Kem chống nắng hành tinh: Biến đổi bức xạ mặt trời

Phá vỡ địa kỹ thuật khí hậu Phần 3

Phần 1: Vô Tận Ẩn Số
Phần 2: Loại bỏ Carbon Dioxide trong Đại dương
Phần 4: Xem xét Đạo đức, Công bằng và Công lý

Điều chỉnh Bức xạ Mặt trời (SRM) là một hình thức địa kỹ thuật khí hậu nhằm mục đích tăng lượng ánh sáng mặt trời phản xạ trở lại không gian – để đảo ngược sự nóng lên của hành tinh. Việc tăng hệ số phản xạ này sẽ làm giảm lượng ánh sáng mặt trời chiếu tới bầu khí quyển và bề mặt Trái đất, làm mát hành tinh một cách nhân tạo. 

Thông qua các hệ thống tự nhiên, Trái đất phản xạ và hấp thụ ánh sáng mặt trời để duy trì nhiệt độ và khí hậu, tương tác với các đám mây, hạt trong không khí, nước và các bề mặt khác – bao gồm cả đại dương. Hiện nay, không có dự án SRM tự nhiên hoặc tăng cường đề xuất, vì vậy các công nghệ SRM chủ yếu rơi vào danh mục cơ học và hóa học. Các dự án này chủ yếu tìm cách thay đổi tương tác tự nhiên của Trái đất với mặt trời. Tuy nhiên, việc giảm lượng mặt trời chiếu tới đất liền và đại dương có khả năng làm đảo lộn các quá trình tự nhiên phụ thuộc vào ánh sáng mặt trời trực tiếp.

Dự án SRM cơ khí đề xuất

Trái đất có một hệ thống tích hợp kiểm soát lượng bức xạ từ mặt trời đi vào và đi ra ngoài. Nó thực hiện điều này bằng cách phản xạ và phân phối lại ánh sáng và nhiệt, giúp điều chỉnh nhiệt độ. Mối quan tâm đến thao tác cơ học và hóa học của các hệ thống này bao gồm từ việc giải phóng các hạt thông qua phun sol khí ở tầng bình lưu đến phát triển các đám mây dày hơn gần đại dương thông qua việc làm sáng các đám mây biển.

Phun sol khí tầng bình lưu (SAI) là mục tiêu giải phóng các hạt sunfat trong không khí để tăng hệ số phản xạ của trái đất, giảm lượng ánh sáng mặt trời chiếu xuống mặt đất và nhiệt bị giữ lại trong khí quyển. Về mặt lý thuyết tương tự như việc sử dụng kem chống nắng, địa kỹ thuật năng lượng mặt trời nhằm mục đích chuyển hướng một số ánh sáng mặt trời và nhiệt bên ngoài bầu khí quyển, làm giảm lượng tiếp cận bề mặt.

Lời hứa:

Khái niệm này dựa trên các hiện tượng tự nhiên xảy ra song song với các đợt phun trào núi lửa dữ dội. Năm 1991, vụ phun trào của núi Pinatubo ở Philippines đã phun khí và tro vào tầng bình lưu, phân phối một lượng lớn sulfur dioxide. Gió di chuyển sulfur dioxide trên toàn cầu trong hai năm, và các hạt hấp thụ và phản xạ đủ ánh sáng mặt trời để giảm nhiệt độ toàn cầu xuống 1 độ F (0.6 độ C).

Các mối đe dọa:

SAI do con người tạo ra vẫn là một khái niệm mang tính lý thuyết cao với một số nghiên cứu mang tính kết luận. Sự không chắc chắn này chỉ trở nên trầm trọng hơn bởi những ẩn số về thời gian các dự án bơm vốn cần thực hiện và điều gì sẽ xảy ra nếu (hoặc khi nào) các dự án SAI thất bại, bị ngừng hoặc thiếu kinh phí. Các dự án SAI có nhu cầu tiềm ẩn vô thời hạn khi chúng bắt đầu và có thể trở nên kém hiệu quả hơn theo thời gian. Hậu quả vật lý đối với việc bơm sunfat vào khí quyển bao gồm khả năng tạo ra mưa axit. Như đã thấy với các vụ phun trào núi lửa, các hạt sunfat di chuyển khắp thế giới và có thể lắng đọng ở các khu vực thường không bị ảnh hưởng bởi các hóa chất đó, làm thay đổi hệ sinh thái và thay đổi độ pH của đất. Một giải pháp thay thế được đề xuất cho sulfat dạng xịt là canxi cacbonat, một phân tử được cho là có tác động tương tự nhưng không có nhiều tác dụng phụ như sulfat. Tuy nhiên, các nghiên cứu mô hình gần đây cho thấy canxi cacbonat có thể tác động tiêu cực đến tầng ozone. Sự phản chiếu của ánh sáng mặt trời tới đặt ra những lo ngại về vốn chủ sở hữu hơn nữa. Sự lắng đọng của các hạt, không rõ nguồn gốc và có thể xảy ra trên toàn cầu, có thể tạo ra sự chênh lệch thực tế hoặc được nhận thức có thể làm trầm trọng thêm căng thẳng địa chính trị. Một dự án SAI ở Thụy Điển đã bị tạm dừng vào năm 2021 sau khi Hội đồng Saami, cơ quan đại diện của người Saami bản địa ở Thụy Điển, Na Uy, Phần Lan và Nga, chia sẻ những lo ngại về sự can thiệp của con người vào khí hậu. Phó chủ tịch của Hội đồng, Åsa Larsson Blind, tuyên bố rằng các giá trị của người Saami tôn trọng thiên nhiên và các quá trình của nó xung đột trực tiếp với loại địa kỹ thuật năng lượng mặt trời này.

Làm sáng/Sửa đổi Albedo dựa trên bề mặt nhằm mục đích tăng hệ số phản xạ của trái đất và giảm lượng bức xạ mặt trời còn sót lại trong khí quyển. Thay vì sử dụng phương pháp hóa học hoặc phân tử, làm sáng dựa trên bề mặt tìm cách tăng suất phản chiếuhay hệ số phản xạ của bề mặt trái đất thông qua những thay đổi vật lý đối với các khu đô thị, đường giao thông, đất nông nghiệp, vùng cực và đại dương. Điều này có thể bao gồm che phủ những khu vực này bằng vật liệu phản chiếu hoặc thực vật để phản xạ và chuyển hướng ánh sáng mặt trời.

Lời hứa:

Làm sáng dựa trên bề mặt dự kiến ​​sẽ cung cấp các đặc tính làm mát trực tiếp trên cơ sở cục bộ - tương tự như cách lá cây có thể che bóng mặt đất bên dưới nó. Loại dự án này có thể được thực hiện ở quy mô nhỏ hơn, tức là từ quốc gia này sang quốc gia khác hoặc thành phố này sang thành phố khác. Ngoài ra, làm sáng dựa trên bề mặt có thể giúp đảo ngược nhiệt độ gia tăng mà nhiều thành phố và trung tâm đô thị trải qua là kết quả của hiệu ứng nhiệt đảo đô thị.

Các mối đe dọa:

Ở cấp độ lý thuyết và khái niệm, làm sáng dựa trên bề mặt dường như có thể được thực hiện nhanh chóng và hiệu quả. Tuy nhiên, nghiên cứu về sửa đổi albedo vẫn còn ít và nhiều báo cáo chỉ ra khả năng xảy ra các hiệu ứng lộn xộn và chưa biết. Những nỗ lực như vậy khó có thể đưa ra một giải pháp toàn cầu, nhưng sự phát triển không đồng đều của phương pháp làm sáng bề mặt hoặc các phương pháp quản lý bức xạ mặt trời khác có thể có tác động toàn cầu không mong muốn và không thể đoán trước đối với lưu thông hoặc vòng tuần hoàn nước. Làm sáng bề mặt ở một số khu vực nhất định có thể làm thay đổi nhiệt độ khu vực và thay đổi chuyển động của các hạt và vật chất đến những điểm có vấn đề. Ngoài ra, làm sáng dựa trên bề mặt có thể gây ra sự phát triển không công bằng ở quy mô địa phương hoặc toàn cầu, làm tăng khả năng thay đổi động lực học.

Marine Cloud Brightening (MCB) sử dụng có chủ đích phun nước biển để tạo ra các đám mây tầng thấp trên đại dương, khuyến khích sự hình thành của một lớp mây sáng hơn và dày hơn. Những đám mây này ngăn không cho bức xạ tới tới đất hoặc biển bên dưới ngoài việc phản xạ bức xạ trở lại bầu khí quyển.

Lời hứa:

MCB có khả năng làm giảm nhiệt độ trên quy mô khu vực và ngăn ngừa hiện tượng tẩy trắng san hô. Nghiên cứu và thử nghiệm ban đầu đã đạt được một số thành công ở Úc, với một dự án gần đây tại Rạn san hô Great Barrier. Các ứng dụng khác có thể bao gồm gieo mây trên các sông băng để ngăn băng tan trên biển. Phương pháp hiện được đề xuất sử dụng nước biển đại dương, giảm tác động của nó đối với tài nguyên thiên nhiên và có thể được thực hiện ở bất kỳ đâu trên thế giới.

Các mối đe dọa:

Sự hiểu biết của con người về MCB vẫn chưa chắc chắn lắm. Các bài kiểm tra đã được hoàn thành là hạn chế và thử nghiệm, với các nhà nghiên cứu kêu gọi quản trị toàn cầu hoặc địa phương về đạo đức của việc thao túng các hệ sinh thái này vì mục đích bảo vệ chúng. Một số điều không chắc chắn này bao gồm các câu hỏi về tác động trực tiếp của việc làm mát và giảm ánh sáng mặt trời đối với hệ sinh thái địa phương, cũng như tác động chưa biết của việc gia tăng các hạt trong không khí đối với sức khỏe con người và cơ sở hạ tầng. Mỗi trong số này sẽ phụ thuộc vào cấu trúc của giải pháp MCB, phương pháp triển khai và lượng MCB dự kiến. Khi các đám mây hạt di chuyển qua vòng tuần hoàn nước, nước, muối và các phân tử khác sẽ quay trở lại trái đất. Tiền gửi muối có thể ảnh hưởng đến môi trường xây dựng, bao gồm cả nhà ở của con người, bằng cách tăng tốc độ xuống cấp. Những chất lắng đọng này cũng có thể làm thay đổi hàm lượng đất, ảnh hưởng đến chất dinh dưỡng và khả năng phát triển của cây trồng. Những mối quan tâm rộng rãi này làm trầy xước bề mặt của những ẩn số đi kèm với MCB.

Trong khi SAI, sửa đổi albedo và MCB hoạt động để phản xạ bức xạ mặt trời tới, thì Cirrus Cloud Thinning (CCT) xem xét việc tăng bức xạ ra ngoài. Mây ti hấp thụ và phản xạ nhiệt, dưới dạng bức xạ, trở lại trái đất. Làm mỏng mây ti đã được các nhà khoa học đề xuất để giảm nhiệt phản xạ bởi những đám mây này và cho phép nhiều nhiệt hơn thoát ra khỏi bầu khí quyển, làm giảm nhiệt độ về mặt lý thuyết. Các nhà khoa học dự đoán những đám mây này sẽ mỏng đi bằng cách phun những đám mây với các hạt để giảm tuổi thọ và độ dày của chúng.

Lời hứa:

CCT hứa hẹn sẽ làm giảm nhiệt độ toàn cầu bằng cách tăng lượng bức xạ thoát ra khỏi bầu khí quyển. Nghiên cứu hiện tại chỉ ra rằng điều này sửa đổi có thể tăng tốc vòng tuần hoàn nước, tăng lượng mưa và mang lại lợi ích cho các khu vực dễ bị hạn hán. Nghiên cứu mới tiếp tục chỉ ra rằng việc giảm nhiệt độ này có thể giúp băng biển chậm tan và hỗ trợ trong việc duy trì chỏm băng cực. 

Các mối đe dọa: 

Báo cáo của Ủy ban liên chính phủ về biến đổi khí hậu (IPCC) năm 2021 về biến đổi khí hậu và khoa học vật lý đã chỉ ra rằng CCT không được hiểu rõ. Điều chỉnh thời tiết kiểu này có thể thay đổi mô hình lượng mưa và gây ra những tác động chưa biết đối với hệ sinh thái và nông nghiệp. Các phương pháp hiện được đề xuất cho CCT bao gồm phun các đám mây bằng vật chất dạng hạt. Mặc dù một lượng hạt nhất định được cho là sẽ góp phần làm mỏng mây, nhưng việc phun quá nhiều hạt thay vào đó có thể gieo những đám mây. Những đám mây hạt giống này có thể trở nên dày hơn và giữ nhiệt, thay vì trở nên mỏng hơn và giải phóng nhiệt. 

Gương không gian là một phương pháp khác mà các nhà nghiên cứu đã đề xuất để chuyển hướng và chặn ánh sáng mặt trời chiếu tới. Phương pháp này gợi ý đặt các đồ vật phản chiếu cao trong không gian để chặn hoặc phản xạ bức xạ mặt trời tới.

Lời hứa:

Gương không gian được dự đoán sẽ giảm lượng bức xạ vào bầu khí quyển bằng cách ngăn chặn nó trước khi nó đến hành tinh. Điều này sẽ dẫn đến ít nhiệt đi vào bầu khí quyển và làm mát hành tinh.

Các mối đe dọa:

Các phương pháp dựa trên không gian mang tính lý thuyết cao và đi kèm với một thiếu văn học và dữ liệu thực nghiệm. Những ẩn số về tác động của loại dự án này chỉ là một phần trong những mối quan tâm của nhiều nhà nghiên cứu. Những lo ngại khác bao gồm tính chất tốn kém của các dự án không gian, tác động trực tiếp của việc chuyển hướng bức xạ trước khi đến bề mặt trái đất, tác động gián tiếp của việc giảm hoặc loại bỏ ánh sáng của các vì sao đối với động vật biển. dựa vào điều hướng thiên thể, tiềm năng rủi ro chấm dứtvà thiếu quản trị không gian quốc tế.

Hướng tới một tương lai mát mẻ hơn?

Bằng cách chuyển hướng bức xạ mặt trời để giảm nhiệt độ hành tinh, quản lý bức xạ mặt trời cố gắng giải quyết một triệu chứng của biến đổi khí hậu hơn là giải quyết vấn đề trực tiếp. Lĩnh vực nghiên cứu này đầy rẫy những hậu quả không lường trước được. Ở đây, đánh giá rủi ro-rủi ro là rất quan trọng để xác định xem rủi ro của một dự án có xứng đáng với rủi ro đối với hành tinh hay rủi ro biến đổi khí hậu hay không trước khi thực hiện bất kỳ dự án nào trên quy mô lớn. Khả năng ảnh hưởng đến toàn bộ hành tinh của các dự án SRM cho thấy sự cần thiết của bất kỳ phân tích rủi ro nào bao gồm việc xem xét rủi ro đối với môi trường tự nhiên, làm trầm trọng thêm căng thẳng địa chính trị và tác động đối với sự gia tăng bất bình đẳng toàn cầu. Với bất kỳ kế hoạch nào nhằm thay đổi khí hậu của một khu vực hoặc toàn bộ hành tinh, các dự án phải tập trung vào các cân nhắc về sự công bằng và sự tham gia của các bên liên quan.