Геоинженерия климата. Опасные эксперименты по «починке» атмосферы Земли
Вы просматриваете новости, и вдруг натыкаетесь на заголовок, от которого хочется зажмуриться. Ученые из Гарварда планируют распылить в стратосфере миллионы тонн сульфатов, чтобы отразить солнечный свет и охладить планету. Где-то в Тихом океане корабли высыпают в воду тонны железной пыли, чтобы спровоцировать цветение водорослей, которые поглотят углекислый газ. А в небе над Аризоной дрон распыляет загадочные аэрозоли, и местные жители уже пишут петиции о том, что им травят небо.
Добро пожаловать в мир геоинженерии климата - самой амбициозной, пугающей и спорной области современной науки. Это не про сортировку мусора и не про электромобили. Это про то, чтобы взять и починить атмосферу Земли, как сломанный кондиционер, с помощью молотка побольше. Идея проста до безумия - если мы не можем перестать греть планету, давайте попробуем ее охладить искусственно. Но за этой простотой скрываются такие риски, от которых у многих ученых волосы встают дыбом.
В этом материале мы разберем, какие именно эксперименты по геоинженерии уже проводятся или планируются, почему некоторые страны готовы в одиночку запустить эти процессы, и чем нам грозит идея сыграть в Бога с климатом всей планеты.
Что такое геоинженерия и почему о ней заговорили именно сейчас
Геоинженерия климата - это целенаправленное крупномасштабное вмешательство в климатическую систему Земли для противодействия глобальному потеплению. Звучит как сюжет для фантастического фильма, но на самом деле эта идея родилась еще в тысяча девятьсот шестьдесят пятом году, когда президент США Линдон Джонсон получил доклад, в котором впервые предупреждалось об опасности изменения климата из-за сжигания ископаемого топлива. В том же докладе упоминалась мысль - а что, если мы можем как-то компенсировать эти изменения?
Два больших направления
Вся геоинженерия делится на две большие категории, которые принципиально отличаются по подходу.
Первая - это управление солнечной радиацией, или Solar Radiation Management, SRM. Идея в том, чтобы уменьшить количество солнечного света, достигающего поверхности Земли. Как? Вариантов много - распылить отражающие частицы в стратосфере, сделать облака ярче, растянуть гигантские зеркала в космосе или даже выбросить в океан миллионы маленьких плавающих шариков, которые будут отражать свет. Все эти методы не убирают углекислый газ из атмосферы, они просто маскируют симптом. Как аспирин при температуре - не лечит, но облегчает состояние.
Вторая категория - это удаление углекислого газа, или Carbon Dioxide Removal, CDR. Здесь подход другой - мы пытаемся физически убрать CO2 из атмосферы. Сюда входит удобрение океана железом, создание искусственных деревьев, которые всасывают углерод, ускоренное выветривание горных пород и даже распыление морской соли в воздухе для создания более ярких облаков. Эти методы работают медленнее, но они лечат причину, а не симптом.
Почему именно сейчас
Казалось бы, идея геоинженерии существовала десятилетиями, но только в последние десять-пятнадцать лет она перешла из разряда безумных теорий в область реальных исследований. Причина проста - мы провалили климатические переговоры. Парижское соглашение поставило цели, но страны их не выполняют. Выбросы CO2 продолжают расти, а не снижаться. Ученые, которые всю жизнь верили, что человечество сможет договориться и сократить выбросы, начали тихо паниковать.
Появился термин termination shock - шок прекращения. Это сценарий, при котором мы начинаем геоинженерные эксперименты, а потом вынуждены их резко остановить из-за войны, экономического кризиса или политической смены курса. В этот момент вся накопленная разница температур обрушится на планету за несколько лет, и экосистемы просто не успеют адаптироваться. Это как если бы вы держали мяч под водой, а потом резко отпустили - он выскочит с удвоенной силой.
Именно поэтому многие ученые, которые раньше были категорически против геоинженерии, теперь говорят - нам нужно хотя бы изучить эту возможность, чтобы понимать риски. Потому что если климатический кризис выйдет из-под контроля, у нас может не быть другого выбора.
Стратосферное затемнение: самая обсуждаемая и пугающая идея
Самый известный и одновременно самый спорный метод геоинженерии - это распыление аэрозолей в стратосфере. Идея не нова, она подсмотрена у самой природы. В тысяча девятьсот девяносто первом году вулкан Пинатубо на Филиппинах выбросил в стратосферу около двадцати миллионов тонн диоксида серы. Этот газ превратился в мельчайшие капельки серной кислоты, которые разлетелись по всему земному шару и создали тонкую дымку, отражающую солнечный свет. В результате средняя температура планеты упала примерно на полградуса на полтора-два года.
Проект SCoPEx: гарвардский эксперимент, который так и не взлетел
В две тысячи девятнадцать году группа ученых из Гарварда во главе с физиком Дэвидом Китом объявила о проекте SCoPEx - Stratospheric Controlled Perturbation Experiment. Идея была простой - запустить специальный воздушный шар на высоту около двадцати километров и выпустить оттуда небольшое количество карбоната кальция - около ста килограммов. Это не сера, а обычный мел, который считается более безопасным вариантом. Ученые хотели просто посмотреть, как частицы будут вести себя в стратосфере, не пытаясь охладить планету.
Бюджет проекта составлял около трех миллионов долларов, и он должен был стать первым в мире контролируемым экспериментом по геоинженерии в стратосфере. Но тут началось то, что можно назвать первым глобальным конфликтом вокруг геоинженерии.
Коренные народы Мексики, организации саамов в Скандинавии, экологические группы со всего мира объединились и потребовали отменить эксперимент. Их аргумент был простым - даже маленький эксперимент создает прецедент. Если мы разрешим сегодня распылить сто килограммов мела, завтра кто-то распылит миллион тонн серы. А если что-то пойдет не так, отвечать будет некому.
В две тысячи двадцать первом году проект был фактически заморожен. Воздушный шар так и не поднялся в небо. Но сама идея осталась, и исследования продолжаются в компьютерных моделях.
Проект MAKE-IT и моделирование последствий
После провала SCoPEx Дэвид Кит и его коллеги запустили проект MAKE-IT - Modeling and Assessment of the Kigali Extension of the ITerrestrial system. Это чисто компьютерная модель, которая пытается предсказать, что именно произойдет, если мы распылим аэрозоли в стратосфере.
Результаты оказались тревожными. Модели показывают, что стратосферное затемнение действительно снизит глобальную температуру, но сделает это неравномерно. Арктика будет охлаждаться быстрее, тропики - медленнее. Это изменит режим муссонов, от которых зависят миллиарды людей в Индии, Африке и Юго-Восточной Азии. Сдвиг муссонных дождей всего на пару недель может привести к голоду для сотен миллионов человек.
Кроме того, аэрозоли в стратосфере будут разрушать озоновый слой. Модели показывают, что масштабное распыление серы может отбросить восстановление озоновой дыры над Антарктидой на десятилетия назад. А это значит больше ультрафиолета, больше рака кожи, больше проблем с экосистемами океана.
Кто может нажать на кнопку
Самый пугающий вопрос в стратосферной геоинженерии - кто будет принимать решение. Для того чтобы охладить планету на один градус, нужно распылять в стратосфере около пяти миллионов тонн серы ежегодно. Это стоит примерно восемнадцать миллиардов долларов в год - копейки по сравнению с глобальной экономикой.
Теоретически одна страна или даже один очень богатый человек может принять решение начать геоинженерный эксперимент в одиночку. Представьте, что небольшая островная страна, которой угрожает подъем уровня моря, решает, что ждать больше нельзя, и начинает распыление. Или что миллиардер-филантроп решает спасти человечество своими силами. У него есть деньги, есть технологии, и нет механизма, который мог бы его остановить.
Это создает колоссальную проблему глобального управления. Сегодня нет ни одного международного договора, который бы регулировал геоинженерию климата. Есть только несколько резолюций Конвенции о биологическом разнообразии, которые призывают к осторожности, но не имеют юридической силы.
Осеменение океана: удобрение морей железом
Вторая большая категория геоинженерии - это удаление CO2 из атмосферы. И один из самых известных методов здесь - это удобрение океана железом. Идея принадлежит океанографу Джону Мартину, который в тысяча девятьсот восемьдесят восьмом году авторитетно заявил - дайте мне полтанкера железа, и я устрою вам ледниковый период.
Как это работает
В некоторых регионах океана, особенно в Южном океане вокруг Антарктиды, фитопланктон не может размножаться в больших количествах, потому что ему не хватает железа. Этот микроэлемент - главный ограничивающий фактор. Если высыпать в воду железную пыль, фитопланктон начинает бурно размножаться, поглощая CO2 из атмосферы в процессе фотосинтеза. Когда эти организмы умирают, часть из них опускается на дно океана, унося с собой углерод. Теоретически этот углерод может быть захоронен на сотни или тысячи лет.
Эксперимент LOHAFEX и другие попытки
В две тысячи девятом году Индия и Германия провели совместный эксперимент LOHAFEX в Южном Атлантическом океане. Исследователи высыпали в воду около шести тонн сульфата железа на площади около трехсот квадратных километров. Результат оказался разочаровывающим. Цветение фитопланктона действительно началось, но оно было слабым и непродолжительным. Большинство организмов было съедено зоопланктоном, и только малая часть углерода ушла на дно.
До этого были и другие эксперименты - SOIREE в две тысячи первом году, EisenEx в две тысячи четвертом. Все они показали примерно одно и то же - эффект есть, но он гораздо меньше, чем предсказывали модели. И главное, никто не знает, какие долгосрочные последствия будет иметь массовое удобрение океана.
Риски для морской экосистемы
Проблема в том, что океан - это не просто вода с растворенными веществами. Это сложнейшая экосистема, в которой все связано со всем. Массовое цветение фитопланктона может привести к нескольким негативным последствиям.
Во-первых, когда огромная масса органики начинает разлагаться, она потребляет кислород. Это может создать мертвые зоны - области, где из-за нехватки кислорода погибает вся жизнь. Такие зоны уже существуют в Мексиканском заливе и Балтийском море из-за сельскохозяйственных стоков, и геоинженерия может только усугубить проблему.
Во-вторых, изменение баланса питательных веществ может привести к цветению токсичных водорослей, которые производят нейротоксины. Эти токсины накапливаются в рыбе и моллюсках, делая их опасными для человека.
В-третьих, никто не знает, как массовое удобрение одних регионов океана повлияет на другие. Океанские течения переносят вещества на огромные расстояния, и эффект может проявиться совсем не там, где его ожидали.
Несмотря на эти риски, частные компании продолжают эксперименты. В две тысячи двадцать втором году американская компания Haida Restoration Services высыпала в Тихом океан у берегов Британской Колумбии около ста тонн железной пыли. Местные коренные народы были в ярости, потому что эксперимент проводился без их согласия. Компания утверждала, что это был проект по восстановлению популяции лосося, а не геоинженерия, но критики считают, что это была именно геоинженерная манипуляция.
Осветление облаков: идея из мира парусного флота
Третий метод управления солнечной радиацией - это так называемое морское осветление облаков, или Marine Cloud Brightening. Идея звучит почти фантастически - сделать морские облака ярче, чтобы они лучше отражали солнечный свет.
Как это работает
Морские облака образуются, когда водяной пар конденсируется вокруг крошечных частиц - так называемых ядер конденсации. В естественных условиях этими ядрами чаще всего являются кристаллы морской соли, которые поднимаются в воздух с брызг волн. Если распылить в воздухе над океаном мельчайшие капли соленой воды, они высохнут и превратятся в крошечные кристаллы соли, которые поднимутся в облака. Там они станут дополнительными ядрами конденсации, и облака станут состоять из большего количества более мелких капель. Такие облака выглядят белее и лучше отражают солнечный свет.
Эту идею впервые предложил в тысяча девятьсот девятом году Джон Латам из Национального центра атмосферных исследований в США. Он подсчитал, что если осветлить всего десять процентов морских облаков, это может компенсировать эффект удвоения концентрации CO2 в атмосфере.
Проект Silver Lining и реальные испытания
В две тысячи двадцать первом году исследователи из Северо-Западного университета в США запустили проект Silver Lining - Серебряная Подкладка. Они разработали специальные распылители, которые создают капли морской воды размером около ста пятидесяти нанометров - именно такой размер нужен, чтобы частицы поднимались в облака. Первые испытания проводились в лабораториях, а затем на корабле в Сан-Франциско.
В две тысячи двадцать третьем году австралийские ученые провели первый крупный полевой эксперимент у побережья Квинсленда. Они распыляли морскую соль из специального судна и наблюдали, как это влияет на образование облаков над Большим Барьерным рифом. Цель была благородной - защитить кораллы от обесцвечивания из-за повышения температуры воды. Результаты показали, что осветление облаков действительно работает - облака становились ярче и отражали больше света. Температура воды под ними была на полградуса ниже, чем в контрольной зоне.
Но даже этот локальный эксперимент вызвал споры. Экологи опасались, что изменение облачного покрова может повлиять на режим осадков в регионе, а это скажется на тропических лесах и сельском хозяйстве.
Масштабирование и его проблемы
Чтобы реально повлиять на глобальный климат, нужно распылять морскую соль над огромными площадями океана. По оценкам, для этого потребуется флот из тысяч специальных кораблей, работающих круглосуточно. Это колоссальные затраты и огромные риски непредвиденных последствий.
Кроме того, эффект от осветления облаков очень локальный и кратковременный. Как только распыление прекращается, облака возвращаются к нормальному состоянию за несколько дней. Это значит, что геоинженерию нужно проводить постоянно, десятилетиями или даже столетиями. И если ее внезапно прекратить, произойдет тот самый termination shock - резкий скачок температуры, к которому экосистемы не успеют адаптироваться.
Искусственные деревья и ускоренное выветривание: медленная, но безопасная геоинженерия
Не все методы геоинженерии одинаково пугающие. Есть подходы, которые работают медленнее, но не несут таких катастрофических рисков, как распыление аэрозолей в стратосфере.
Прямой захват воздуха: Climeworks и его конкуренты
Мы уже писали о компании Climeworks в статье про улавливание углерода, но стоит упомянуть ее и здесь. Их установка Orca в Исландии - это, по сути, форма геоинженерии, только очень локальная и безопасная. Она буквально высасывает CO2 из воздуха и закачивает его под землю, где газ превращается в камень.
Проблема в том, что такие установки невероятно дорогие. Сегодня стоимость удаления одной тонны CO2 составляет от шестисот до тысячи долларов. Чтобы убрать все антропогенные выбросы, нужно построить миллионы таких установок. Это возможно, но очень дорого.
Тем не менее, это один из самых безопасных методов геоинженерии. Он не влияет на погоду, не создает непредвиденных последствий, и его эффект полностью обратим - если мы перестанем удалять CO2, ничего катастрофического не произойдет.
Ускоренное выветривание горных пород
В природе есть процесс, который называется химическим выветриванием. Когда дождь, содержащий растворенный CO2, попадает на горные породы, происходит химическая реакция, в которой углекислый газ связывается с минералами и в конечном итоге попадает в океан в виде бикарбонатов. Этот процесс естественным образом удаляет из атмосферы около миллиарда тонн CO2 в год.
Идея геоинженерии здесь проста - ускорить этот процесс. Можно размалывать горные породы, например базальт или оливин, в мелкую пыль и рассыпать ее на сельскохозяйственных полях. Дождевая вода будет быстрее реагировать с пылью, и процесс поглощения CO2 ускорится в десятки раз.
Этот метод имеет дополнительное преимущество - размолотые породы содержат полезные минералы, которые могут улучшить качество почвы и увеличить урожайность. По некоторым оценкам, ускоренное выветривание на всех сельскохозяйственных землях мира может удалять до четырех миллиардов тонн CO2 в год.
Но и здесь есть проблемы. Масштабная добыча и размол горных пород требуют огромных затрат энергии. Если эта энергия будет получена из ископаемого топлива, эффект будет нулевым или отрицательным. Кроме того, некоторые породы могут содержать тяжелые металлы, которые попадут в почву и воду.
Космические зеркала и другие экзотические идеи
Помимо относительно реалистичных методов, есть и совсем экзотические предложения, которые звучат как научная фантастика, но на самом деле серьезно обсуждаются в научном сообществе.
Космические отражатели
Еще в тысяча девятьсот двадцать третьем году немецкий инженер Герман Оберт предложил разместить в космосе гигантские зеркала, которые будут отражать часть солнечного света от Земли. Идея периодически возвращается, и сегодня существуют реальные проекты.
Компания Space Mirror из США разрабатывает концепцию размещения тонких отражающих пленок в точке Лагранжа L1 - это точка между Землей и Солнцем, где гравитационные силы уравновешиваются, и объект может оставаться неподвижным относительно обеих планет. Чтобы заблокировать один процент солнечного света, нужно разместить отражатель площадью около миллиона квадратных километров - это размер Египта.
Стоимость такого проекта оценивается в триллионы долларов, и для его реализации потребуется запуск тысяч ракет. Но теоретически это самый контролируемый метод геоинженерии - зеркала можно повернуть, изменить их положение или вообще убрать, если что-то пойдет не так.
Инъекция морских облаков из космоса
Есть и более экзотические предложения - например, распыление частиц в стратосфере с помощью высотных самолетов или даже артиллерийских орудий. В две тысячи седьмом году физик Эдвард Теллер, один из создателей водородной бомбы, предложил использовать специальные орудия для стрельбы снарядами с аэрозолями на высоту двадцать километров.
Эти идеи кажутся безумными, но они серьезно обсуждаются в научных журналах. Проблема в том, что любая технология, которая может использоваться для охлаждения планеты, может быть использована и для ее нагрева. Если одна страна распыляет аэрозоли, чтобы охладить планету, другая может распылять их в другом месте, чтобы компенсировать эффект и сохранить свою территорию теплой. Это создает основу для новых видов климатических войн.
Этика геоинженерии: кто имеет право решать за всех
Самый сложный вопрос в геоинженерии - это не технический, а этический. Кто имеет право принимать решения о том, какой должна быть температура на планете?
Проблема морального риска
Критики геоинженерии указывают на так называемый моральный риск. Если у человечества появится возможность охладить планету искусственно, исчезнет мотивация сокращать выбросы. Зачем переходить на возобновляемую энергетику, зачем менять экономическую модель, если можно просто распылить немного серы в стратосфере?
Этот аргумент очень силен. Уже сегодня нефтяные компании активно финансируют исследования по геоинженерии, и многие экологи подозревают, что они делают это именно для того, чтобы создать альтернативу реальному сокращению выбросов. Если геоинженерия станет популярной, это даст индустрии ископаемого топлива оправдание продолжать свою деятельность.
Проблема распределения последствий
Даже если геоинженерия сработает и охладит планету, эффект будет неравномерным. Модели показывают, что стратосферное затемнение может охладить тропики, но изменить режим осадков. Это может привести к засухам в одних регионах и наводнениям в других. Страны, которые и так страдают от нехватки воды, могут пострадать еще больше.
При этом страны, которые выиграют от геоинженерии - например, Россия, которая получит более теплый климат и доступ к арктическим ресурсам - будут лоббировать продолжение экспериментов. А страны, которые проиграют - небольшие островные государства, страны Африки и Южной Азии - не будут иметь голоса в принятии решений.
Проблема согласия
Сегодня ни один человек на Земле не давал согласия на геоинженерные эксперименты. Мы все являемся подопытными в глобальном эксперименте по изменению климата, но если выбросы CO2 - это побочный эффект нашей экономической деятельности, то геоинженерия - это целенаправленное вмешательство, которое затрагивает каждого.
Некоторые философы и юристы предлагают создать международный орган, который будет регулировать геоинженерию, похожий на МАГАТЭ в атомной энергетике. Но как заставить страны подчиняться решениям этого органа? Что делать, если одна страна решит действовать в одиночку?
Геополитика геоинженерии: новые линии конфликта
Геоинженерия создает совершенно новые линии геополитического конфликта. Представьте ситуацию - Индия и Пакистан зависят от муссонов, которые питают их сельское хозяйство. Если геоинженерный эксперимент в Северном полушарии сдвинет муссоны, это может привести к голоду для сотен миллионов людей. Будет ли Индия готова принять это спокойно? Или она ответит военными действиями против страны, которая проводила эксперимент?
Климатическое оружие
Теоретически геоинженерия может быть использована как оружие. Если одна страна сможет локально изменять погоду на территории противника - вызывать засухи или наводнения - это будет мощнейшее оружие массового поражения, против которого нет защиты.
Конвенция ООН тысяча девятьсот семьдесят седьмого года запрещает использование методов изменения окружающей среды в военных целях. Но эта конвенция писалась до появления современных геоинженерных технологий, и она не покрывает все возможные сценарии.
Гонка за контроль
Сегодня США, Китай и Россия активно инвестируют в исследования по геоинженерии. Каждая страна хочет контролировать эту технологию, потому что понимает ее стратегическое значение. Тот, кто первым освоит геоинженерию, получит колоссальное влияние на мировую политику.
Китай уже проводит масштабные эксперименты по управлению погодой - так называемые операции по вызову искусственных дождей. Во время Олимпийских игр в Пекине в две тысячи восьмом году китайские военные расстреляли тысячи ракет с йодидом серебра в облака, чтобы предотвратить дождь во время церемонии открытия. Сегодня китайская программа модификации погоды охватывает миллионы квадратных километров.
Россия также активно работает в этой области. В две тысячи двадцать первом году Россия одобрила программу геоинженерных исследований, хотя детали программы не разглашаются. Известно, что российские ученые изучают возможности управления облачностью и осадками.
Что будет дальше: сценарии будущего
Как будет развиваться ситуация с геоинженерией в ближайшие десятилетия? Есть несколько возможных сценариев.
Сценарий первый: постепенное внедрение
В этом сценарии человечество продолжает сокращать выбросы, но недостаточно быстро. Температура продолжает расти, и к две тысячи сороковым годам становится очевидно, что целей Парижского соглашения мы не достигнем. В этот момент начинается осторожное внедрение геоинженерии - сначала локальные эксперименты по удалению CO2, затем, возможно, ограниченное стратосферное затемнение.
Это самый вероятный сценарий, но он требует колоссальных инвестиций в исследования и создания международных механизмов управления.
Сценарий второй: односторонние действия
В этом сценарии климатический кризис ускоряется, и одна страна или группа стран решает действовать в одиночку. Это может быть маленькая островная страна, которой угрожает подъем уровня моря, или богатая страна, которая хочет защитить свою экономику от последствий потепления.
Такие односторонние действия приведут к международному конфликту. Страны, которые пострадают от геоинженерии, будут требовать ее прекращения, и возможно, будут действовать в ответ. Это самый опасный сценарий.
Сценарий третий: глобальный мораторий
В этом сценарии международное сообщество осознает риски геоинженерии и вводит полный мораторий на любые эксперименты. Это самый безопасный, но и самый нереалистичный сценарий, потому что его невозможно контролировать. Всегда найдется страна или частная компания, которая решит провести эксперимент тайно.
Право на опасный эксперимент
Геоинженерия климата - это не хорошо и не плохо. Это неизбежность. Мы уже проводим глобальный эксперимент над климатом Земли, просто до сих пор мы делали это вслепую, выбрасывая триллионы тонн CO2 в атмосферу. Геоинженерия - это попытка взять этот эксперимент под контроль, но она же создает новые, возможно, еще более серьезные риски.
Главный урок, который мы должны извлечь из истории с геоинженерией, - это то, что у нас нет выбора, кроме как сокращать выбросы. Все методы геоинженерии - это временные заплатки, которые не решают корневую проблему. Они могут дать нам время, но они не спасут нас, если мы продолжим жить так, как живем сейчас.
Но если мы все же окажемся в ситуации, когда выбор будет стоять между геоинженерией и климатической катастрофой, нам нужно быть готовыми. Нам нужны исследования, которые покажут, что работает, а что нет. Нам нужны международные механизмы управления, которые предотвратят односторонние действия. И нам нужно открытое общественное обсуждение, потому что решения о геоинженерии затрагивают каждого человека на планете.
Геоинженерия - это признание нашего поражения в борьбе с изменением климата. Но это также и проявление человеческой изобретательности, которая не хочет сдаваться перед лицом катастрофы. Вопрос только в том, сможем ли мы использовать эту изобретательность мудро, или она станет нашим последним изобретением.