Gdyby klimat na naszej planecie zależał tylko od czynników naturalnych, w ostatnich dekadach Ziemia by się ochłodziła. Jest jednak odwrotnie. – W minionym stuleciu średnia globalna temperatura wzrosła do prawdopodobnie najwyższego poziomu w ciągu ostatnich 120 tys. lat. Średnia roczna temperatura na Mazowszu jest już taka, jaka w XIX wieku była na Nizinie Węgierskiej – mówi Marcin Popkiewicz, fizyk i analityk z portalu „Nauka o klimacie”.

Jeśli nie zahamujemy zmian klimatycznych, czeka nas katastrofa. – Zagrażające zdrowiu fale upałów będą coraz dłuższe i coraz częstsze. To samo dotyczy susz. Zmienia się i będzie zmieniać rytm opadów – zamiast jednostajnych, umiarkowanych opadów częściej będą występować sporadyczne ulewy, skutek intensywnych zjawisk burzowych. Coraz bardziej ekstremalne zjawiska przysporzą coraz więcej problemów z przystosowaniem się. A jeśli nie dostosujemy infrastruktury czy upraw, ryzykujemy coraz większe straty – ostrzega dr Aleksandra Kardaś, fizyczka atmosfery z Uniwersytetu Warszawskiego.

Sytuacja jest na tyle poważna, że naukowcy mówią już nie tylko o długofalowych zmianach dotyczących produkcji energii i  żywności czy transportu. Coraz częściej pojawiają się pomysły na szybkie doraźne „schłodzenie” Ziemi, które da naszej cywilizacji czas na zaadoptowanie się do nowych wymagań.

Ziemię można schłodzić „parasolami” umieszczonymi w kosmosie

Słońce emituje ogromne ilości energii, która dociera do naszej planety i jest w 70 proc. przez nią pochłaniana. Gazy cieplarniane – dwutlenek węgla, metan czy para wodna – utrudniają naszej planecie pozbycia się tej energii przez wypromieniowanie w podczerwieni. W efekcie rośnie ilość energii wewnętrznej w systemie klimatycznym, co pociąga za sobą wzrost temperatury. Naukowcy mają kilka pomysłów na to, jak ingerować w ten proces.

Pierwszy, pozornie najprostszy, to zasłonięcie naszej planety czymś w rodzaju kosmicznych żaluzji, które będą odbijać lub rozpraszać promieniowanie słoneczne. Mogłyby mieć one formę gigantycznej siatki albo chmury pyłu krążącej po takiej orbicie, by „żaluzja” zawsze znajdowała się między Ziemią a Słońcem.

Jednak wstępne kalkulacje pokazują, że takie rozwiązania mają sens dopiero wtedy, gdy zasłona będzie miała ogromne rozmiary. Każdego roku musielibyśmy umieszczać na orbicie elementy o łącznej powierzchni 35 tys. km kw. – czyli mniej więcej takiej, jaką zajmuje województwo mazowieckie. W tym celu trzeba by było wykonać 150 tys. lotów kosmicznych.

Inne pomysły dotyczą umieszczenia „żaluzji” bliżej Ziemi i zamienienia ich w gigantyczne elektrownie słoneczne, które przesyłałyby energię na Ziemię za pomocą wiązki skoncentrowanych mikrofal. Taki projekt przedstawiła kilka lat temu Międzynarodowa Akademia Astronautyki, ale jego realizacji nikt nawet nie próbuje się podjąć.

– Nie mamy odpowiednich środków transportu, a koszty, jakie trzeba by ponieść, żeby zapoczątkować budowę i obmyślić sposoby sterowania tego rodzaju obiektami, uzgodnienia międzynarodowe z tym związane oraz problemy wynikające z potencjalnych awarii tych systemów powodują, że koncepcje te można zaliczyć raczej do science fiction – komentuje prof. Szymon Malinowski, fizyk atmosfery z portalu „Nauka o klimacie”.

Drobinki siarki rozpylone w atmosferze mogą obniżyć temperaturę na Ziemi

Tańsze i prostsze może być przeniesienie „żaluzji” jeszcze bliżej Ziemi. Od wielu lat wiadomo, że tzw. aerozole siarkowe, czyli zawieszone w powietrzu drobinki związków siarki, odbijają promieniowanie słoneczne i schładzają klimat. W warunkach naturalnych dzieje się tak np. po dużych erupcjach wulkanów.

Już w 2009 r. Nathan Myhrvold, były szef działu technologii w Microsofcie, proponował, by skonstruować system Stratoshield złożony m.in. z balonów wypełnionych helem i długich rur, którymi w wysokie warstwy atmosfery miałby być dostarczany dwutlenek siarki. Do schłodzenia planety wystarczyłoby kilka tysięcy ton takich chemikaliów rocznie.

Na razie jednak nikt się na to nie odważył, ponieważ taka ingerencja zmieniłaby nawet wygląd nieba. – Stałoby się bardziej białe, a zachody Słońca bardziej czerwone. Zmiany w proporcji promieniowania bezpośredniego i rozproszonego mogłyby mieć także wpływ na organizmy fotosyntetyzujące – mówi prof. Malinowski.

Wprowadzenie tak dużych ilości aerozoli siarkowych do atmosfery mogłoby wywołać zaburzenia w cyrkulacji atmosferycznej, np. zanik monsunów. Trudno przewidzieć konsekwencje takich zmian.

Mimo to uczeni z Harvardu planowali test podobnej metody. W ramach projektu SCoPEx chcieli rozpylać na wysokości 20 km nad ziemią drobinki węglanu wapnia, czyli kredy. Ta substancja odbija mniej promieniowania niż związki siarki, ale stwarza też mniejsze zagrożenie np. dla warstwy ozonowej.

– Węglan wapnia nie występuje w atmosferze. Dlatego chcemy przeprowadzić eksperyment, by przekonać się, jakie mogą być skutki takiej interwencji – wyjaśnia prof. Frank Keutsch, jeden z autorów badań. Projekt jednak w końcu zarzucono.

Bardziej naturalne wydaje się rozwiązanie opracowane przez zespół dr. Johna Lathama z Uniwersytetu Manchester. Chodzi o sztuczne zwiększenie pokrywy chmur nad oceanami, które mają odbijać promieniowanie Słońca.

W tym celu uczeni chcą użyć bezzałogowych łodzi napędzanych wiatrem, których zadaniem byłoby rozpylanie wody morskiej. Pozostałe po wyparowaniu cząsteczki soli są jądrami kondensacji, na których skrapla się para wodna i w ten sposób powstają chmury.

Jak można przechwycić dwutlenek węgla

Jednak takie rozwiązania nie wystarczą. Międzyrządowy Zespół ds. Zmian Klimatu działający przy Organizacji Narodów Zjednoczonych opublikował raport, z którego wynika, że w celu zatrzymania katastrofy musimy przed końcem  XXI wieku usunąć z atmosfery część gazów cieplarnianych, które wyprodukowała nasza cywilizacja. Chodzi o ogromne ilości – setki miliardów ton dwutlenku węgla. Innymi słowy, musielibyśmy zabrać z atmosfery jedną na 2500 cząsteczek tego gazu.

Jednym ze sposobów na to jest „chowanie” CO2 pod powierzchnią ziemi. Powstały już nawet instalacje testowe, które finansują sektor naftowy i gazowy. Naukowcy szacują, że użycie tej metody może zauważalnie zmniejszyć poziom dwutlenku węgla w atmosferze.

Wciąż jednak nie wiadomo, gdzie i na jaką skalę byłoby to wykonalne. Gaz wtłoczony pod ziemię może doprowadzić np. do zakwaszenia podziemnych zasobów wody. Dlatego innym rozwiązaniem jest wykorzystanie w tym celu osadów znajdujących się głęboko na dnie oceanów. Jednak wtłoczenie dwutlenku węgla na głębokość 3 km pod powierzchnię wody też nie jest łatwym zadaniem.

CO2 można zmagazynować w samej wodzie morskiej. Naukowcy zastanawiają się nad dodaniem do niej dużych ilości nawozów zawierających związki żelaza i fosforu. Dzięki temu rozmnożyłyby się drobne glony, czyli tzw. fitoplankton, które pochłaniają duże ilości dwutlenku węgla. Także i w tym przypadku konsekwencje ekologiczne są trudne do oszacowania.

Nie pomoże ani sadzenie drzew, ani „sztuczne drzewa”?

Zmiany klimatyczne wynikają po części z tego, że masowo wycinamy lasy, które też skutecznie pochłaniają CO2 i ograniczają parowanie wody do atmosfery. Teoretycznie wystarczyłoby więc sadzić więcej drzew, które dzięki fotosyntezie spowolnią globalne ocieplenie. Podobną funkcję pełnią łąki i mokradła.

Badania przeprowadzone przez uczonych z Uniwersytetu Minnesoty pod kierownictwem prof. Petera Reicha wykazały jednak, że to nie wystarczy – rośliny nie są w stanie pochłonąć wystarczająco dużo CO2, by uratować nas przed katastrofą. Poza tym jeśli obsadzimy dużą powierzchnię ziemi drzewami, zabraknie gruntów dla rolników i będziemy mieli inny problem – z wyżywieniem ponad 7 mld mieszkańców Ziemi.

Zastąpienie roślin technologią budzi sceptycyzm uczonych. – Rozwiązania typu „sztuczne drzewa” należy traktować jako science fiction. Idea, choć efektowna i mająca podstawy naukowe, jest z podstawowych powodów droga, nieefektywna i trudna do wprowadzenia – mówi prof. Malinowski.

To jednak nie zniechęca wizjonerów takich jak prof. Kurt Lackner z Uniwersytetu Stanowego Arizony, który od 20 lat pracuje nad technologiami „wysysania” dwutlenku węgla z atmosfery. – Dopóki usunięcie tony tego gazu kosztuje 600 dolarów, tak jak dziś, nikt tego nie traktuje poważnie. Ale jeśli uda się zejść z ceną do kilku dolarów, problem zostanie rozwiązany – uważa uczony.

Z dwutlenku węgla można produkować m.in. syntetyczne paliwa – gaz, metanol i benzynę – a także cement i tworzywa sztuczne. Rocznie przemysł mógłby w ten sposób przerobić 7 mld ton CO2.

Jednak ten proces wymaga też ogromnego zużycia energii, którą musielibyśmy uzyskiwać z innych źródeł niż dominujące dziś spalanie paliw kopalnych. Bez bardziej wydajnych ogniw fotowoltaicznych i elektrowni termojądrowych nasze szanse na wygranie walki o klimat będą niewielkie.

Jak sprawić, by ciepło z Ziemi uciekało w kosmos?

Aby ochłodzić Ziemię, teoretycznie wystarczy odbić od jej powierzchni część promieniowania słonecznego, np. malując dachy budynków na biało. Nie jest to jednak takie proste, ponieważ duża część tego ciepła zostanie pochłonięta po drodze przez atmosferę i nie ucieknie w kosmos.

Chyba że zostanie zamieniona na bardzo specyficzny rodzaj podczerwieni – promieniowanie o długości fali od 8 do 13 mikrometrów. Ono bez przeszkód ucieka w przestrzeń pozaziemską, dzięki czemu zostało nazwane „oknem w kosmos”.

Nad materiałem, który emituje ten rodzaj podczerwieni, pracują m.in. amerykańskie firmy SkyCool Systems i Radi-Cool. Pokrycie nim dachu budynku sprawia, że jest on chłodzony bez wykorzystania energii, a koszty klimatyzacji pomieszczeń mogą spaść nawet o 20 proc.