Осветление морских облаков, также известное как засев морских облаков и морская облачная инженерия , — это предлагаемая технология климатической инженерии управления солнечным излучением , которая сделает облака ярче, отражая небольшую часть входящего солнечного света обратно в космос, чтобы компенсировать антропогенное глобальное потепление . Наряду с стратосферной аэрозольной инъекцией , это один из двух методов управления солнечным излучением, которые могут наиболее реально оказать существенное влияние на климат. [1] Предполагается, что увеличение альбедо Земли в сочетании с сокращением выбросов парниковых газов , удалением углекислого газа и адаптацией уменьшит изменение климата и его риски для людей и окружающей среды . Если это будет реализовано, ожидается, что охлаждающий эффект будет ощущаться быстро и будет обратимым в довольно коротких временных масштабах. Однако остаются технические барьеры для крупномасштабного осветления морских облаков. Существуют также риски с такой модификацией сложных климатических систем.
Осветление морских облаков основано на явлениях, которые в настоящее время наблюдаются в климатической системе. Сегодня частицы выбросов смешиваются с облаками в атмосфере и увеличивают количество отражаемого ими солнечного света, уменьшая потепление. Этот эффект «охлаждения» оценивается в диапазоне от 0,5 до 1,5 °C и является одним из самых важных неизвестных в климате. [2] Осветление морских облаков предполагает создание аналогичного эффекта с использованием безвредного материала (например, морской соли), доставляемого в облака, которые наиболее восприимчивы к этим эффектам ( морские слоисто-кучевые облака ).
Большинство облаков достаточно отражающие , перенаправляя поступающее солнечное излучение обратно в космос. Увеличение альбедо облаков увеличит долю поступающего солнечного излучения, которое отражается, в свою очередь охлаждая планету. Облака состоят из капель воды, а облака с более мелкими каплями более отражающие (из-за эффекта Туоми ). Ядра конденсации облаков необходимы для образования капель воды. Центральная идея, лежащая в основе осветления морских облаков, заключается в добавлении аэрозолей в атмосферные места, где образуются облака. Затем они будут действовать как ядра конденсации облаков, увеличивая альбедо облаков .
Осветление морских облаков в небольших масштабах уже происходит непреднамеренно из-за аэрозолей в выхлопных газах судов , оставляющих следы кораблей . [3] Изменения в правилах судоходства, принятые Международной морской организацией (ИМО) ООН для сокращения определенных аэрозолей, предположительно, приведут к уменьшению облачного покрова и увеличению потепления океана, что обеспечивает дополнительную поддержку потенциальной эффективности осветления морских облаков при изменении температуры океана. [4] Различные облачные режимы, вероятно, будут иметь различную восприимчивость к стратегиям осветления, при этом морские слоисто-кучевые облака (низкие, слоистые облака над океаническими регионами) наиболее чувствительны к изменениям аэрозолей. [5] [6] Таким образом, эти морские слоисто-кучевые облака обычно предлагаются в качестве подходящей цели. Они распространены над более прохладными регионами субтропических и умеренных широт океанов, где их покрытие может превышать 50% в среднегодовом размере. [7]
Основным возможным источником дополнительных ядер конденсации облаков является соль из морской воды , хотя есть и другие. [8]
Хотя важность аэрозолей для формирования облаков в целом хорошо понята, остается много неопределенностей. Фактически, последний отчет МГЭИК рассматривает взаимодействие аэрозолей и облаков как одну из основных текущих проблем в моделировании климата в целом. [9] В частности, количество капель не увеличивается пропорционально при наличии большего количества аэрозолей и может даже уменьшаться. [10] [11] Экстраполяция эффектов частиц на облака, наблюдаемых в микрофизическом масштабе, на региональный, климатически релевантный масштаб, не является простой. [12]
Моделирование глобальных климатических эффектов осветления морских облаков остается ограниченным. [1] Текущие исследования моделирования показывают, что осветление морских облаков может существенно охладить планету. Одно исследование подсчитало, что оно может производить 3,7 Вт/м 2 глобального усредненного отрицательного воздействия. Это будет противодействовать потеплению, вызванному удвоением доиндустриальной концентрации углекислого газа в атмосфере , или примерно на 3 градуса Цельсия, [5], хотя модели указали на меньшую мощность. [13] Исследование 2020 года обнаружило существенное увеличение отражательной способности облаков от судоходства в юго-восточной части Атлантического бассейна, что предполагает, что региональное испытание MCB в регионах с преобладанием слоисто-кучевых облаков может быть успешным. [14]
Климатические последствия повышения яркости морских облаков будут быстро реагировать и быть обратимыми. Если бы интенсивность повышения яркости изменилась или прекратилась совсем, то яркость облаков отреагировала бы в течение нескольких дней или недель, поскольку частицы ядер конденсации облаков выпадали бы в осадок естественным образом. [1]
Опять же, в отличие от стратосферного аэрозольного впрыскивания, осветление морских облаков может быть использовано на региональном уровне, хотя и ограниченно. [15] Морские слоисто-кучевые облака распространены в определенных регионах, особенно в восточной части Тихого океана и восточной части южной части Атлантического океана. Типичным открытием среди исследований моделирования было постоянное охлаждение Тихого океана, похожее на явление «Ла-Нинья», и, несмотря на локализованный характер изменения альбедо, увеличение полярного морского льда. [13] [16] [17] [18] [19] Недавние исследования направлены на то, чтобы сделать результаты моделирования, полученные с помощью разных моделей, сопоставимыми. [20] [21]
Существует некоторая вероятность изменений характера и амплитуды осадков [17] [22] [23], хотя моделирование показывает, что изменения, вероятно, меньше, чем изменения при стратосферном выбросе аэрозоля, и значительно меньше, чем при неослабевающем антропогенном глобальном потеплении. [1]
Региональные внедрения MCB потребуют осторожности, чтобы избежать возможных неблагоприятных последствий в районах, удаленных от региона, которому они стремятся помочь. Например, потенциальное осветление морских облаков, направленное на охлаждение западной части Соединенных Штатов, может привести к повышению температуры в Европе из-за климатических телесвязей , таких как непреднамеренное возмущение меридиональной циркуляции Атлантики . [24]
Впервые идею осветления морских облаков предположил Джон Лэтэм в 1990 году. [25]
Поскольку облака остаются основным источником неопределенности в изменении климата, некоторые исследовательские проекты по отражательной способности облаков в общем контексте изменения климата предоставили информацию об осветлении морских облаков в частности. Например, в одном проекте выпускали дым позади кораблей в Тихом океане и отслеживали воздействие частиц на облака. [26] Хотя это было сделано для того, чтобы лучше понять облака и изменение климата, исследование имеет значение для осветления морских облаков.
Исследовательская коалиция под названием Marine Cloud Brightening Project была сформирована для координации научно-исследовательской деятельности. Ее предлагаемая программа включает моделирование, полевые эксперименты, разработку технологий и политические исследования для изучения эффектов облачных аэрозолей и осветления морских облаков. Предлагаемая программа в настоящее время служит моделью для экспериментальных программ на уровне процессов (экологически безопасных) в атмосфере. [27] Сформированный в 2009 году Келли Вансер при поддержке Кена Калдейры , [28] проект в настоящее время размещается в Вашингтонском университете. Его соруководителями являются Роберт Вуд, Томас Акерман, Филип Раш, Шон Гарнер (PARC) и Келли Вансер (Silver Lining). Проектом руководит Сара Доэрти.
Судоходная отрасль могла проводить непреднамеренный эксперимент по повышению яркости морских облаков из-за выбросов судов, что привело к снижению глобальной температуры на 0,25 ˚C ниже, чем она могла бы быть в противном случае. [29] Исследование 2020 года выявило существенное увеличение отражательной способности облаков из-за судоходства в юго-восточной части Атлантического бассейна, что позволяет предположить, что региональное испытание MCB в регионах с преобладанием слоисто-кучевых облаков может быть успешным. [14]
Осветление морских облаков рассматривается как способ затенения и охлаждения коралловых рифов, таких как Большой Барьерный риф . [30]
Основной предлагаемый метод осветления морских облаков заключается в создании мелкодисперсного солевого тумана из морской воды и его доставке в целевые слоисто-кучевые облака с кораблей, пересекающих океан. Для этого требуется технология, которая может генерировать частицы морской соли оптимального размера (~100 нм) и доставлять их с достаточной силой и масштабом для проникновения в низколежащие морские облака. Полученный распыляемый туман затем должен непрерывно доставляться в целевые облака над океаном.
В самых ранних опубликованных исследованиях Джон Лэтэм и Стивен Солтер предложили флот из примерно 1500 беспилотных роторных кораблей , или кораблей Флеттнера, которые распыляли бы в воздух туман, созданный из морской воды. [5] [31] Суда распыляли бы капли морской воды со скоростью примерно 50 кубических метров в секунду над большой частью поверхности океана Земли. Энергия для роторов и корабля могла бы вырабатываться подводными турбинами. Солтер и коллеги предложили использовать активные гидрокрылья с контролируемым шагом для энергии. [1]
Последующие исследователи определили, что эффективность транспортировки важна только для масштабного использования, и что для исследовательских целей для транспортировки можно использовать стандартные суда. (Некоторые исследователи рассматривали самолеты как вариант, но пришли к выводу, что это будет слишком дорого.) Технология генерации и доставки капель имеет решающее значение для прогресса, и технологические исследования были сосредоточены на решении этой сложной проблемы.
Были предложены и отклонены другие методы, в том числе:
Стоимость осветления морских облаков остается в значительной степени неизвестной. В одной академической статье предполагались ежегодные затраты приблизительно от 50 до 100 миллионов фунтов стерлингов (примерно от 75 до 150 миллионов долларов США ). [5] В отчете Национальной академии США предполагалось около пяти миллиардов долларов США в год для большой программы развертывания (снижение радиационного воздействия на 5 Вт/м2 ) . [1]
Осветление морских облаков будет регулироваться в первую очередь международным правом , поскольку оно, скорее всего, будет происходить за пределами территориальных вод стран , и поскольку оно повлияет на окружающую среду других стран и океанов. По большей части будет применяться международное право, регулирующее управление солнечной радиацией в целом. Например, согласно обычному международному праву , если страна должна провести или одобрить деятельность по осветлению морских облаков, которая может представлять значительный риск нанесения вреда окружающей среде других стран или океанов, то эта страна будет обязана минимизировать этот риск в соответствии со стандартом должной осмотрительности . В этом случае стране необходимо будет запросить разрешение на деятельность (если она будет проводиться частным лицом), провести предварительную оценку воздействия на окружающую среду , уведомить и сотрудничать с потенциально затронутыми странами, информировать общественность и разработать планы на случай возможной чрезвычайной ситуации.
Деятельность по осветлению морских облаков будет регулироваться международным морским правом, и в частности Конвенцией Организации Объединенных Наций по морскому праву (UNCLOS). Стороны UNCLOS обязаны «защищать и сохранять морскую среду», в том числе путем предотвращения, сокращения и контроля загрязнения морской среды из любого источника. [34] [35] «Морская среда» не определена, но широко трактуется как включающая воду океана, формы жизни и воздух над ним. [36] «Загрязнение морской среды» определяется таким образом, что включает глобальное потепление и парниковые газы. [37] [38] Таким образом, UNCLOS можно было бы истолковать как обязывающую вовлеченные стороны использовать такие методы, как осветление морских облаков, если они будут признаны эффективными и экологически безопасными. Неясно, может ли само по себе осветление морских облаков быть таким загрязнением морской среды. В то же время, борясь с загрязнением, Стороны должны «не переносить, прямо или косвенно, ущерб или опасности из одного района в другой или трансформировать один тип загрязнения в другой». [39] Если будет установлено, что осветление морских облаков наносит ущерб или создает опасности, ЮНКЛОС может запретить это. Если деятельность по осветлению морских облаков будет «морскими научными исследованиями» — также неопределенным термином — то Стороны ЮНКЛОС имеют право проводить исследования при соблюдении некоторых оговорок. [40] [41] Как и все другие суда, те, которые будут проводить осветление морских облаков, должны нести флаг страны, которая дала им разрешение на это и с которой судно имеет реальную связь, даже если судно беспилотное или автоматизированное. [42] Государство флага должно осуществлять свою юрисдикцию над этими судами. [43] Правовые последствия будут зависеть, среди прочего, от того, будет ли эта деятельность осуществляться в территориальных водах , исключительной экономической зоне (ИЭЗ) или открытом море ; и будет ли эта деятельность научным исследованием или нет. Прибрежные государства должны будут одобрить любые действия по очистке морских облаков в своих территориальных водах. В ИЭЗ судно должно соблюдать законы и правила прибрежного государства. [44] Похоже, что государство, проводящее действия по очистке морских облаков в ИЭЗ другого государства, не будет нуждаться в разрешении последнего, если только эта деятельность не является морским научным исследованием. В этом случае прибрежное государство должно выдать разрешение при обычных обстоятельствах. [45]Государства, как правило, будут свободны проводить мероприятия по осветлению морских облаков в открытом море, при условии, что это будет сделано с «должным учетом» интересов других государств. Существует некоторая правовая неясность относительно беспилотных или автоматизированных судов. [46]
Осветление морских облаков, по-видимому, имеет большинство преимуществ и недостатков управления солнечной радиацией в целом. Например, в настоящее время оно кажется недорогим по сравнению с ущербом от изменения климата и сокращением выбросов парниковых газов, быстродействующим и обратимым по своим прямым климатическим эффектам. Некоторые преимущества и недостатки являются специфическими для него по сравнению с другими предлагаемыми методами управления солнечной радиацией.
По сравнению с другими предлагаемыми методами управления солнечной радиацией, такими как стратосферное впрыскивание аэрозолей , осветление морских облаков может быть частично локализовано в своих эффектах. [15] Это может быть использовано, например, для стабилизации Западно-Антарктического ледяного щита . Кроме того, осветление морских облаков, как это в настоящее время предполагается, будет использовать только природные вещества, морскую воду и ветер, вместо введения в окружающую среду веществ, созданных человеком.
Потенциальные недостатки включают в себя то, что конкретные реализации МКБ могут иметь разный эффект с течением времени; одно и то же вмешательство может даже стать чистым фактором глобального потепления через несколько лет после первого запуска, хотя этого можно было бы избежать при тщательном планировании. [24]