"The New York Times": Nasza planeta coraz gorętsza. Naukowcy rozja?śniają chmury, aby ją ochłodzić

"The New York Times": Nasza planeta coraz gorętsza. Naukowcy rozjaśniają chmury, aby ją ochłodzić

Naukowcy potrzebują kolejnej dekady testów, zanim będą w stanie wykorzystać rozjaśnianie chmur morskich do chłodzenia Ziemi. Ale obecne badania są obiecujące.

Było trochę przed godziną 9 rano, wtorek. Inżynier Matthew Gallelli przykucnął na pokładzie, wycofanego z eksploatacji lotniskowca w Zatoce San Francisco, założył na uszy nauszniki i uruchomił przełącznik.

Kilka sekund później urządzenie przypominające armatkę do naśnieżania zaczęło dudnić, a następnie wydało potężny, ogłuszający syk. Delikatna mgiełka drobnych cząsteczek aerozolu wystrzeliła z gardzieli armatki i pofrunęła setki metrów w powietrze.

Rozjaśnianie chmur za pomocą aerozolu

Był to pierwszy w Stanach Zjednoczonych test na wolnym powietrzu, technologii zaprojektowanej do rozjaśniania chmur i odbijania części promieni słonecznych z powrotem w przestrzeń kosmiczną.

To jeden ze sposobów na tymczasowe schłodzenie planety, która niebezpiecznie się dziś przegrzewa.

Naukowcy chcieli sprawdzić, czy maszyna, której stworzenie zajęło lata, może skutecznie rozpylać odpowiedniej wielkości aerozole soli na otwartym powietrzu, poza laboratorium.

Jeśli się sprawdzi, to kolejnym etapem będzie wycelowanie armatki w niebo i próba zmiany składu chmur nad oceanami.

W związku z tym, że ludzie nadal spalają paliwa kopalne i pompują coraz większe ilości dwutlenku węgla do atmosfery, oddala się cel utrzymania globalnego ocieplenia na stosunkowo bezpiecznym poziomie, 1,5 st. C. w porównaniu z czasami przedindustrialnymi.

To sprawiło, że pomysł celowej ingerencji w system klimatyczny jest coraz bliższy urzeczywistnienia.

Geoinżynieria albo interwencja klimatyczna

Uniwersytety, fundacje, prywatni inwestorzy i rząd federalny zaczęli finansować różnego typu działania, od zasysania dwutlenku węgla z atmosfery po dodawanie żelaza do oceanu, w celu magazynowania dwutlenku węgla na dnie morskim. 

- Każdego roku padają nowe rekordy zmian klimatycznych, doświadczamy bardzo wysokich temperatur i fal upałów. To zmusza wszystkich do szukania alternatyw - mówi Robert Wood, lider zespołu naukowego z University of Washington, który prowadzi projekt rozjaśniania chmur nad oceanami. - Nawet takich, które kiedyś mogły wydawać się stosunkowo ekstremalne.

Rozjaśnianie chmur jest jednym z kilku pomysłów na to, jak wypchnąć energię słoneczną z powrotem w przestrzeń kosmiczną.

Czasami nazywa się to modyfikacją promieniowania słonecznego, geoinżynierią słoneczną lub interwencją klimatyczną.

W porównaniu z innymi opcjami, takimi jak wstrzykiwanie aerozoli do stratosfery, rozjaśnianie chmur morskich miałoby lokalny wymiar i wykorzystywałoby stosunkowo łagodne aerozole soli morskiej zamiast jakichś chemikaliów.

Greenpeace sceptyczny

Mimo wszystko pomysł ingerowania w naturę jest tak kontrowersyjny, że organizatorzy testu utrzymywali szczegóły w ścisłej tajemnicy, obawiając się, że krytycy mogliby próbować ich powstrzymać. Choć administracja prezydenta Joego Bidena finansuje badania nad różnymi interwencjami klimatycznymi, w tym rozjaśnianiem chmur morskich, to Biały Dom zdystansował się od badania przeprowadzonego w Kalifornii, wysyłając oświadczenie do redakcji "The New York Times", w którym czytamy: "Rząd USA nie jest zaangażowany w eksperyment Solar Radiation Modification (SRM) odbywający się w miejscowości Alameda, w Kalifornii, ani nigdzie indziej".

David Santillo, starszy naukowiec w Greenpeace International, pozostaje głęboko sceptyczny wobec propozycji modyfikacji promieniowania słonecznego.

Twierdzi, że jeśli rozjaśnianie chmur morskich byłoby stosowane w skali, która mogłaby ochłodzić planetę, konsekwencje byłyby trudne do przewidzenia, a nawet do zmierzenia. - Możemy zmienić wzorce klimatyczne, nie tylko nad morzem, ale także nad lądem - mówi. I dodaje: - To przerażająca wizja przyszłości, której powinniśmy starać się unikać za wszelką cenę.

Karen Orenstein, dyrektorka Programu Sprawiedliwości Klimatycznej i Energetycznej w organizacji typu non-profit "Friends of the Earth U.S.", zajmującej się ochroną środowiska, nazwała modyfikację promieniowania słonecznego "niezwykle niebezpiecznym odwróceniem uwagi".

Wskazuje, że najlepszym sposobem na przeciwdziałanie zmianom klimatycznym będzie szybkie odejście od spalania paliw kopalnych.

W tej ostatniej kwestii nawet sami badacze chmur się zgadzają.

- Mam nadzieję i myślę, że wszyscy moi koledzy mają nadzieję, że nigdy nie użyjemy tego sprzętu, że nigdy nie będziemy musieli tego robić - mówi Sarah Doherty, naukowczyni zajmująca się atmosferą na Uniwersytecie stanu Waszyngton i kierowniczka programu rozjaśniania chmur morskich.

Doherty mówi, że istnieją potencjalne skutki uboczne, które wciąż wymagają zbadania, w tym zmiana wzorców cyrkulacji oceanicznej i temperatur, co może zaszkodzić rybołówstwu.

Rozjaśnianie chmur mogłoby również zmienić wzorce opadów, zmniejszając opady w jednym miejscu, a zwiększając je w innym.

Doherty mówi jednak, że ważne jest, aby dowiedzieć się, czy i jak takie technologie mogą działać, na wypadek, gdyby społeczeństwo ich potrzebowało. A nikt nie jest w stanie powiedzieć, kiedy świat może osiągnąć ten punkt.

Historia rozjaśniania chmur ma ponad 30 lat

W 1990 r. brytyjski fizyk John Latham opublikował w czasopiśmie "Nature" list pod tytułem "Kontrola globalnego ocieplenia?", w którym przedstawił pomysł, że wstrzykiwanie drobnych cząsteczek do chmur może zrównoważyć rosnące temperatury.

Później Latham przypisał powstanie tego pomysłu wędrówce z synem w Walii, gdzie zatrzymali się, by oglądać chmury nad Morzem Irlandzkim. - Zapytał, dlaczego chmury są błyszczące na górze, ale ciemne na dole - powiedział Latham BBC w 2007 roku. - Wyjaśniłem, że są jak lustra dla padającego światła słonecznego.

Latham rzucił propozycję, która mogła wydawać się dziwaczna: stworzyć flotę tysiąca bezzałogowych żaglowców, które będą przemierzać oceany dookoła świata i nieustannie rozpylać w powietrzu maleńkie kropelki wody morskiej, aby odbijać ciepło słoneczne z dala od Ziemi.

Pomysł ten opierał się na koncepcji naukowej zwanej efektem Twomeya: duża liczba małych kropelek odbija więcej światła słonecznego niż mała liczba dużych kropelek.

Wstrzykiwanie ogromnych ilości maleńkich aerozoli, które z kolei tworzą wiele małych kropelek, może zmienić strukturę chmur.

- Jeśli uda nam się zwiększyć współczynnik odbicia o ok. 3 proc., chłodzenie zrównoważy globalne ocieplenie spowodowane wzrostem CO2 w atmosferze - powiedział BBC Latham, który zmarł w 2021 roku. - Nasza strategia daje możliwość na kupienie trochę czasu.

Zdaniem Doherty pewien rodzaj rozjaśniania chmur morskich zachodzi wręcz codziennie.

Rozjaśnianie chmur za pomocą soli morskiej

Statki przemieszczają się po morzach, a cząsteczki z ich spalin są w stanie rozjaśniać chmury, tworząc za nimi tzw. "ślady" (ang. ship tracks). - Tak w ogóle to jeszcze do niedawna rozjaśnienie chmur powiązane z tymi właśnie śladami po statkach kompensowało ok. 5 proc. ocieplenia klimatu spowodowanego gazami cieplarnianymi - wskazuje Doherty.

Ironią w tym wszystkim jest to, że lepsza technologia i poprawione przepisy środowiskowe zmniejszyły zanieczyszczenie emitowane przez statki, przez co to niezamierzone rozjaśnienie chmur zaczęło zanikać, podobnie jak związany z nim efekt chłodzenia.

Jak mówi Doherty, program celowego rozjaśniania chmur morskich mógłby być realizowany przy użyciu soli morskiej, a nie zanieczyszczeń.

- Rozjaśnianie chmur nie jest zadaniem łatwym. Sukces wymaga odpowiedniego dobrania rozmiaru aerozoli: zbyt małe cząsteczki nie przyniosą żadnego efektu - opowiada Jessica Medrado, naukowczyni pracująca przy projekcie. Zbyt duże cząsteczki mogłyby wywołać efekt wręcz odwrotny do zamierzonego i sprawić, że chmury byłyby mniej odbijające [promienie słoneczne] niż wcześniej. - Idealnym rozmiarem są cząsteczki submikronowe o rozmiarze ok. 1/700 grubości ludzkiego włosa - dodaje Medrado.

Następnie trzeba być w stanie wyrzucić w powietrze wiele [cząsteczek] aerozoli o odpowiednich rozmiarach: mniej więcej kwadrylion (od red.: "biliard", czyli 1024 cząsteczek na sekundę). - W tej kwestii nie ma gotowych rozwiązań - dodaje Medrado.

Odpowiedź na ten problem przyszła ze strony jednych z najbardziej prominentnych postaci w amerykańskim przemyśle technologicznym.

W 2006 roku założyciel Microsoftu, Bill Gates, otrzymał brief od Davida Keitha, jednego z czołowych badaczy geoinżynierii słonecznej, która polega na próbach odbicia większej ilości promieni słonecznych.

Gates zaczął wspierać finansowo Keitha i Kena Caldeirę, innego klimatologa i byłego programistę, aby mogli oni kontynuować swoje badania. 

Para naukowców rozważała pomysł rozjaśniania chmur morskich, ale zastanawiała się, czy to wykonalne.

Zwrócili się więc do Armanda Neukermansa, inżyniera z Doliny Krzemowej z doktoratem z fizyki stosowanej na uczelni Stanforda, który miał 74 patenty. Jedno z pierwszych stanowisk zawodowych zajmował on w firmie Xerox, gdzie opracował system produkcji i rozpylania cząstek atramentu do kopiarek. Caldeira zapytał, czy mógłby opracować dyszę, która rozpylałaby nie atrament, ale aerozole soli morskiej.

"Stare sole" biorą się do pracy

Zaintrygowany tym Neukermans, który ma teraz 83 lata, zwabił do projektu z emerytury kilku starych kolegów i rozpoczął badania w pożyczonym laboratorium w 2009 roku, mając na to 300 tys. dolarów od Gatesa. Nazwali się "Old Salts" [ang. dosłownie "stare sole", potocznie marynarz/żeglarz, który przy okazji jest gawędziarzem i opowiada liczne morskie historie, w których miesza prawdę z fikcją].

Zespół pracował nad tym problemem przez lata, aż w końcu znalazł rozwiązanie: przepychając powietrze pod bardzo wysokim ciśnieniem przez serię dysz, potrafili wytworzyć siłę wystarczającą do rozbicia kryształów soli na niezwykle małe cząsteczki o odpowiednim rozmiarze.

Prace nad swoim projektem przenieśli do większego laboratorium w Palo Alto Research Center, dawnym ośrodku badawczym firmy Xerox, należącym obecnie do SRI International, niezależnego instytutu badawczego non-profit. Dwa lata temu Medrado została główną inżynierką w tym projekcie. Pod koniec ubiegłego roku rozpylacz został zmontowany i czekał w magazynie niedaleko San Francisco.

Maszyna była gotowa. Zespół potrzebował tylko miejsca, w którym mógłby ją przetestować.

Kiedy naukowcy udoskonalali rozpylacz, w świecie na zewnątrz laboratorium zachodziła głęboka transformacja.

Od czasu, gdy Latham po raz pierwszy wyszedł z pomysłem rozjaśnienia chmur morskich, stężenie gazów zatrzymujących ciepło w atmosferze wzrosło o około 20 proc.

Ubiegły rok był najgorętszym w historii, a Światowa Organizacja Meteorologiczna przewiduje, że rok 2024 będzie kolejnym rekordowym.

Globalne temperatury oceanów także były w zeszłym roku rekordowo wysokie.

Skutki zmian klimatycznych wpłynęły na większe zainteresowanie "planem awaryjnym". W 2020 r. amerykański Kongres nakazał Narodowej Agencji Badania Oceanu (NOAA) zbadanie zagadnienia modyfikacji promieniowania słonecznego. W 2021 r. Narodowe Akademie Nauk, Inżynierii i Medycyny opublikowały raport stwierdzający, że Stany Zjednoczone powinny "ostrożnie kontynuować" badania nad tym pomysłem. W ubiegłym miesiącu naukowcy z NOAA i innych agencji federalnych zaproponowali harmonogram badań nad rozjaśnianiem chmur morskich.

Zainteresowanie rośnie również za granicą. W lutym australijski zespół naukowców z Southern Cross University, któremu zresztą doradzał Neukermans, przeprowadził trwający miesiąc eksperyment u północno-wschodnich wybrzeży kraju, rozpylając aerozole ze statku i mierząc reakcję chmur.

Daniel P. Harrison, lider badania, nazwał testy "najmniejszym z małych kroków mających na celu potwierdzenie i udoskonalenie podstawowej teorii w świecie rzeczywistym". Powiedział też, że jest zbyt wcześnie, aby omawiać jakiekolwiek wyniki.

Legendarny USS Hornet, który ratował astronautów z misji Apollo wraca do gry

Rośnie również prywatne finansowanie tego typu badań. Kelly Wanser była dyrektorka ds. technologii, pomogła stworzyć projekt rozjaśniania chmur morskich na Uniwersytecie stanu Waszyngton. W 2018 roku stworzyła SilverLining, organizację non-profit, której celem jest rozwój badań nad tym, co nazywa "krótkoterminowymi interwencjami klimatycznymi", takimi jak właśnie rozjaśnianie chmur.

Jak mówi Wanser, jej grupa non-profit częściowo przyczynia się do finansowania badań na uczelni i SRI, których budżet wyniósł około 10 mln. dolarów w ciągu trzech lat. Obejmuje to badanie na pokładzie jednostki Hornet*, które ma kosztować około miliona dolarów rocznie.

[* lotniskowiec USS Hornet wycofano z użycia w amerykańskiej armii w 1970 r, odegrał ważną rolę przy powrocie astronautów, uczestników misji Apollo 11 i Apollo 12. Lotniskowiec służył podczas zaciekłych walk II wojny światowej, a potem w Korei i Wietnamie]

- Znalezienie na to wszystko pieniędzy stało się łatwiejsze, ponieważ rekordowe upały "naprawdę zmieniły nastawienie" wśród darczyńcow - mów Wanser. I podaje, że wśród darczyńców są m.in. Quadrature Climate Foundation, Pritzker Innovation Fund i Cohler Charitable Fund, założony przez byłego dyrektora Facebooka Matta Cohlera.

W zeszłym roku Wanser rozmawiała z członkiem zarządu organizacji, do której należy Hornet, a który obecnie funkcjonuje jako muzeum stowarzyszone z siecią Smithsonian. Czy chcieliby zostać gospodarzami pierwszego tego typu badania?

Muzeum wyraziło zgodę. Test już się odbył

Pokład lotniskowca Horneta wznosi się 50 stóp (około 15,3 metrów) nad brzegiem Alamedy, małego miasteczka po wschodniej stronie zatoki San Francisco. We wtorek znalazła się na nim seria precyzyjnie skalibrowanych czujników. Umieszczono je na szczycie ustawionych w rzędzie podnośników nożycowych i skierowano w powietrze.

Pod flagą Stanów Zjednoczonych na drugim końcu pokładu ustawiono rozpylacz: błyszczący niebieski przyrząd, mniej więcej w kształcie i rozmiarze reflektora punktowego, z pierścieniem maleńkich stalowych dysz zamontowanych wokół szerokiego na trzy stopy (ok. 92 cm) wylotu. Naukowcy nazwali go CARI, od Cloud Aerosol Research Instrument (ang. Instrument do pomiaru aerozoli w chmurach).

Po jednej stronie rozpylacza była skrzynia wielkości kontenera do transportu na statkach. Mieściła się w niej para sprężarek, które do rozpylacza doprowadzały powietrze pod wysokim ciśnieniem za pomocą grubego, czarnego gumowego węża. Po drugiej stronie znajdował się zbiornik z wodą. Seria przełączników, przekręcanych w starannej kolejności, doprowadzała wodę i powietrze do urządzenia, które następnie wystrzeliwało drobną mgiełkę w kierunku czujników.

Cel: ustalenie, czy aerozole uchodzące z rozpylacza, które zostały starannie dopracowane, aby osiągnąć określony rozmiar, zachowają ten rozmiar w czasie ruchu w powietrzu w różnych warunkach, przy różnym wietrze i wilgotności.

Analiza wyników zajmie miesiące. Ale zdaniem Wood-a, odpowiedzi mogą określić, czy rozjaśnianie chmur morskich zadziała i w jaki sposób.

Następny krok: operacje na oceanie i sięgnięcie chmur.

Wanser ma nadzieję, że testy, które mogą potrwać jeszcze miesiące albo i dłużej, rozjaśnią ludziom, na czym polega koncepcja technologii interwencji klimatycznej. W tym celu sprzęt pozostanie na statku Hornet i będzie prezentowany w godzinach, w których statek jest otwarty dla zwiedzających.

Badacze twierdzą, że nawet jeśli sprzęt nie zostanie ostatecznie wykorzystany do schłodzenia planety, dane, które generuje, mogą przyczynić się do zrozumienia, w jaki sposób zanieczyszczenia i inne aerozole oddziałują z chmurami.

Wood szacuje, że naukowcy mogą potrzebować kolejnej dekady testów, zanim będą w stanie potencjalnie wykorzystać rozjaśnianie chmur morskich w skali wymaganej do chłodzenia Ziemi.

Wanser już patrzy w przyszłość na kolejną fazę tych badań. - Następny krok to wypłynięcie na ocean - powiedział - i skierowanie strumienia nieco wyżej, tak aby dotknął chmur.

Ten artykuł pierwotnie ukazał się w "The New York Times"

#klimat #nauka