kanske på något oväntat sätt. Till exempel vet forskarna inte konsekvenserna av att sätta in aerosoler i den övre atmosfären. Aerosoler är trots allt en typ av förorening. Forskare vet ännu inte om partiklarna skulle påverka vädret (som nederbörd) eller hur levande saker växer.
Det är fortfarande för tidigt att ta sig an några stora geoteknikprojekt, hävdar Smetacek. Det är bara för mycket osäkerhet. “Vi måste göra fler experiment, många fler, innan vi börjar arbeta i stor skala.”
Samtidigt är den globala uppvärmningen ett problem som inte försvinner. Faktum är att problemet riskerar att bli mycket värre med tiden, säger Wood, atmosfärsforskaren. Något måste förändras. Han hoppas att fler unga forskare intresserar sig för att bättre förstå jordens klimat. Han hoppas också att blivande experter kan studera sätt att undvika de katastrofala effekter som förutspås inträffa med klimatförändringar.
“Jag tror att många av oss skulle vilja tro att vi inte kommer att ha att göra vad som helst eftersom mänskligheten kommer till sina sinnen någon gång och inser att detta kommer att bli ett stort problem”, säger Wood. Men han tillägger, “Det är fantastiskt vad vi inte vet.”
KRAFTORD
aerosol En suspension av liten fast substans eller flytande partiklar i en gas.
atmosfärsvetenskap Lärandet av naturliga system och kretslopp i atmosfären.
biokol Träkol framställt genom att värma upp växtmaterial i en miljö utan eller låg syrehalt. Detta material tillsätts sedan för att förbättra jordens bördighet.
koldioxid En färglös, luktfri gas. Förbränning av fossila bränslen som kol, olja eller naturgas producerar stora mängder koldioxid, eller CO2. Gasen fångar värme i jordens atmosfär.
klimat
De allmänt rådande väderförhållandena i ett visst område eller de typiska väderförhållandena under en lång period.klimatförändring Långsiktig, betydande förändring i jordens klimat. Det kan hända naturligt eller som svar på mänskliga aktiviteter, inklusive förbränning av fossila bränslen.
geoengineering Storskaliga ingenjörsprojekt utformade för att förändra jordens klimat. (Prefixet geo- kommer från det grekiska ordet för jorden.)
stratosfären Det skikt av jordens atmosfär som sträcker sig från cirka 10 kilometer (6,6 miles) till cirka 50 kilometer (cirka 31 miles) över jordens yta.
Ordsökning
(klicka här för att förstora pussel för utskrift)
Leave a Reply