Ilmastomallit osoittavat geoinsinöörinnän kasvavan merkityksen tulevina vuosina

Kun nousevat merenpinnat aiheuttavat haasteen, tutkijat ovat löytäneet tavan torjua tätä ilmastonmuutoksen vaikutusta, jonka aiheuttaa ilmaston lämpeneminen. Tämä ilmiö, joka tunnetaan ilmaston lämpenemiseksi, viittaa planeetan lämpötilan nousuun ja on yksi suurimmista uhkista tänä päivänä.

Pitkäaikaiset lämpötilojen ja säämallien muutokset ovat luonnollinen ilmiö, joka on jatkunut pitkään. Kuitenkin tutkijat väittävät, että 1800-luvulta lähtien tämän muutoksen nopeus on kasvanut merkittävästi, pääosin ihmisen toiminnan vuoksi.

Ilmaston lämpeneminen tapahtuu, kun kasvihuonekaasut kuten hiilidioksidi, typpioksidi ja metaani absorboivat auringonvaloa ja aurinkosäteilyä. Nämä saasteet sitovat sitten lämpöä, mikä nostaa lämpötiloja. Tutkijat liittävät tämän kuumempien helleaaltojen, metsäpalojen, yleisempien kuivuuskausien, tuhoisampien hurrikaanien, rankkasateiden ja voimistuneiden sääilmiöiden lisääntymiseen.

Toinen ilmaston lämpenemisen vaikutus, kuten aiemmin mainittiin, on nousevat merenpinnat, jotka johtuvat jäätiköiden ja maapallon jääkerrosten sulamisesta. Ennusteiden mukaan vain Grönlannin merenpinnan nousu voi saavuttaa noin 10 cm vuoteen 2100 mennessä. Jääkerroksen tulevaisuus ja sen pitkäaikainen vakaus riippuvat kuitenkin kesän lämpenemisen laajuudesta.

Ilmastonmuutoksen vaikutusten lieventämiseksi ja tiheästi asuttujen rannikkoalueiden suojelemiseksi asuttamattomiksi, tutkijat ehdottavat useita ratkaisuja, mukaan lukien geoinsinööritys, jonka tavoitteena on muuttaa maapallon luonnollisten järjestelmien, kuten maaperän, merien ja ilmakehän, ominaisuuksia ilmastonmuutoksen torjumiseksi.

Geoinsinööritys kattaa laajamittaiset, tarkoitukselliset, ihmisen tekemät toimenpiteet, jotka tarjoavat mahdollisuuden manipuloida ympäristöä estääkseen pahimmat lämpenemisskenaariot. Geoinsinöörintästrategioita on pääasiassa kaksi: aurinkosäteilyn hallinta (SRM) ja hiilidioksidin poistaminen (CDR).

SRM, eli aurinkogeoininsinööritys, pyrkii viilentämään planeettaa heijastamalla pienen osan auringon energiasta takaisin avaruuteen. Ehdotetut menetelmät sisältävät albedon parantamisen, avaruusheijastimet ja stratosfääriset aerosolit.

Samaan aikaan CDR, eli hiilidioksidin geoinsinööritys, keskittyy poistamaan lämpöä aiheuttavia aineita kuten CO2:ta ilmakehästä tekniikoilla kuten metsittäminen, biohiili, ilmankaappaus, merien lannoitus, merien alkaliteetin lisääminen ja vahvistettu rapautuminen.

Toinen tekniikka, pilvisiemennys, pyrkii lisäämään talvisadetta ja kasvattamaan vuoristojen lumikerrosta, jolloin se torjuu saastumista ja lisää luonnollista vesivarantoa ympäröiville yhteisöille. Lukuisat pilvisiemennyksen tutkimukset ovat raportoineet merkittävää menestystä.

Käyristyvien jäätiköiden pelastaminen geoinsinöörinnän avulla

Ottaen huomioon geoinsinöörinnän potentiaalin, kansainvälinen tutkijaryhmä Lapin yliopistosta, Suomi, ja Hokkaidon yliopiston matalalämpötilatieteen instituutista, yhdistyi hyödyntämään geoinsinöörintämenetelmää, jota kutsutaan stratosfääriseksi aerosolinsinjektioksi tai SAI:ksi, jääkerrosten sulamisen torjumiseksi.

Tässä menetelmässä aerosolit injektoidaan keinotekoisesti maapallon ilmakehän toiseen kerrokseen, eli stratosfääriin, lentokoneilla tai korkean ilmanalan ilmapalloilla. Tämä luo viilentävän vaikutuksen lisäämällä albedoa ja globaalia himmentymistä.

Vuoden 2015 Pariisin sopimuksen mukaisesti maat sitoutuivat vähentämään kasvihuonekaasupäästöjä tavoitteena vähentää jääkerrosten menetyksiä nykyisestä tasosta yhdelle kolmasosalle–puolelle. Kuitenkin tutkimus väittää, että lisäviilennystä voidaan saavuttaa injektoimalla aerosoleja stratosfääriin noin neljänneksen Pinatubon tulivuoren purkauksen nopeudesta Filippiineillä, mikä voisi vähentää jääkerrosten menetyksiä noin 30 % verrattuna Pariisin sopimuksen päästötavoitteiden kautta saavutettaviin vähennyksiin.

Kun Filippiinien Mount Pinatubo purkautui, se injektoi noin 15 miljoonaa tonnia rikkidioksidia stratosfääriin, aiheuttaen 0,6 °C:n laskun keskimääräisessä globaalilämpötilassa seuraavan 15 kuukauden aikana.

Nyt, SLA:n avulla, tutkijat haluavat jäljitellä kyseistä tulivuorenpurkausta. Tämä aerosoligeoininsinöörintämenetelmä säilyttää sekä pienempien jäätiköiden että vuotavien jäätiköiden koon lähellä nykyisiä kokoja.

Tutkittaessa SAI:n tehokkuutta Antarktiksen ennustetun jäämenetyksen hidastamisessa, marraskuussa 2023 julkaistu tutkimus havaitsi, että alueen jäämenetystä voidaan hidastaa SAI:n avulla. Tulokset kuitenkin riippuvat aerosolinsinjektion sijainnista. Hiukkasten sijoittaminen 30°N ja 30°S väliin, suurimmaksi osaksi eteläisellä pallonpuoliskolla, osoittautui parhaaksi mahdollisuudeksi hidastaa Antarktiksen jäämenetystä.

Nyt tutkijat kokeilevat tätä menetelmää Grönlannissa, jossa esimerkiksi Jakobshavn (79 N), Zachariae Isstrøm ja Petermann‑jäätiköt ovat maailman nopeimmin heikentyviä jäätiköitä.

Journal of Geophysical Research -lehdessä julkaistun tutkimuksen mukaan maapallon pinnan ja merenpinnan (SLR) nousu, joka johtuu dynaamisista menetyksistä jääkerroksista ja pintasulamisesta, voidaan mahdollisesti lieventää viilentämällä jääkerrosta ja valtameriä aurinkogeoininsinöörinnän avulla.

Arvioidakseen Grönlannin jääkerroksen SLR-pu contribution, tiimi käytti kahta dynaamista mallia, jotka perustuvat pintamassatasapainon (SMB) muutoksiin. Yksi malleista sisältää Representative Concentration Pathway (RCP) 4.5 -polun, joka on IPCC:n (Intergovernmental Panel on Climate Change) hyväksymä menetelmä tulevan ilmaston mahdollisen kehityksen mallintamiseen. Toinen on Geoengineering Model Intercomparison Project G4.

Vuosina 2020–2090 G4:n alla massamenetys on noin 31 %–38 %. Vaikka jäävuorten menetykset vaihtelevat, molemmat mallit osoittavat merkittäviä jäävuotoja, jotka ovat 15 %–42 % välillä. Jäävuorten kvantifiointi, eli jääpalojen murtuminen jäätikön reunalta, on edelleen haastava tehtävä Grönlannin jäämenetyksen osalta.

Tutkiakseen SAI:n mahdollisia vaikutuksia, tutkijat käyttivät SICOPOLIS-mallia (3D/termodynaaminen malli, joka simuloi suurten jääkerrosten ja jääpeitteiden kehittymistä). Tiimi simuloi Grönlannin jääkerroksen muutoksia vuosina 1990–2090 RCP8.5-, RCP4.5- ja GeoMIP G4 -skenaarioissa.

Simulaatiot osoittivat, että rikkioksidin stratosfäärinen aerosolinsinjektio aiheuttaa “selkeän suojaavan vaikutuksen” Grönlannin jääkerroksiin.

RCP8.5:n alla, pahimmassa ilmastonmuutoskenaarissa, jossa on korkeimmat päästöt ja jatkuva lämpeneminen, ennustettu jäämenetys vastaa noin 90 mm:n merenpinnan nousua. Siirryttäessä RCP4.5:een, joka edustaa keskitasoa, jossa päästötasot voivat olla saavutettavissa nykytilanteessa, odotettu jäämenetys vastaisi noin 60,6 mm:n merenpinnan nousua. GeoMIP G4:n alla, joka sisältää RCP4.5:n plus 5 miljoonaa metristä tonnia rikkioksidia vuodessa vuosina 2020–2070, jäämenetys rajoittuisi vain 37,6 mm:n merenpinnan nousuun.

Tulokset olivat samankaltaisia, kun kaikki nämä skenaariot arvioitiin Elmer/Ice-mallilla, joka on toinen erikoistunut malli nopeasti muuttuville jääkerroksille.

“Vaikka tämä tutkimus osoittaa, että SAI voisi edistää Grönlannin jääkerroksen suojaamista ja siten mahdollisesti koko maapallon jääpeitettä, geoinsinööritys on erittäin kiistanalainen aihe.”

– Professori Ralf Greve, joka johti tutkimusta yhdessä professor John C. Moore’n kanssa

Hän lisäsi:

“Suurin ongelma on, että se käsittelee vain ilmaston lämpenemisen oireita, ei perussyitä—ja saattaa jopa viivästyttää niiden korjaamiseen tarvittavia muutoksia. Lisäksi maapallon luonnollisten järjestelmien valtavan monimutkaisuuden vuoksi on mahdotonta ennustaa tarkasti, mitä positiivisia ja negatiivisia seurauksia voi syntyä.”

Onko geoinsinööritys tulevaisuuden ilmistoratkaisu?

Geoinsinöörinnän taustalla oleva tiede on lupaavaa, mutta se on edelleen suurelta osin tutkimaton. Esimerkiksi auringon lämmön estäminen tämän jatkuvan lämpötilojen nousun torjumiseksi vaikuttaa melko selkeältä ja tehokkaalta keinolta. Kuitenkin tällaisilla järjestelmillä voi olla myös muita pitkäkestoisia vaikutuksia ilmastoon.

Väitetään, että tekniikoiden, kuten SAI:n, mielivaltaista käyttöä ei voida pitää kestävän kehityksen kanssa yhteensopivana, vaan se on myös ilmasto-oikeudenvastainen. Tällaiset ongelmat voivat muodostua uudeksi geopoliittisen jännitteen lähteeksi. Puhumattakaan siitä, että tällaisten toimenpiteiden toteuttaminen vaikuttaa vaihtelevasti elintarviketuotantoon.

Kuten yksi tutkimus huomautti, maltillista ilmastointerventiota valittaessa, keskilatitudin alueilla, Pohjois-Amerikassa ja Euraasiassa, todennäköisesti nähdään lisääntynyttä elintarviketuottavuutta SAI:n ansiosta. Samaan aikaan suurten määrien ilmakehän rikkioksidipölyttämisen seurauksena saattaa syntyä lisääntymistä Keski-Amerikassa, Meksikossa, Karibian alueella ja Etelä-Amerikan yläpuolella, Lähi-idän osissa, suurimmassa osassa Afrikasta ja Intiasta, Kaikessa Kaakkois-Aasiassa ja suurimmassa osassa Australiasta.

Tämä osoittaa, että kylmät alueet saattavat suosia tällaisten interventioiden puuttumista, koska ne voivat hyötyä lämpenemisestä ilmastonmuutoksen seurauksena, kun taas trooppisemmat maat saattavat suosia voimakasta interventiota viileämpien lämpötilojen saavuttamiseksi, jotta ne voisivat kasvattaa enemmän satoa.

Mutta tämä ei ole kaikki. Vuonna 2020 MIT:n tutkijat löysivät, että aurinkogeoininsinööritykset voivat myös heikentää ekstruatropisia myrskyreittejä. Tämä tarkoittaa heikompia talvimyrskyjä sekä kesän lamaantuneita olosuhteita. Se vaikuttaa myös meriveden kiertoon ja siten jääkerrosten vakauteen. Näin ollen se ei pelkästään käännä ilmastonmuutosta, vaan sisältää potentiaalin “aiheuttaa uusia ilmastonmuutoksia.”

Tämän takia monet uskovat, että geoinsinööritys on tilapäinen ratkaisu ilmastokriisiin. Kuitenkin viimeisen vuosikymmenen aikana monet tutkijat ovat tehneet tutkimuksia selvittääkseen, voiko geoinsinööritys todella tarjota meille vakavan vaihtoehdon.

Tällaiset tekniikat ovat tutustumisen arvoisia, koska päästöjen vähentäminen tapahtuu erittäin hitaasti, jolloin on vaikea tehdä välitöntä vaikutusta ilmastonmuutokseen. Lisäksi jotkut tekniikat, kuten valoa heijastavat menetelmät, tarjoavat käännettävyyden, nopeuden ja suhteellisen kustannustehokkuuden edut.

Viime aikoina David W. Keith, geofysiikan tiedekunnan professori ja Climate Systems Engineering -aloitteen perustava tiedekunnan johtaja Chicagon yliopistossa, sekä Wake Smith, Yale School of Environmentin luennoitsija ja Harvard Kennedy Schoolin tutkimusapulainen, huomauttivat MIT:n artikkelissa, että geoinsinöörinnän käyttöönotto tulisi toteuttaa pienessä mittakaavassa.

Kun kyse on SAI:sta, kirjoittajat ehdottavat, että ryhmä maita aloittaisi aloitteellisen käyttöönoton noin viiden vuoden kuluttua tuottaakseen selkeitä muutoksia stratosfäärin koostumuksessa. He kirjoittivat:

“Hyvin hallittu aloitteellinen käyttöönotto hyödyttäisi tutkimusta vähentämällä tärkeitä epävarmuustekijöitä SAI:ssa.”

Vaikka suora laajamittainen käyttöönotto olisi sekä epäviisasta että epätodennäköistä, hitaampi aloitus tarjoaa meille asteittaisen lämpenemisen käänteisen vaikutuksen. Tämä helpottaa optimointia ja vähentää odottamattomien vaikutusten riskiä.

Alkukohtainen käyttöönotto kymmenen vuoden aikana osoittaisi varastointi- ja hajautusteknologiat niiden laajamittaista käyttöä varten. Se arvioisi valvontakykyjä ja selventäisi, miten sulfaatti kulkeutuu stratosfäärissä ja miten se vuorovaikuttaa otsonikerroksen kanssa. Kaiken kaikkiaan tämä antaa meille paremman ymmärryksen tieteellisistä ja teknologisista esteistä laajamittaiselle käyttöönotolle. David sanoi:

“Jos oletamme, että tällaiset aloitteelliset käyttöönotot ovat mahdollisia, päättäjien on ehkä käsiteltävä aurinkogeoininsinöörintä—sen lupausta ja häiritsevää potentiaalia sekä sen syviä haasteita globaaliin hallintoon—aiemmin kuin nykyään laajasti oletetaan.”

Tällä hetkellä kaikkien keskittyminen on edelleen lisääntyneessä tutkimuksessa, kuten Climate Overshoot Commission on osoittanut vaatimalla kokeellisten geoinsinöörintamenetelmien keskeyttämistä, kunnes ne on tutkittu perusteellisesti.

UNESCO:n marraskuussa 2023 julkaistu raportti on myös kehottanut arvioimaan tällaisten menetelmien eettisiä, sosiaalisia ja kulttuurisia riskejä sekä kieltämään niiden aseistamisen. Se kehotti myös maita tekemään sopimuksia, jotta vältettäisiin vaikutusten epätasainen maantieteellinen jakautuminen.

Lisäksi raportissa todettiin, että poliittiset tai taloudelliset intressit eivät saisi sekoittaa geoinsinöörinnän tieteellistä tutkimusta. Se lisäsi:

“Tieteellisen tiedon ja tutkimusdatan jakaminen on globaali vastuu kaikille, jotka osallistuvat ilmastotutkimukseen, mukaan lukien ilmastoinfrastruktuuri, jotta voidaan varmistaa informoitu päätöksenteko ja julkinen keskustelu ilmastonmuutoksesta.”

Tämä jatkuva kritiikin virta geoinsinöörintamenetelmiä kohtaan on erityisesti kasvanut viime vuodesta, mikä osoittaa kasvavaa keskustelua ja väittelyä tästä uudesta tavasta muokata maapallon ilmastoa.

Itse asiassa viime vuoden lopun tutkimus kertoo, että ilmastonmuutostiedon altistuminen ennustaa julkista tukea kiistanalaiselle ilmastopolitiikan toimenpiteelle. Tutkimuksen mukaan tiedon altistuminen luo perustan tutkimuksen ja käyttöönoton tukemiselle, mikä oli vahvempaa Yhdysvalloissa.

Tutkimuksen mukaan SAI:n tuki on korkeimmillaan Kiinassa ja alimmillaan Kanadassa ja Yhdysvalloissa, kun taas Saksa, Sveitsi ja Iso-Britannia sijoittuvat keskelle. Samoin SAI:n tuki raportoitiin olevan korkeampi Globaalissa etelässä kuin Globaalissa pohjoisessa. Globaalissa pohjoisessa tuki oli heikompi Japanissa ja Etelä-Koreassa kuin Australiassa, mikä viittaa itä–länsi jakoon.

Yhdysvaltain hallitus ilmoitti itse asiassa vuonna 2022 viiden vuoden suunnitelmasta tutkia aurinkogeoininsinöörintä, jotta voitaisiin tilapäisesti vähentää ilmaston lämpenemisen vaikutuksia. Tämä on selvä merkki geoinsinöörinnän kasvavasta merkityksestä ilmastopolitiikan keskusteluissa. Ja vaikka geoinsinööritys vaikuttaa vaaralliselta, se varmasti antaa meille lisää aikaa käsitellä ilmastonmuutosta.

Yritykset, jotka taistelevat ilmastonmuutosta vastaan

Katsotaanpa nyt muutamaa nimeä, jotka taistelevat ilmastonmuutosta vastaan innovatiivisin menetelmin.

#1. Climate AI

Tämä yritys hyödyntää koneoppimista, ilmastotietoja, ilmastomalleja ja kenttäsatelliittikuvia saadakseen yksityiskohtaisia näkemyksiä tulevista sääilmiöistä auttaakseen viljelijöitä tekemään tietoisia päätöksiä ja rakentamaan maatalouden tulevaisuutta. Ilmastonresilienssiteknologia pyrkii tekemään toimitusketjuista ja globaaleista talouksista ilmastokestäviä. Climate.AI on tehnyt yhteistyötä elintarvike- ja maatalousyritysten kanssa ympäri maailmaa.

#2. Microsoft

Tämä teknologiajätti on sitoutunut tulemaan hiilinegatiiviseksi vuoteen 2030 mennessä, ja kahden vuosikymmenen kuluttua se pyrkii kompensoimaan kaikki kasvihuonekaasupäästöt, jotka se on koskaan aiheuttanut.

Vuonna 2017 Microsoft (MSFT ) lanseerasi AI for Earth -ohjelman kehittääkseen innovatiivisia ratkaisuja maapallon luonnollisten järjestelmien hallintaan. Se tukee tällä hetkellä yli 950 projektia ja on toteuttanut yli 20 ratkaisua maailmanlaajuisesti.

Yrityksen markkina-arvo on 3 triljoonaa dollaria, ja sen osakkeet (MSFT) käyvät kauppaa hintaan 406,60 $, nousua 7,83 % vuoden alusta. Yritys raportoi liikevaihdon (TTM) 227,58 miljardia dollaria, EPS:n (TTM) 11,06 ja P/E:n (TTM) 36,67. Se maksaa osinkotuoton 0,74 %.

Lopuksi

Geoinsinöörinnällä on monia etuja ilmaston hillitsemisessä, lämpötilan alenemisessa, maatalouden tuottavuudessa ja biologisen monimuotoisuuden säilyttämisessä. Tutkimukset osoittavat, että se voi lopulta auttaa meitä lieventämään ilmastonmuutoksen vaikutuksia ja pelastamaan planeetan.

Kuitenkin se ei ole ilman riskejä, ja ottaen huomioon sen laajat vaikutukset, tämä pitkälti vasta kehittyvä ala on tutkittava perusteellisesti. Lisääntymällä tutkimuksella, riittävällä investoinnilla ja valvonnalla, nämä innovatiiviset ratkaisut voivat tulla olennaiseksi osaksi hallittua globaalia hillintätoimintaa tulevina vuosina.

Klikkaa tästä lukeaksesi, miten käsitellä ilmakehän CO2 – pitäisikö valita ennaltaehkäisy vai hoito?