Coraz goręcej. Czy możemy schłodzić Ziemię wybielając chmury albo nawożąc oceany?

Ostatnie osiem lat było najcieplejsze w historii pomiarów temperatury. Emitowany przez nas dwutlenek węgla i inne gazy cieplarniane powodują stałe podnoszenie średniej temperatury na Ziemi. Od początków epoki przemysłowej (czyli końca XVIII wieku) wzrosła już o 1,15 ºC. Jednak lądy nagrzewają się szybciej i są już o 1,59 stopnia cieplejsze.

Jest to też średnia dla całego globu. Im bliżej biegunów, tym wzrost średnich temperatur jest większy. Choćby dlatego, że gdy znika lód, ciemniejsze wody i lądy pochłaniają więcej słonecznego ciepła. Z tego powodu w Europie jest już około dwa stopnie cieplej niż wiek temu.

Skoro nasza cywilizacja ogrzała planetę – czy nie da jej się jakoś schłodzić? Prawdopodobnie tak. Jest na to kilka sposobów.

Kosmiczny parasol

Chłodzenie Ziemi nie jest wcale pomysłem nowym. Wysunął go już fizyk Hermann Oberth w latach dwudziestych ubiegłego wieku. Chciał w kosmosie umieścić wielkie lustra o średnicy od 100 do 300 kilometrów.

Mogłyby zacieniać wybrane obszary Ziemi, a inne ogrzewać kierując na nie więcej słońca. Na przykład schłodzić okolice równika i ogrzać podbiegunowe. Brzmi fantastycznie, ale nikt się na to nie porwał.

Pod koniec lat osiemdziesiątych ubiegłego wieku wysunięto inny pomysł – rodzaj kosmicznej przesłony, która miałaby znaleźć się pomiędzy Ziemią a Słońcem i zmniejszyć ilość docierającego do nas światła. Z technicznych względów musiałby to być rój mniejszych obiektów, a nie jednolity, gigantyczny żagiel.

Z późniejszych wyliczeń wynikało, że wystarczyłoby zatrzymać 2 procent energii słonecznej, by zatrzymać globalne ocieplenie. Jedna z propozycji sugerowała rój niewielkich dysków o średnicy 60 centymetrów umieszczonych w punkcie libracyjnym (zwanym punktem Lagrange’a), gdzie równoważy się przyciąganie Słońca i Ziemi, około 1,5 miliona kilometrów od naszej planety.

Problem polega na tym, że dysków tych powinno być mrowie – wyliczenia mówią o kilkunastu bilionach. Nawet gdyby każdy ważył mniej niż gram i codziennie wynoszono na orbitę ładunek rzędu stu ton (czyli setki milionów), cała operacja umieszczenia ich w kosmosie trwałaby, jak można wyliczyć, setki tysięcy dni – czyli kilka stuleci.

Może jest jakaś bardziej praktyczna metoda na schłodzenie planety?

Rozpylanie cząstek w atmosferze? To już znamy

Inny sposób to naśladowanie wulkanów. Prócz dwutlenku węgla ich erupcje wyrzucają w powietrze także pyły i dwutlenek siarki. Pyły są na tyle ciężkie, że dość szybko opadają. Inaczej ma się rzecz z cząstkami dwutlenku siarki, które odbijają energię Słońca.

Gdyby wypuścić dwutlenek siarki na wysokości powyżej 10 kilometrów, miałby szanse unosić się tam przez kilka lat. Wiemy to, bo dzieje się tak po każdej większej erupcji wulkanu. Po erupcji wulkanu Pinatubo w 1991 roku (drugiej największej w ubiegłym stuleciu) średnia temperatura Ziemi na dwa lata spadła o 0,5 stopnia Celsjusza.

Na tej podstawie wiadomo mniej więcej ile dwutlenku siarki trzeba by rozpylić wysoko w atmosferze, by schłodzić Ziemię o jeden stopień – czyli przywrócić temperatury sprzed czasów globalnego ocieplenia klimatu.

Jest z tym pomysłem zasadniczy problem. Dwutlenek siarki w połączeniu z wodą tworzy kwas siarkowy. Prędzej czy później spada w postaci kwaśnego deszczu. Zakwaszenie wody szkodzi organizmom wodnym, zaś zakwaszenie gleby – roślinom.

Skutki kwaśnego deszczu w Górach Izerskich:

Trudniej przewidzieć inne uboczne skutki tej metody. Schładzanie całej atmosfery może zaburzyć obieg wody. W jednych miejscach wywołać ulewne deszcze – w innych długotrwałe susze.

Fizycznie jest więc to możliwe – ale nie jest to dobry sposób na chłodzenie Ziemi.

Wybielanie chmur

Innym sposobem na schłodzenie globu jest „wybielanie chmur”. Pomysł wysunął John Latham, brytyjski fizyk, już w 1990 roku. Polega na tym, by rozpylać nad oceanami drobiny morskiej soli. Na drobinach kondensować ma się para wodna, więc chmur powinno powstawać więcej.

Jednak bardziej istotne jest to, że takie chmury będą składać się z drobniejszych niż zazwyczaj kropel wody. A im drobniejsze krople, tym jaśniejsza chmura. Zasiane w ten sposób ławice stratocumulusów powinny odbijać więcej słońca.

Latham i inni autorzy w 2008 roku wyliczali, że w ten sposób można by zniwelować efekt dwukrotnego wzrostu stężenia dwutlenku węgla w atmosferze (do czego jest blisko, z historycznych 280 ppm, czyli części na milion, podnieśliśmy je już do 420 ppm). Inaczej licząc, obniżyłoby to temperatury o około 3 stopnie.

Te wyliczenia nie są do końca pewne. Wpływ chmur na klimat jest na tyle złożony, że większość modeli klimatycznych go nie uwzględnia lub przyjmuje efekt jako zerowy. Wszakże chmury nie tylko zmniejszają dopływ słońca, ale i zatrzymują ciepło przy powierzchni Ziemi.

A do tego, jak podkreśla IPCC w ostatnim raporcie klimatycznym, wpływ aerozoli na powstawanie chmur stanowi nadal wyzwanie dla modeli klimatu.

Ten eksperyment już się odbył

Eksperymenty z dwutlenkiem siarki i chmurami ludzkość już przeprowadziła na niewielką skalę – tyle że dokładnie odwrotnie.

Do stycznia 2020 roku paliwo okrętowe mogło zawierać do 3,5 procent siarki. Od tego czasu może zawierać maksymalnie 0,5 procent. Od trzech lat statki emitują do atmosfery średnio o 70 procent mniej dwutlenku siarki. To zmniejszyło jego światowe emisje o mniej więcej jedną dziesiątą.

Analizy wskazują na to, że mniejsza ilość zanieczyszczeń w okrętowym paliwie przez ostatnie trzy lata zmniejszyła liczbę chmur na szlakach żeglugi statków. A to mogło przyczynić się do dodatkowego wzrostu temperatury na Ziemi.

Efekt ten jest niewielki. Szacunki mówią o ociepleniu rzędu 0,05 stopnia. Do połowy tego stulecia brak zanieczyszczeń z kominów statków może dorzucić 0,25 stopnia do ogólnego wzrostu temperatury na Ziemi.

Wychodzi jednak na to, że chmury, przynajmniej te nad oceanami, schładzają Ziemię. Odpowiedź na pytanie „rozpylać sól nad oceanami, czy nie” wydaje się z pozoru oczywista – rozpylać. Na pewno jest to lepszy sposób niż dymy z kominów statków.

Kto jednak miałby tę sól rozpylać? I kto miałby za to zapłacić? Póki nie rozwiążemy tych praktycznych kwestii, nici ze schładzania za pomocą „wybielania chmur”...

Nawożenie, ale oceanów

Brytyjscy uczeni z Centrum Naprawy Klimatu przy Uniwersytecie w Cambridge planują wysłanie trzech statków w różne miejsca globu. Mają zrzucać do wody bogaty w żelazo piasek – donosił tygodnik “New Scientist” w 2021 roku.

Po co? Żelazo jest ważnym mikroelementem potrzebnym morskiemu fitoplanktonowi, czyli mikroorganizmom wiążącym dwutlenek węgla w procesie fotosyntezy – do wzrostu. Więcej żelaza to więcej fitoplanktonu, który pochłonie więcej CO2. Po śmierci mikroorganizmy opadają na dno, więc dwutlenek węgla pozostaje na dnie oceanów na miliony lat.

Badacze z Cambridge szacują, że można by w ten sposób usunąć z atmosfery 10 do 30 gigaton dwutlenku węgla rocznie. To bardzo dużo, zważywszy, że każdego roku ludzkość produkuje 40 gigaton.

To jednak bardzo niepewne wyliczenia. Prowadzono już kilkanaście mniejszych eksperymentów z użyźnianiem oceanów. Zmierzenie ile dwutlenku węgla można w ten sposób usunąć, okazało się trudne.

Rob Bellamy z Uniwersytetu Manchesterskiego twierdzi, że wyliczenia badaczy z Cambridge są na wyrost. W ten sposób można by związać co najwyżej 1 do 3 gigaton, czyli bardzo niewiele. Kto poza tym miałby nawozić oceany i (znów) za to zapłacić?

Nikomu też nie udało się oszacować, jak takie nawożenie zwiększa zagrożenie zakwitami sinic, które (jak zapewne każdy pamięta po katastrofie na Odrze) wytwarzają groźne toksyny.

Sadzenie drzew schłodzi ziemię? Nie, ale może dać nam czas

To może sadzenie drzew schłodziłoby Ziemię?

Dwa lata temu naukowcy z europejskiego projektu NEGEM (to skrót od negative emissions), wyliczyli, która z metod pochłaniania dwutlenku węgla jest najbardziej skuteczna i opłacalna ekonomicznie. Z ich wyliczeń wynika, że jest nią właśnie sadzenie lasów.

Zaznaczają jednak, że ta metoda ma podstawowe ograniczenie – nie da się całej Ziemi obsadzić lasami. Wyrosną tylko tam, gdzie sprzyjają im gleby i klimat. Poza tym potrzebujemy przecież ziemi, żeby uprawiać żywność.

Thomas Crowther z Politechniki Federalnej w Zurychu zajmuje się badaniem drzew i ich wpływem na klimat. Wyliczał w 2019 roku, że jest jeszcze całkiem sporo miejsca na drzewa. W parkach, lasach i na nieużytkach można jeszcze dosadzić 1,2 biliona drzew. Ten dodatkowy bilion pochłonąłby około 200 gigaton dwutlenku węgla.

(Ludzkość, przypomnijmy, emituje co roku 40, z czego pochłaniane jest około 10, więc w atmosferze pozostaje 30 gigaton nadmiaru).

Nie wszyscy zgadzali się z tymi wyliczeniami, uważając je za wielokrotnie zawyżone.

Crowther – tym razem wraz z zespołem ponad dwustu naukowców – postanowili policzyć to ponownie. Z pracy opublikowanej w listopadzie tego roku w “Nature” wynika, że objęcie ochroną lasów tak, by drzewa mogły osiągać w nich dojrzałość, pozwoliłoby pochłonąć 108 do 228 gigaton CO2. Dodatkowe 80 pochłonęłoby sadzenie lasów tam, gdzie to możliwe – czyli poza obszarami rolniczymi i miastami.

300 gigaton dwutlenku węgla mniej dałoby ludzkości dekadę dłużej na odejście od spalania paliw kopalnych. Jest jednak ryzyko, że sadzenie drzew sprawi, że będziemy mieć czyste sumienie – i zapomnimy o tym, że przede wszystkim trzeba ograniczać emisje dwutlenku węgla.

Paliwo z powietrza

A może da się usuwać dwutlenek węgla – główną przyczynę rosnących średnich temperatur na Ziemi – z powietrza? Nie jest to proste, bo mimo wszystko dwutlenku węgla jest w atmosferze mało – 420 cząstek na każdy milion innych.

Jednak takie testowe instalacje już istnieją od kilku lat. Przetwarzają z powrotem na paliwa i – jeśli energia do tego przetworzenia pochodzi ze źródeł odnawialnych – jest to paliwo ekologiczne.

Jak wyliczali badacze, już pięć lat temu cena takiego paliwa wynosiła od 94 do 232 dolarów za tonę. Była więc jest konkurencyjna w stosunku do paliw kopalnych (dziś tona ropy kosztuje powyżej 500 dolarów). Z czym więc problem?

Żeby sprowadzić paliwo, wystarczy istniejąca infrastruktura: tankowiec, port i rurociąg. Żeby wyprodukować paliwo z powietrza, trzeba wybudować instalację za miliony dolarów.

Plusem tej metody – wychwytywania dwutlenku węgla bezpośrednio z powietrza, czyli direct air capture (w skrócie DAC) – jest to, że w przyszłości będzie można usunąć także ten dwutlenek węgla, który wyprodukowaliśmy przez ostatnie dwa stulecia.

Dwutlenek węgla pod ziemię…

Można też dwutlenek węgla wyłapywać tam, gdzie uwalnia się go najwięcej – na przykład w elektrowniach spalających węgiel, ropę lub gaz. Ma to sens, bo energetyka to aż jedna trzecia światowych emisji CO2. A do tego zaledwie 5 procent największych elektrowni emituje aż 75 procent dwutlenku węgla przypadających na ten sektor.

Co z takim dwutlenkiem węgla począć? Najtaniej jest go wtłoczyć gdzieś pod ziemię, gdzie z czasem może zostać związany przez skały.

Porowaty bazalt zawiera dużo wapnia (mniej magnezu). W reakcji z kwasem węglowym (który powstaje po rozpuszczeniu dwutlenku węgla w wodzie) wapń i magnez tworzą węglan wapnia i magnezu, czyli kalcyt. Podobna reakcja zachodzi w przyrodzie, jednak jej tempo jest powolne.

Z pilotażowych badań jednej z takich eksperymentalnych instalacji na Islandii wynika, że 95 procent dwutlenku węgla wtłoczonego pół kilometra w głąb bazaltowych skał została trwale związana w ciągu dwóch lat.

Islandię wybrano jako lokalizację tej eksperymentalnej metody – sekwestracji dwutlenku węgla – nie bez powodu. Praktycznie cała wyspa składa się z bazaltów. W innych miejscach świata (poza częścią wschodniej Afryki, Indii oraz Syberii) nie ma zbyt wiele bazaltowych skał lub leżą one zbyt głęboko.

Nie jest więc to metoda praktyczna.

… albo dwutlenek węgla na ziemię

A może, zamiast wtłaczać dwutlenek węgla w bazaltowe skały, mielić je i rozsypywać na powierzchni ziemi?

W 2020 roku naukowcy wyliczyli, ile ten sposób mógłby bazaltowy miał pochłonąć dwutlenku węgla. Wyszło im, że dwie gigatony dwutlenku węgla rocznie. Późniejsze wyliczenia, obejmujące rozrzucanie bazaltu nie tylko na terenach uprawnych, lecz także nieużytkach, zwiększyły ten szacunek do 2,5 gigatony.

Z jednej strony to kropla w morzu – globalny roczny poziom emisji dwutlenku węgla wynosi około 40 gigaton. Z drugiej – w sposób naturalny pochłaniane jest nieco ponad 10 gigaton. Rozrzucanie sproszkowanego bazaltu zwiększyłoby zatem pochłanianie dwutlenku węgla o mniej więcej jedną czwartą.

Naukowcy podkreślają, że zastosowanie tej metody wymagałoby zwiększenia wydobycia bazaltu i stworzenia sieci jego dystrybucji. Zakładając, że minerały rozpylano by z samolotów, koszt wyniósłby około 150 dolarów za każdą usuniętą tonę dwutlenku węgla.

Jednak ta metoda pochłaniania dwutlenku węgla jest zbyt mało wydajna, by schłodzić Ziemię.

A może do morza?

W marcu 2023 roku w „Science Advances” naukowcy donosili, że opracowali nowy sposób, by związać dwutlenek węgla. Opracowany przez badaczy związek wiąże pięciokrotnie więcej CO2 niż dotychczasowe metody. Dwutlenek węgla unieszkodliwiany jest przez słoną, na przykład morską, wodę. Z rozpuszczonego w niej chlorku sodu powstaje węglan sodu, czyli soda.

Soda ma lekko zasadowy odczyn. To o tyle istotne, że gdy dwutlenek węgla z atmosfery rozpuszcza się w wodzie, powstaje w niej kwas węglowy. Zakwaszenie niekorzystnie wpływa na morskie organizmy – najbardziej na te najmniejsze, które odgrywają największą rolę w pochłanianiu CO2. Wypuszczanie do mórz roztworu sody pozwoliłoby to zakwaszenie zneutralizować. To korzystnie wpłynęłoby na mikroorganizmy, które pochłaniałyby więcej dwutlenku węgla.

Związek pochłaniający CO2 badacze stworzyli z dostępnych na rynku składników: amin oraz miedzi. To dobra wiadomość – oznacza, że proces można łatwo przeskalować, czyli przejść od skali laboratoryjnego eksperymentu do skali przemysłowej.

Przede wszystkim jednak możliwość pozbycia się dwutlenku węgla w oceanach ma tę zaletę, że ich objętość jest olbrzymia – można w nim schować setki gigaton CO2. Może ta metoda pozwoli schłodzić ogrzewającą się planetę?

Mamy naprawdę mało czasu

Reasumując, technologia „kosmicznego parasola” jest odległą mrzonką. Rozpylanie dwutlenku siarki – jest fizycznie możliwe, ale potencjalnie szkodliwe. Nawożenie oceanów żelazem – niepewne i również obarczone niebezpiecznymi skutkami ubocznymi.

Pozostaje ewentualne zasiewanie chmur nad oceanami, rozrzucanie bazaltowych skał oraz – być może najbardziej praktyczne – zaprzestanie wycinki lasów, sadzenie ich oraz bezpośrednie pozbywanie się dwutlenku węgla z atmosfery.

Warto się pospieszyć. Ostatni, szósty już raport IPCC ogłoszony w 2021 roku ostrzegał, że mamy mało czasu, żeby zatrzymać ocieplenie. Jak wyliczali naukowcy, emisje gazów cieplarnianych powinniśmy zmniejszyć prawie o połowę (bo o 45 proc.) już do końca tej dekady, czyli 2030 roku. Potem w ciągu dwudziestu kolejnych lat, do 2050 roku, musimy zmniejszyć je do zera.

Jeśli ten plan przedstawiony przez IPCC się powiedzie, pod koniec tego stulecia na Ziemi będzie o 1,5 stopnia cieplej. Średnio, bo oceany ogrzeją się mniej, zaś lądy o 2,25 stopnia. W Europie, gdzie ocieplenie postępuje szybciej, będzie to zapewne około 4,5 stopnia więcej, niż pamiętają nasi dziadkowie i rodzice.

Być może usuwanie dwutlenku węgla i tak będzie konieczne.

„Liczy się każdy ułamek stopnia. Ocieplenie o 1,5 stopnia lub większe oznacza większe ryzyko długotrwałych i nieodwracalnych zmian, takich jak zniszczenie ekosystemów” – komentował współprzewodniczący grupy roboczej IPCC i klimatolog Hans-Otto Pörtner.

Link do pełnego raportu IPCC oraz do jego podsumowania. Link do pierwszej części raportu w języku polskim na stronach PAN.

Cykl „SOBOTA PRAWDĘ CI POWIE” to propozycja OKO.press na pierwszy dzień weekendu. Znajdziecie tu fact-checkingi (z OKO-wym fałszometrem) zarówno z polityki polskiej, jak i ze świata, bo nie tylko u nas politycy i polityczki kłamią, kręcą, konfabulują. Cofniemy się też w przeszłość, bo kłamstwo towarzyszyło całym dziejom. Rozbrajamy mity i popularne złudzenia krążące po sieci i ludzkich umysłach. I piszemy o błędach poznawczych, które sprawiają, że jesteśmy bezbronni wobec kłamstw. Tylko czy naprawdę jesteśmy? Nad tym też się zastanowimy.