Rozjasnění mořského mraku - Marine cloud brightening

Výfuky z lodí již způsobují více a jasnější mraky nad oceány.

Rozjasnění mořského oblaku, známé také jako moření mořského oblaku a námořní cloudové inženýrství, je navrhovanou technikou klimatického inženýrství pro řízení slunečního záření, která by oblaka rozjasnila a odrážela malý zlomek přicházejícího slunečního světla zpět do vesmíru za účelem kompenzace antropogenního globálního oteplování . Spolu se stratosférickou injekcí aerosolu je to jedna ze dvou metod řízení slunečního záření, které mohou mít nejpravděpodobnější podstatný dopad na klima. Záměrem je, aby zvýšení albeda Země v kombinaci se snížením emisí skleníkových plynů , odstraněním oxidu uhličitého a přizpůsobením snížilo změnu klimatu a jeho rizika pro lidi a životní prostředí . Pokud je implementován, očekává se, že chladicí efekt bude pociťován rychle a bude reverzibilní v poměrně krátkých časových měřítcích. Technické překážky však brání velkému rozjasňování mořských mraků. S takovou úpravou komplexních klimatických systémů existují i rizika.

Základní principy

Rozjasňování mořského mraku je založeno na jevech, které jsou v současné době pozorovány v klimatickém systému. Emisní částice se dnes mísí s oblaky v atmosféře a zvyšují množství slunečního světla, které odrážejí, a snižují tak oteplení. Tento „chladicí“ účinek se odhaduje mezi 0,5 a 1,5 ° C a je jednou z nejdůležitějších neznámých látek v klimatu. Rozjasnění mořského mraku navrhuje vytvořit podobný efekt pomocí benigního materiálu (např. Mořské soli) dodávaného do mraků, které jsou k těmto účinkům nejvíce náchylné (mořský stratocumulus).

Většina mraků je docela reflexních a odráží přicházející sluneční záření zpět do vesmíru. Zvýšení albeda mraků by zvýšilo část přicházejícího slunečního záření, které se odráží, a tím ochlazovalo planetu. Mraky se skládají z kapiček vody a mraky s menšími kapkami jsou více reflexní (kvůli efektu Twomey ). Jádra kondenzace v oblacích jsou nezbytná pro tvorbu kapiček vody. Hlavní myšlenkou rozjasnění mořských mraků je přidat aerosoly do atmosférických míst, kde se tvoří mraky. Ty by pak fungovaly jako jádra kondenzace mraků, což by zvýšilo cloudové albedo .

Mořské prostředí má nedostatek jader kondenzace mraků kvůli nižším úrovním prachu a znečištění na moři, takže rozjasnění mořského mraku by bylo účinnější nad oceánem než nad pevninou. Ve skutečnosti se mořský mrak v malém měřítku již neúmyslně objevuje kvůli aerosolům ve výfuku lodí a zanechává stopy lodí . Různé režimy oblačnosti mají pravděpodobně odlišnou náchylnost ke zjasňujícím strategiím, přičemž na změny aerosolu jsou nejcitlivější mračna stratocumulus (nízké, vrstvené mraky nad oceánskými oblastmi). Tato mořská oblaka stratocumulus jsou proto obvykle navrhována jako vhodný cíl. Jsou běžné v chladnějších oblastech subtropických a středních oceánů, kde jejich pokrytí může přesáhnout 50% v ročním průměru.

Předním možným zdrojem dalších jader kondenzace mraků je sůl z mořské vody , i když existují i další.

I když je význam aerosolů pro tvorbu mraků obecně dobře pochopen, stále existuje mnoho nejistot. Ve skutečnosti nejnovější zpráva IPCC považuje interakce aerosol-oblak za jednu ze současných hlavních výzev v modelování klimatu obecně. Zejména počet kapiček se proporcionálně nezvyšuje, když je přítomno více aerosolů, a může dokonce klesat. Extrapolace účinků částic na mraky pozorovaná v mikrofyzikálním měřítku na regionální, klimaticky relevantní měřítko není přímočará.

Klimatické dopady

Snížení globálního oteplování

Modelovací důkazy o globálních klimatických účincích zesvětlování mořských mraků zůstávají omezené. Současný výzkum modelování naznačuje, že rozjasnění mořských mraků by mohlo podstatně ochladit planetu. Jedna studie odhadovala, že by mohla produkovat 3,7 W/m ² globálně zprůměrovaných negativních sil. To by působilo proti oteplení způsobenému zdvojnásobením předindustriální atmosférické koncentrace oxidu uhličitého nebo odhadem o 3 stupně Celsia, přestože modely uvádějí menší kapacitu. Studie z roku 2020 zjistila podstatný nárůst odrazivosti mraků od lodní dopravy v jihovýchodním Atlantiku, což naznačuje, že by mohl být úspěšný test MCB v regionálním měřítku v oblastech ovládaných stratocumuly.

Klimatické dopady zesvětlování mořských mraků by rychle reagovaly a byly vratné. Pokud by se aktivita rozjasnění změnila na intenzitě nebo se úplně zastavila, pak by jasnost mraků reagovala během několika dnů až týdnů, protože částice jader kondenzace mraků se přirozeně vysrážejí .

Opět, na rozdíl od injekce aerosolu ve stratosféře, může být zesvětlení mořského mraku možné použít regionálně, i když omezeným způsobem. Mořské mraky stratocumulus jsou běžné v konkrétních oblastech, konkrétně ve východním Tichém oceánu a ve východním jižním Atlantiku. Typickým zjištěním mezi simulačními studiemi bylo trvalé ochlazování Pacifiku, podobné jevu „La Niña“, a navzdory lokalizované povaze změny albedo nárůst polárního mořského ledu. Nedávné studie mají za cíl porovnat výsledky simulace odvozené z různých modelů.

Vedlejší efekty

Existuje určitý potenciál pro změny vzorců srážek a amplitudy, i když modelování naznačuje, že změny jsou pravděpodobně menší než u injekcí stratosférického aerosolu a podstatně menší než u nezmenšeného antropogenního globálního oteplování.

Výzkum

Rozjasnění mořského mraku původně navrhl John Latham v roce 1990.

Protože mraky zůstávají hlavním zdrojem nejistoty v oblasti změny klimatu, některé výzkumné projekty zaměřené na odrazivost mraků v obecném kontextu změny klimatu poskytly vhled do konkrétního rozjasnění mořského oblaku. Jeden projekt například vypouštěl kouř za lodě v Tichém oceánu a sledoval dopad částic na mraky. Ačkoli to bylo provedeno za účelem lepšího porozumění oblakům a změně klimatu, výzkum má důsledky pro zesvětlení mořských mraků.

Za účelem koordinace výzkumných aktivit byla vytvořena výzkumná koalice s názvem Marine Cloud Brightening Project . Navrhovaný program zahrnuje modelování, terénní experimenty, vývoj technologií a politický výzkum za účelem zkoumání účinků mraků a aerosolu a rozjasňování mořských mraků. Navrhovaný program v současné době slouží jako model pro procesní (environmentálně nezávadné) experimentální programy v atmosféře. Projekt, který v roce 2009 vytvořila Kelly Wanser s podporou Kena Caldeiry , nyní sídlí na Washingtonské univerzitě. Spoluvlastníky jsou Robert Wood, Thomas Ackerman, Philip Rasch, Sean Garner (PARC) a Kelly Wanser (Silver Lining). Projekt řídí Sarah Doherty.

Námořní průmysl možná prováděl neúmyslný experiment v rozjasnění mořského oblaku v důsledku emisí lodí a způsobil snížení globální teploty až o 0,25 ° C nižší, než by bylo jinak. Studie z roku 2020 zjistila podstatný nárůst odrazivosti mraků od lodní dopravy v jihovýchodním Atlantiku, což naznačuje, že by mohl být úspěšný regionální test MCB v oblastech ovládaných stratocumuly.

Rozjasňování mořského mraku se zkoumá jako způsob, jak zastínit a ochladit korálové útesy, jako je Velký bariérový útes .

Navrhované metody

Přední navrhovanou metodou pro zesvětlování mořských mraků je vytvářet jemnou mlhu soli z mořské vody a dodávat do cílených břehů mořských stratocumulus mraků z lodí plujících oceánem. To vyžaduje technologii, která dokáže generovat částice mořské soli optimální velikosti (~ 100 nm) a dodávat je v dostatečné síle a měřítku, aby pronikla do nízko položených mořských mraků. Výsledná postřiková mlha musí být poté kontinuálně dodávána do cílových mraků nad oceánem.

V prvních publikovaných studiích John Latham a Stephen Salter navrhli flotilu kolem 1500 bezpilotních lodí Rotor nebo Flettnerových lodí, které by do vzduchu rozprašovaly mlhu vytvořenou z mořské vody. Plavidla by stříkaly kapky mořské vody rychlostí přibližně 50 metrů krychlových za sekundu na velkou část povrchu oceánu Země. Síla pro rotory a loď by mohla být generována z podvodních turbín. Salter a jeho kolegové navrhli pro energii použít aktivní hydrofólii s řízeným stoupáním. [1]

Následní výzkumníci zjistili, že účinnost přepravy je relevantní pouze pro použití v měřítku a že pro požadavky výzkumu mohou být pro dopravu použity standardní lodě. (Někteří výzkumníci považovali letadlo za alternativu, ale dospěli k závěru, že by to bylo příliš nákladné. Technologie generování kapek a doručovací technologie jsou pro pokrok zásadní a technologický výzkum se zaměřuje na řešení tohoto náročného problému.

Byly navrženy a zlevněny další metody, včetně: (1) Použití malých kapiček mořské vody do vzduchu pomocí oceánských pěn. Když bubliny v pěnách prasknou, uvolní malé kapičky mořské vody. (2) Pomocí piezoelektrického snímače. To by na volném povrchu vytvořilo faradayové vlny . Pokud jsou vlny dostatečně strmé, budou z hřebenů vyhozeny kapky mořské vody a výsledné částice soli mohou vstoupit do mraků. Je však zapotřebí značné množství energie. (3) Elektrostatická atomizace kapek mořské vody. Tato technika by využívala mobilní stříkací platformy, které se pohybují, aby se přizpůsobily měnícím se povětrnostním podmínkám. I ty mohly být na bezpilotních lodích. (4) Použití motoru nebo kouřových emisí jako zdroje pro CCN. Byly také navrženy částice parafínového oleje, ačkoli jejich životaschopnost byla diskontována.

Náklady

Náklady na zjasnění mořského mraku zůstávají do značné míry neznámé. Jedna akademická práce předpokládala roční náklady přibližně 50 až 100 milionů britských liber (zhruba 75 až 150 milionů amerických dolarů ). Zpráva amerických národních akademií navrhovala zhruba pět miliard amerických dolarů ročně na rozsáhlý program nasazení (snížení radiačního působení o 5 W/m ² ).

Řízení

Rozjasnění mořského mraku by se řídilo především mezinárodním právem, protože by k němu pravděpodobně docházelo mimo teritoriální vody zemí a protože by ovlivňovalo životní prostředí jiných zemí a oceánů. Z velké části by platil mezinárodní zákon upravující řízení slunečního záření obecně. Například podle mezinárodního zvykového práva , pokud by nějaká země prováděla nebo schvalovala činnost zesvětlování mořského oblaku, která by představovala značné riziko poškození životního prostředí jiných zemí nebo oceánů, pak by tato země byla povinna toto riziko minimalizovat podle standardu due diligence . V tomto případě by země musela vyžadovat povolení k činnosti (pokud by ji měl provádět soukromý subjekt), provést předchozí posouzení vlivu na životní prostředí , informovat a spolupracovat s potenciálně postiženými zeměmi, informovat veřejnost a vypracovat plány možná nouzová situace.

Činnosti v oblasti zesvětlování mořského mraku by se dále řídily mezinárodním mořským právem, a zejména Úmluvou OSN o mořském právu (UNCLOS). Smluvní strany úmluvy UNCLOS jsou povinny „chránit a zachovávat mořské prostředí“, a to i prevencí, omezováním a kontrolou znečištění mořského prostředí z jakéhokoli zdroje. „Mořské prostředí“ není definováno, ale je široce interpretováno tak, že zahrnuje vodu oceánu, formy života a vzduch nahoře. „Znečištění mořského prostředí“ je definováno způsobem, který zahrnuje globální oteplování a skleníkové plyny. Dohovor UNCLOS by tedy mohl být vykládán tak, že ukládá zúčastněným stranám povinnost používat metody, jako je rozjasňování mořského oblaku, pokud by bylo shledáno, že jsou účinné a šetrné k životnímu prostředí. Není jasné, zda samotné rozjasnění mořského mraku může být takovým znečištěním mořského prostředí. Strany zároveň v boji proti znečištění „nepřenášejí přímo ani nepřímo škody nebo nebezpečí z jedné oblasti do druhé ani neproměňují jeden druh znečištění na jiný“. Pokud by bylo zjištěno, že zesvětlování mořského mraku způsobuje poškození nebo nebezpečí, UNCLOS by to mohl zakázat. Pokud by činnosti zesvětlování mořského mraku měly být „mořským vědeckým výzkumem“ - což je také nedefinovaný termín -, pak strany UNCLOS mají právo provádět výzkum s výhradou určité kvalifikace. Stejně jako všechny ostatní lodě, i ty, které by prováděly zesvětlování mořského mraku, musí nést vlajku země, která jim k tomu dala svolení a ke které má loď skutečné spojení, i když je loď bez posádky nebo automatizovaná. Vlajkový stát musí vykonávat svou jurisdikci nad těmito loděmi. Právní důsledky by mimo jiné závisely mimo jiné na tom, zda by k činnosti mělo docházet v teritoriálních vodách , výlučné ekonomické zóně (EEZ) nebo na volném moři ; a zda šlo o vědecký výzkum, či nikoli. Pobřežní státy by musely schválit jakékoli činnosti rozjasňující mořský mrak v jejich teritoriálních vodách. Ve VHZ musí loď splňovat zákony a předpisy pobřežního státu. Zdá se, že stát provádějící činnosti zesvětlování mořských mraků ve VHO jiného státu by nepotřeboval jeho souhlas, ledaže by se jednalo o mořský vědecký výzkum. V takovém případě by měl pobřežní stát udělit povolení za normálních okolností. Státy by obecně mohly svobodně provádět činnosti zesvětlování mořských mraků na volném moři za předpokladu, že se tak bude dít s „náležitým ohledem“ na zájmy ostatních států. Pokud jde o bezpilotní nebo automatizované lodě, existuje určitá právní nejasnost.

Výhody a nevýhody

Zdá se, že zesvětlení mořského mraku má většinu výhod a nevýhod správy slunečního záření obecně. V současné době se například zdá být levný ve vztahu k poškození způsobenému změnou klimatu a snižování emisí skleníkových plynů, rychle působící a vratný ve svých přímých klimatických účincích. Ve srovnání s jinými navrhovanými technikami řízení slunečního záření jsou pro něj specifické některé výhody a nevýhody.

Ve srovnání s jinými navrhovanými metodami řízení slunečního záření, jako je vstřikování stratosférických aerosolů , může být zesvětlení mořského mraku částečně lokalizováno ve svých účincích. To by mohlo být například použito ke stabilizaci západoantarktického ledového příkrovu . Kromě toho by zesvětlování mořského mraku, jak se v současné době předpokládá, používalo místo zavádění látek vyrobených lidmi do životního prostředí pouze přírodní látky, mořskou vodu a vítr.

Languages

In other projects