Многие климатологи считают, что глобальное потепление наступает быстрее прогнозов. Для его сдерживания годятся любые доступные средства, но арсенал не так уж богат. Поэтому необходимо расширять спектр инструментов для воздействия на климат, раз уж человечество не может в короткие сроки отказаться от грязной ископаемой энергетики. Одним из таких перспективных инструментов по сдерживанию нагрева Земли может стать осветление морских облаков.

Концепция корабля для осветления облаков. Источник изображения: Interesting engineering

Нетрудно понять, что чем больше соли в облаках, тем сильнее отражается от них солнечный свет. Соль находится в избытке в земных океанах. Если запустить по ним специальные установки по разбрызгиванию морской воды в небо, то можно рассчитывать на увеличение солёность низких облаков. Теоретически всё должно работать, но на практике остаётся множество вопросов: от глобальных — как это повлияет на климат в отдельно взятых частях света, до сугубо технических — это оптимальный размер капли, концентрация соли, сила распыления и другое. Наконец, распыляющие установки должны работать максимально эффективно и желательно на возобновляемых источниках энергии.

Предлагающие метод осветления морских облаков учёные не призывают немедленно внедрять эту технологию, но считают важным подготовиться к такому шагу, если вдруг он будет признан насущным и неотложным. Власти США и ЕС, кстати, также рекомендуют направить усилия исследователей на геоинженерные методы решения проблемы глобального потепления, но и они призывают относиться к ним с осторожностью.

Установка для экспериментального распыления солёных аэрозолей. Источник изображения: www.nytimes.com

Недавно группа исследователей из США под руководством учёных из Университета Вашингтона впервые испытала технологию осветления морских облаков на практике. Это произошло в заливе Сан-Франциско на палубе авианосца Hornet, давно превращённого в музей на воде. Специальная установка распыляла солёный аэрозоль, а система датчиков дальше по палубе собирала информацию о поведении и состоянии аэрозольного шлейфа. Полученный набор данных будет подвергнут анализу, чтобы вычислить наиболее оптимальные режимы распыления соленой воды.

«Цель программы ОМО — понять, возможно ли вообще предсказуемо и надёжно осветлить низкие морские облака, и если да, то как это в разных регионах земного шара повлияет на температуру, осадки и климат как в глобальном, так и в локальном масштабе, а также [оценить влияние] на любые другие возможные побочные эффекты, — заявили участники проекта. — Как учёные-атмосферники, мы считаем критически важным, чтобы у общества были ответы на эти вопросы, прежде чем принимать какие-либо решения о том, действительно ли использовать осветление морских облаков в попытке снизить климатические риски».

Свежие исследования показывают, что гидроэлектростанции недооценили, когда исследовали их воздействие на окружающую среду. Детальный анализ показал, что ГЭС вырабатывают самый вредный из парниковых газов — метан. Вместе с пресноводными водоёмами электростанции ежегодно выбрасывают в воздух 3 млрд т метана из 51 млрд т всех парниковых выбросов. Это те числа, с которыми необходимо считаться и которые необходимо сокращать, пока климат не перешёл черту.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Всем нам известен эффект газировки, когда в герметично закрытой ёмкости мы видим спокойную жидкость. Но стоит взболтать ёмкость или открыть крышку, внутри всё буквально вскипает от выделяющихся из жидкости пузырьков растворённых газов. Такой же процесс происходит на ГЭС при проходе воды через турбины и во время сброса. Растворённый в речной воде или воде из водохранилища метан начинает интенсивно выделяться в атмосферу, когда агрегаты электростанции входят в контакт с водой.

По данным Международного энергетического агентства, метан ответственен примерно за 30 % глобального потепления со времён промышленной революции. Поэтому метану уделено соответствующее внимание в программах краткосрочных действий по борьбе с изменением климата. Около 150 стран присоединились к Глобальному обязательству по метану, целью которого является сокращение к 2030 году выбросов метана в результате деятельности человека на 30 % по сравнению с уровнем 2020 года.

«Примерно через 12 лет метан может окислиться и превратиться в углекислый газ, поэтому, если вы сократите выбросы метана сегодня, вы сможете повлиять на глобальное потепление в течение своей жизни», — сказала Луиза Парлонс Бентата (Louise Parlons Bentata), исполнительный директор и соучредитель Blue Metane.

Компания Blue Metane одна из тех, кто пытается поставить добычу растворённого в воде метана из разных источников на коммерческие рельсы. Ведь если процесс нельзя устранить, его надо возглавить. Растворённый в воде метан — это неископаемое биотопливо. На ГЭС и в озёрах с мёртвой органикой на дне можно обнаружить места и участки, где метан можно отделять с коммерческой выгодой. Именно на это направлена работа многих стартапов.

Сегодня это в основном эксперименты. К сожалению, спутниковая система наблюдения за очагами выделения метана плохо работает, а проводить замеры на месте — это очень дорого. Поэтому пока приходится полагаться на математические модели и искать возможность более точно определять наиболее сильные источники выброса метана. В этом надежда молодых компаний. Борьба с потеплением и возможность использовать метан в качестве биотоплива позволяют рассчитывать на поток инвестиций и, в конечном итоге, на появление зрелой и коммерчески выгодной технологии извлечения метана из воды.

Более того, метана в окружающей нас воде может оказаться ещё больше. Заметные концентрации метана есть в питьевой воде, в водах очистных сооружений (его там оказалось в два раза больше, чем ожидали), в воде рисовых плантаций и везде, где присутствует органика и микробная деятельность без доступа кислорода. Во всех случаях есть участки, где концентрация растворённого метана в воде наивысшая. Пока начались работы по попыткам получать значительные объёмы метана на ГЭС как наиболее простое и лежащее на виду решение. Но это только первый шаг. В борьбе с выбросами метана нельзя останавливаться.

Google объявила о партнёрстве с некоммерческим Фондом защиты окружающей среды (EDF) для составления карт нефтегазовой инфраструктуры и источников выбросов метана. В марте EDF планирует запустить свой спутник MthanSAT, который будет отслеживать выбросы метана, обладающего более сильным парниковым эффектом, чем углекислый газ. Google применит ИИ для идентификации объектов нефтегазовой инфраструктуры и создания глобальной карты источников загрязнения.

Источник изображений: Google

«Инфраструктура быстро меняется, и поддержание такой карты в актуальном состоянии требует постоянного ввода данных. Но это именно та область, где мы накопили большой опыт, — считает руководитель группы Google Geo Sustainability Яэль Магуайр (Yael Maguire). — Эта информация невероятно ценна для энергетических компаний, исследователей и государственного сектора, поскольку позволяют прогнозировать и снижать выбросы метана».

В то время как многие правительственные организации и частные компании в борьбе с изменением климата сосредоточены на углекислом газе, образующемся в результате сжигания ископаемого топлива, на сегодняшний день именно выбросы метана внесли почти 30 % вклада в глобальное потепление на планете. Метан является основным компонентом так называемого природного газа и регулярно просачивается по всей длине цепочек его поставки от скважин до трубопроводов и газовых приборов. Свалки и животноводство также являются крупными источниками загрязнения метаном.

В первые 20 лет после попадания в атмосферу парниковый эффект от метана проявляется в 80 раз сильнее, чем от CO₂. К счастью, продолжительность нахождения метана в атмосфере гораздо меньше, чем у углекислого газа, действие которого растягивается на сотни лет. Учёные полагают, что предотвращение загрязнения метаном может оказать ощутимое и, что самое важное, немедленное влияние на стабилизацию климата. «Время имеет значение. Если мы действительно быстро и резко сократим выбросы метана, мы сможем значительно снизить темпы потепления в ближайшие десятилетия», — заявил главный научный сотрудник EDF Стивен Гамбург (Steven Hamburg).

Исследования EDF и других групп показали, что многие страны, включая США, значительно занижают количество утечек метана из нефтегазовой инфраструктуры. В качестве решения EDF запустила инициативу MthanSAT, которая получила поддержку множества известных спонсоров. В частности, EDF сотрудничает с Космическим агентством Новой Зеландии, что делает MthanSAT первой космической миссией страны, финансируемой государством. В 2020 году «Фонд Земли» Джеффа Безоса (Jeff Bezos) выделил EDF $100 млн на поддержку программы MthanSAT.

Запуск спутника миссии MthanSAT планируется произвести при помощи ракеты SpaceX Falcon 9 в следующем месяце. Совершая 15 витков вокруг Земли в сутки, спутник будет измерять уровни выброса метана в крупнейших нефтегазодобывающих регионах мира. Алгоритмы на базе Google Cloud позволят EDF отслеживать общий объём выбросов. В этой миссии EDF сотрудничает с «Центром астрофизики» — совместным проектом Гарварда и Смитсоновского института.

Уже в этом году первые данные, собранные MthanSAT, станут доступны исследователям и политикам через веб-сайт MthanSAT и Google Earth Engine, облачную платформу геопространственных данных компании. «К концу 2025 года у нас должна быть очень чёткая картина в глобальном масштабе по всем основным нефтегазовым бассейнам мира», — говорит Гамбург.

Google уже оказывала содействие EDF в прошлом: в 2013 году компания разместила датчики для определения утечек метана на своих автомобилях Street View. Теперь Google приступает к созданию одной из самых подробных карт мировой нефтегазовой инфраструктуры и источников загрязнения метаном. ИИ обучен обнаруживать площадки скважин, насосные станции, резервуары для хранения и другую инфраструктуру ископаемого топлива. Эти данные помогут идентифицировать источники загрязнения и затем принять меры по снижению утечек. На сегодняшний день в США на утечки уходит примерно 1 процент годовой добычи газа, что составляет 6,5 миллионов тонн метана в год.

­К сожалению, устранения этих утечек недостаточно для достижения глобальных климатических целей. По мнению радикальных экологов, только переход на чистую энергию может остановить изменение климата. Идя навстречу их требованиям, Google пообещала прекратить создание специальных инструментов ИИ для увеличения добычи нефти и газа. Однако защитники окружающей среды не удовлетворены и требуют от Google разорвать все существующие контракты с компаниями, работающими на ископаемом топливе.

Астроном Иштван Сапуди (István Szapudi) из Института астрономии Гавайского университета опубликовал расчёты, согласно которым климатические изменения на Земле можно остановить потенциально доступным способом. Для этого между Землёй и Солнцем надо разместить что-то вроде зонтика, например, полотно из графена. Но изюминка идеи заключается в другом. В качестве якоря для зонтика учёный предложил использовать астероид, припаркованный в точке Лагранжа L₁.

Источник изображения: Brooks Bays/UH Institute for Astronomy

Идея борьбы с глобальным потеплением с помощью поглощения части солнечного света не нова и, в общем-то, всегда лежала на поверхности. К счастью или нет, власти ведущих стран Земли не спешат реализовывать тот или иной проект. Последствия плохо просчитанных действий на этом направлении могут накликать на наши головы другие проблемы, а мы и с текущими пока не очень-то справляемся.

Главная идея Иштвана Сапуди заключается в том, что в космос не нужно будет доставлять с Земли неимоверный по тяжести груз для удержания зонтика. Якорь можно будет найти в космосе, благо NASA уже испытало возможность ударного воздействия на астероиды для изменения их траектории. Достаточно будет найти подходящий астероид и направить его в точку Лагранжа L₁ между Землёй и Солнцем. Размещение астероида в L₁ в качестве противовеса уменьшит общую массу полезной нагрузки (собственно экрана) до 35 тыс. т. Вся конструкция вместе с якорем будет весить 3,5 млн т. Но это примерно в 100 раз легче, чем если бы зонтик свободно летал в пространстве без привязи.

Сегодня с технической точки зрения такой проект неосуществим. Однако предложенная астрономом версия уже на шаг ближе к реализации, поскольку на несколько порядков снижает ограничения по массе выводимой в космос полезной нагрузки. Прорыв в производстве графена и относительно небольшая затенённость, которая нужна для предотвращения глобального потепления (поглощение от 1 % до 2 % солнечного света), могут дать нам шанс смягчить последствия изменения климата, пока мы не получим иное и более надёжное средство для решения этой проблемы.

Все лучшие умы человечества ищут возможность остановить глобальное потепление и один из них — Джереми Мундэй (Jeremy Munday), профессор электротехники и вычислительной техники Калифорнийского университета в Дэвисе — предложил сравнительно простой, но весьма спорный метод. По мнению учёного, чтобы остановить глобальное потепление необходимо покрасить белой краской около 2 % поверхности Земли.

Источник изображения: Pixabay

Расчёты учёного строились на том, чтобы использовать открытую два года назад в Университета Пердью супербелую краску с более чем 98-процентной отражающей способностью. Чем больше солнечного света отразилось бы обратно в космос, тем меньше тепла осталось бы на Земле. Окраска от 1 % до 2 % поверхности Земли подобной краской остановило бы глобальное потепление, рассчитал учёный.

Площадь поверхности Земли составляет 510 млн км² из которых на сушу приходится 148,9 млн км². Тем самым, если говорить об окраске 1 % поверхности нашей планеты, белой краской необходимо покрыть примерно 5 млн км² и 10 млн км², если задача будет стоять покрасить 2 % поверхности планеты. Это примерно как закрасить абсолютно всё на территории США или Китая. Для полного эффекта, очевидно, краску надо будет распределять равномерно, что с засильем воды на Земле представляется проблемой.

Наконец, такая хорошая краска стоила бы серьёзных денег в заявленных объёмах. Для покраски только 1 % поверхности планеты было бы нужно 526 млрд литров красителя и в два раза больше для окраски 2 % поверхности Земли.

Но есть и хорошая новость. В прошлом году учёные улучшили эту супербелую краску. Он стала отражать свет Солнца чуть хуже, но зато её расход сокращён более чем в два раза. Теперь для покрытия чего-то этой краской нужно наносить слой толщиной не 400 микрон, а всего 150 микрон. Что же, по крайней мере, это не так пугает, как проекты по запылению атмосферы планеты для отражения солнечного света, которые потенциально готовы рассматривать власти США и ЕС.

Белый дом опубликовал отчёт о проблемах солнечной геоинженерии, работа над которым была заложена Конгрессом в бюджет 2022 года. В отчёте рекомендовано глубже изучить проблему искусственного вмешательства в солнечную активность на нашей планете, чтобы проблема глобального потепления не превратилась в проблему недостатка освещения для растений и в сокращение флоры и фауны. Чиновники ЕС солидарны с выводами и рекомендуют не спешить.

Источник изображения: Pixabay

Отдельно Белый дом подчёркивает, что действующая администрация не собирается запускать комплексную исследовательскую программу по вопросам модификации солнечного излучения (solar radiation modification, SRM). В представленном докладе излагаются аргументы в пользу того, как должна выглядеть такая исследовательская программа и почему она может быть полезной.

Основной темой доклада стало рассмотрение солнечной геоинженерии по принципу «риск против риска», чтобы риски вмешательства не превысили риски, связанные с бездействием и с соответствующим изменением климата (потеплением). Есть целый ряд факторов, которые могут негативно повлиять на экосистему Земли, если нам вдруг удастся уменьшить интенсивность падающего на планету солнечного света. Необходим сложный научный анализ каждого из них и оценка совокупного их влияния на климат, чтобы принять взвешенное решение, а это очень и очень сложно, а сегодня и вовсе невозможно.

В то же время последствия изменения климата становятся всё более очевидными и не сулят человечеству ничего хорошего в будущем. Это переносит проекты солнечной геоинженерии из области фантастики в область научного и, возможно, практического интереса. Климатические вмешательства могут быть менее опасными, чем глобальное потепление, которое произошло бы без них.

В докладе Белого дома основное внимание уделяется двум методам солнечной геоинженерии. Во-первых, это использование стратосферных аэрозолей, например, диоксида серы. Во-вторых, это осветление (увеличение отражательной способности) облаков над морскими и океаническими акваториями за счёт внесения морской соли в восходящие потоки воздуха. Поскольку в ряде федеральных агентств уже ведутся исследования в области модификации солнечного излучения (правда, фрагментарно) и, в частности, изучение влияния вулканов на климат, то тема аэрозольного вмешательства обещает получить фундаментальную поддержку.

В докладе выражено сожаление, что исследования в области управления солнечной радиацией ограничены и не скоординированы, что оставляет существенные пробелы. Наличие плана исследований поможет Соединенным Штатам подготовиться к внедрению модификации солнечной радиации другим правительством или частным структурам.

Преимуществом управления солнечной радиацией является быстрота. «SRM даёт возможность значительно охладить планету в течение нескольких лет», — говорится в докладе.

Источник изображения: Pixabay/jplenio

При этом эксперты перечисляют потенциальные риски вмешательства в интенсивность инсоляции. Например, аэрозоли в стратосфере могут разрушить озоновый слой. Может измениться структура осадков со всеми вытекающими для растений и животных последствиями, включая повышение уровня моря и гибель экосистем, а также стагнация сельского хозяйства. Одним словом, риски необходимо изучить вплоть до количественных оценок каждого и только тогда принимать решение о модификации солнечного излучения.

Также в докладе говорится, что даже запуск программ SRM не отменяет главной стратегии — сокращения вредных выбросов в атмосферу от деятельности человека. Программа исследований по модификации солнечного излучения будет соседствовать с «основополагающими элементами смягчения последствий выбросов парниковых газов и адаптации к ним», как сказано в докладе. Тем самым программа по модификации солнечного света не является постоянным решением, а лишь вспомогательная и обратимая мера на пути к смягчению климатических опасностей.

Европейский союз также официально выступил против солнечной геоинженерии, выложив в публичное пространство соответствующий документ. «Она не является решением проблемы климата и для её внедрения недостаточно понимания последствий такого вмешательства», — сказано в докладе.

«В нынешнем состоянии развития преднамеренное вмешательство в природные системы Земли, такое как развертывание модификации солнечной радиации (SRM), представляет собой неприемлемый уровень риска для людей и окружающей среды», — резюмируют европейские законодатели. В то же время ЕС будет поддерживать международные коллективные исследования по этой теме.

Стартап Make Sunsets сообщил о запуске в небо США трёх воздушных шаров с аэрозолем диоксида серы (SO₂). Этот бесцветный газ естественным образом возникает во время вулканической деятельности. При значительных концентрациях в верхних слоях атмосферы это соединение отражает солнечные лучи обратно в космос и предотвращает нагревание земной поверхности. Искусственное распыление SO₂ теоретически способно сдержать рост глобального потепления.

Источник изображения: Make Sunsets

Научное сообщество не исключает возможности сдержать повышение глобальной температуры на Земле с помощью распыления диоксида серы. Подобная программа, например, включена в рамки подготовленного ООН Монреальского протокола. Предыдущие наблюдения за вулканической деятельностью однозначно указывают на связь выбросов диоксида серы в атмосферу со снижением средней глобальной температуры на Земле. В частности, после массивного извержения в 1991 году вулкана Пинатубо на Филиппинах в среднем глобальная температура Земли понизилась примерно на 0,4 °C. Изучение геологических отложений также указывает на связь между извержениями и климатом.

Стартап Make Sunsets пытается совместить борьбу с глобальным потеплением и коммерцию. В будущем он обещает зарабатывать на услугах по охлаждению Земли, продавая «кредиты на охлаждение». Уже сейчас до начала масштабной деятельности Make Sunsets смогла привлечь к проекту 58 клиентов и продать им 2790 «кредитов». Для развития этого направления необходимы акции и запуск воздушных шаров в небо над США можно считать одним из таких шагов.

Каждый из трёх запущенных в Неваде шаров (метеозондов) содержал 10 граммов диоксида серы. Это безвредный объём вещества и он, конечно же, никак не мог помочь в охлаждении Земли. Ранее подобные зонды компания запустила в Мексике, но после публикаций в СМИ власти этой страны запретили деятельность Make Sunsets на своей территории. Главная претензия к компании в том, что за её деятельностью не прослеживается научная работа, а последствия бездумного распыления SO₂ в воздухе могут привести к кислотным дождям, разрушению озонового слоя и респираторным заболеваниям. Никто не захочет иметь с таким дело.

Во время запуска шаров в США с ранчо вблизи Рино в штате Невада компания Make Sunsets соблюдала требования FAA к запуску подобных объектов. Два шара были оборудованы системами слежения, а один камерой. Федеральное управление гражданской авиации США требует, чтобы за воздушными шарами следили и предупреждали о траектории полёта и снижения.

Компания Make Sunsets всего этого придерживалась, и ей не было запрещено поднимать в воздух воздушные шары. Был ли распылён газ в атмосфере, не уточняется. Но он распыляется автоматически, если шар лопается по мере подъёма. Так что, скорее всего, диоксид серы был распылён в небе над США, но без какого-либо осязаемого результата и последствий, разве что для укрепления медийной репутации компании Make Sunsets. Кто-то же должен начинать это первым?

Группа учёных из Университета Юты создала ряд моделей искусственного охлаждения Земли с помощью рукотворных облаков космической пыли. Наука и общество обеспокоены проблемой глобального потепления на нашей планете, и вопрос её решения остаётся открытым. Пыль в достаточных объёмах способна рассеивать свет Солнца и уменьшит объём падающей на Землю энергии, что даст человечеству отсрочку для решения проблемы глобального потепления.

Источник изображения: Постнаука

Учёные подчёркивают, что они не владеют вопросами добычи и доставки пыли в требуемом объёме в нужную точку космического пространства для создания рукотворного пылевого экрана. Они лишь рассматривают наиболее выгодную стратегию для возможного решения и её осуществимость в принципе.

Расчёты показали, что доставка 10 млн т пыли в точку Лагранжа L₁ ослабит падающий на Землю солнечный свет на 1,8 %. Это будет эквивалентно примерно шести дням в году без Солнца. Причём эффект от такого действия будет временным, поскольку солнечный ветер и даже силы гравитации развеют пылевое облако в течение считанных дней. Нахождение пылевого щита в относительно гравитационно-устойчивой точке Лагранжа L₁ не сильно поможет для его удержания в стабильном состоянии.

Доставка 10 млн т пыли на платформу в точку L₁ для последующего распыления будет очень и очень дорогой затеей. Поэтому учёные разработали и проверили другую модель, согласно которой выбросы пыли совершаются с Луны. Это значительно снизит расходы на создание пылевого щита, поскольку надобность в специальной платформе отпадёт, запасы пыли всегда под рукой, а дальность доставки значительно меньше, чем если делать это с Земли.

«Мы не являемся экспертами в области изменения климата или ракетной техники, необходимой для перемещения массы из одного места в другое. Мы просто исследуем различные виды пыли на различных орбитах, чтобы понять, насколько эффективным может быть этот подход. Мы не хотим упустить возможность изменить ситуацию для решения столь важной проблемы», — говорят авторы работы.