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mercoledì 10 luglio 2019

Geoingegneria unilaterale



Geoingegneria unilaterale

Note informative non tecniche per un seminario
Al Council on Foreign Relations
Washington DC, 5 maggio 2008
Katharine Ricke, M. Granger Morgan e Jay Apt, Carnegie Mellon
David Victor, Stanford
John Steinbruner, Università del Maryland



Sommario

Ci sono una varietà di strategie, come l'iniezione di particelle che riflettono la luce nella stratosfera, che potrebbero essere usate per modificare l'atmosfera terrestre-sistema oceanico nel tentativo di rallentare o invertire il riscaldamento globale. Tutte queste strategie di "geoingegneria" comportano grandi incertezze e comportano rischi significativi. Potrebbe non funzionare come previsto, imponendo grandi conseguenze non volute sul sistema climatico. Mentre compensano il riscaldamento, è probabile che molte strategie lascino imprevedibili altri impatti, come l'acidificazione dell'oceano, la distruzione delle barriere coralline e i cambiamenti nella composizione degli ecosistemi terrestri. Eppure, nonostante le incerte e molto negative conseguenze potenziali, potrebbe essere necessaria la geoingegneria per scongiurare o invertire qualche drastico cambiamento nel sistema climatico, come ad esempio diversi metri di innalzamento del livello del mare che potrebbero imporre un disastro a centinaia di milioni di persone.



A differenza del controllo delle emissioni di gas serra, che devono essere intraprese da tutte le principali nazioni emittenti per essere efficaci e probabilmente costose, la geoingegneria potrebbe essere intrapresa rapidamente e unilateralmente da un singolo partito, a costi relativamente bassi. La geoingegneria unilaterale, tuttavia, è altamente probabile che imponga costi ad altri paesi e rischi con l'intero sistema climatico del pianeta.

Questo seminario si concentrerà sulla questione delle strategie per limitare e modellare la geoingegneria. Esploreremo strategie legali formali e sforzi informali per creare norme che potrebbero governare la sperimentazione e l'implementazione di sistemi di geoingegneria e le loro possibili conseguenze indesiderabili. Verificheremo se è possibile limitare l'uso della geoingegneria alle circostanze di azione collettiva della comunità internazionale di fronte alle vere emergenze globali e cosa potrebbe accadere quando ci saranno dispute su quando si dovrebbe tirare il "grilletto" di emergenza.


Background

La circolazione dell'atmosfera terrestre e degli oceani, e la maggior parte della vita sulla terra, è alimentata dall'energia proveniente dal sole. Questa energia arriva in gran parte sotto forma di luce visibile. Circa il 30% di tale energia viene immediatamente riflessa nello spazio. Questa frazione riflessa è chiamata "albedo planetario".

L'altro 70% dell'energia viene assorbito dalle nuvole, dalla terra e dagli oceani. Mentre questi corpi si riscaldano, irradiano la loro energia assorbita come infrarossi. Tuttavia, mentre l'atmosfera è trasparente alla luce visibile, è opaca per gli infrarossi. Ciò è dovuto all'assorbimento di vapore acqueo, anidride carbonica (CO2) e altri gas in traccia che si trovano naturalmente nell'atmosfera. Di conseguenza la terra si riscalda fino a raggiungere una temperatura alla quale abbastanza energia termica viene irradiata dalla parte superiore dell'atmosfera per portare il flusso di energia verso l'esterno in equilibrio con la radiazione solare che viene assorbita.

Come risultato di questo naturale "effetto serra", la temperatura media della terra è di circa 33 ° C (circa 60 ° F) più calda di quanto sarebbe se questi gas tracciati non esistessero nell'atmosfera. Questa situazione è mostrata nella Figura 1.

Figura 1: Circa il 30% dell'energia che arriva alla terra dal sole viene riflessa direttamente nello spazio. Questa frazione è chiamata "albedo planetario". L'equilibrio è assorbito dalla terra. È intrappolato da vari "gas serra" come il vapore acqueo e l'anidride carbonica. Di conseguenza il pianeta si riscalda fino a quando la stessa quantità di energia viene irradiata nello spazio.

Le preoccupazioni sul "riscaldamento delle serre" antropogenico derivano dall'accumulo aggiuntivo di CO2 e altri gas a causa dell'attività umana come la combustione di carbone, petrolio e gas naturale e la bonifica dei terreni. I gas serra più importanti hanno una lunga vita atmosferica. Si accumulano lentamente, e una volta lì, l'accumulo è difficile da invertire. Vi è ora la prova che questo accumulo sta causando cambiamenti significativi nel clima e impatti sugli ecosistemi. (1)

Man mano che l'accumulazione aumenta, il pericolo di cambiamenti dannosi sale anche se, dato il disaccordo su ciò che è "dannoso" e l'incertezza sui cambiamenti, non c'è unanimità su quale livello sia "sicuro".

Ciò che è chiaro è che gli sforzi politici per limitare i cambiamenti climatici sono afflitti da due fatti sobri. Primo, perché la CO2 emessa rimane nell'atmosfera per secoli e secoli, solo per stabilizzare la sua concentrazione atmosferica di CO2 richiederebbe una riduzione delle emissioni globali di oltre due terzi. In secondo luogo, le emissioni mondiali aumentano costantemente e in modo netto come un sottoprodotto della crescita economica. Finora, gli sforzi per limitare e invertire questa crescita esponenziale delle emissioni hanno causato pochi cambiamenti nel comportamento.

In seguito alla preoccupazione che non siano state necessarie le profonde riduzioni delle emissioni globali, è stato rinnovato il dialogo all'interno della comunità scientifica per contrastare il riscaldamento globale attraverso tale "geoingegneria".

Strategie di Geoingegneria

Tra tutti gli schemi di geoingegneria, quelli attualmente considerati più fattibili implicano aumentare l'albedo planetario, cioè riflettere più luce solare nello spazio prima che possa essere assorbita. Esistono diversi metodi che potrebbero essere utilizzati per aumentare la riflettività del pianeta:
1. Aggiungi più piccole particelle riflettenti nella parte superiore dell'atmosfera (la stratosfera che si trova tra 15 e 50 chilometri sopra la superficie terrestre).
2. Aggiungi più nuvole nella parte inferiore dell'atmosfera (la troposfera)
3. Posiziona vari tipi di oggetti riflettenti nello spazio vicino alla terra o in una posizione stabile tra la terra e il sole.
4. Cambia grandi parti della copertura del pianeta dalle cose oscure (assorbenti) come gli alberi alle cose che sono leggere (riflettenti) come neve aperta copertura o erbe.

Aerosol stratosferici

Aggiungere più del giusto tipo di particelle fini alla stratosfera può aumentare la quantità di luce solare riflessa nello spazio. La figura 2 illustra l'idea di base.
Ci sono prove chiare da molte grandi eruzioni vulcaniche del passato che questo meccanismo può raffreddare il pianeta. Ad esempio, l'eruzione del Monte Pinatubo nelle Filippine (Figura 3) nel 1991 ha prodotto un raffreddamento della scala globale di circa 0,5°C (2) (il raffreddamento probabilmente sarebbe stato più vicino a 0,6 ° C se non fosse stato un evento El Niño allo stesso tempo). Il cambiamento nell'albedo è stato causato dalla grande quantità di anidride solforosa iniettata nella stratosfera che è stata convertita in piccole particelle e ha portato alla creazione di più alti cirri. I cambiamenti di temperatura hanno iniziato a verificarsi in breve tempo dopo l'eruzione.

Figura 2: iniettando particelle molto fini nella stratosfera, la quantità di luce solare riflessa nello spazio può essere aumentata, compensando così l'effetto di riscaldamento di una maggiore concentrazione di CO2 e altri gas serra. Tuttavia, ciò non compenserebbe altri impatti come la crescente acidificazione degli oceani causata dall'aumento della concentrazione di CO2.


Applicate alla geoingegneria, si potrebbero usare varie tecnologie per loft particelle nella stratosfera, come cannoni navali, razzi, mongolfiere o dirigibili o una flotta di aerei ad alta quota. I potenziali tipi di particelle per iniezione includono anidride solforosa, polvere di ossido di alluminio o aerosol auto-levitante di progettazione che potrebbero essere ingegnerizzati per migrare verso particolari regioni (per esempio sopra l'artico) o per salire al di sopra della stratosfera (in modo da non interferire nella chimica stratosferica ). A causa della relativa stabilità orizzontale della stratosfera rispetto alla troposfera, il tempo di permanenza delle particelle iniettate è di circa 1-2 anni. (3) Di conseguenza, un tale schema richiederebbe solo un rifornimento annuale o biennale.

Figura 3: L'eruzione del Monte Pinatubo (a sinistra) ha iniettato grandi quantità di anidride solforosa nelstratosfera (a destra) dove è rimasta per diversi anni nei 2 strati visti qui a ~ 30 km di altitudine,causando un raffreddamento globale di diversi decimi di grado. (Fonte foto: NASA)








Un rapporto del 1992 del Consiglio nazionale delle ricerche (4) è stato il primo a valutare sistematicamente i costi potenziali di un programma di modificazione dell'albedo stratosferico. La loro stima era basata sull'uso di un sistema di cannoni navali standard che distribuiva la polvere commerciale di ossido di alluminio per contrastare l'effetto di riscaldamento di un raddoppiamento di CO2. I costi annuali non scontati per un progetto di 40 anni sono stati stimati a $ 100 miliardi. Un'analisi più recente (5) ha suggerito che i sistemi ben progettati potrebbero ridurre questo costo a poche centinaia di milioni di dollari all'anno - chiaramente ben all'interno del budget di quasi tutte le nazioni, e molto meno costoso di qualsiasi programma per ridurre drasticamente le emissioni di CO2. In effetti, ci sono una manciata di individui che potrebbero creare la dotazione necessaria per generare una rendita annuale per gestire tale programma.

Recentemente David Keith (6) ha suggerito che dovrebbe essere possibile creare particelle composte riflettenti microscopiche che sarebbero auto-orientanti e autoevitanti sotto le influenze combinate della radiazione solare, delle forze differenziali dalle collisioni molecolari e dei campi elettrici e magnetici della terra. Keith nota che "la levitazione fotoforetica potrebbe loft particelle sopra la stratosfera riducendo la loro capacità di interferire con la chimica dell'ozono ... [Tali] particelle levitate possono avere una lunga vita, riducendo la necessità di rifornimento continuo dell'aerosol ... [e] potrebbe essere ingegnerizzato per migrare verso l'esterno, consentendo la modifica dell'albedo su misura per ridurre il riscaldamento polare in modo da ridurre il rischio di rapida deglaciazione e conseguente aumento del livello del mare."

Modifica della copertura nuvolosa

L'albedo può anche essere aumentato aumentando la quantità e la riflettività dei livelli di nuvole inferiori. La maggior parte delle proposte suggeriscono che ciò avvenga aumentando l'abbondanza e la riflettività delle nubi di stratocumuli a bassa altitudine che coprono naturalmente circa il 30% della superficie terrestre. Una maggiore copertura nuvolosa si otterrebbe aumentando artificialmente la concentrazione dei nuclei di condensazione delle nuvole (CCN). Le proposte per questa strategia sono in genere rivolte alle nubi di stratocumuli marini di basso livello che spesso si trovano al largo della costa controvento della maggior parte dei continenti.

Un sistema di modifica della copertura nuvolosa richiede un approvvigionamento o un meccanismo per la generazione di nuclei di condensazione delle nubi (CCN) nonché un veicolo per la dispersione CCN. Un rapporto NAS del 1992 considerava un sistema teorico che avrebbe usato l'acido solforico come CCN. Il livello di emissioni di SO2 necessario per contrastare gli effetti delle doppie concentrazioni di CO2 è stato stimato in 31.000 tonnellate al giorno, una quantità equivalente all'epoca delle emissioni di SO2 da una centrale a carbone per un anno intero. Un sistema di navi è stato proposto come meccanismo di dispersione con i relativi costi stimati di capitale e operativi di circa $ 1 trilione in 40 anni, l'equivalente di un costo annuale di circa $ 1 miliardo. (7) Chiaramente tale approccio avrebbe impatti ambientali enormi sotto forma di pioggia acida.

Più recentemente, John Latham del Centro nazionale per la ricerca atmosferica ha proposto che il sale dall'acqua di mare potrebbe essere efficacemente utilizzato come CCN, un materiale che ha il vantaggio di non essere (attualmente) considerato un inquinante.

Stephen Salter dell'Università di Edimburgo ha progettato una "nave spray albedo" che metterebbe in pratica la teoria di Latham. Egli stima che una flotta di 500 di tali navi ad energia eolica contrasterebbe gli effetti del riscaldamento delle doppie concentrazioni di CO2. Salter ha calcolato che le navi costerebbero 1 milione di sterline inglesi (circa $ 2 milioni) ciascuna per costruire e che un investimento totale di progetto di circa $ 1,1 miliardi produrrebbe una flotta che potrebbe funzionare per 20 anni. (8) I costi operativi non sono stati stimati.

Certamente, qualsiasi azione intrapresa in alto mare sarebbe molto più facile da proibire di un'azione intrapresa all'interno dei confini continentali di uno stato nazione.

Figura 4. Illustrazione del tipo di nave proposto da Stephen Salter dell'Università di Edimburgo.
Fonte: S. Salter


Interventi spaziali

La luce solare potrebbe anche essere riflessa lontano dalla Terra prima che raggiunga l'atmosfera, dispiegando particelle riflettenti o altri dispositivi nello spazio. Polvere o specchi potrebbero essere dispiegati in orbita bassa della Terra. Gli schemi di modifica dell'albedo dispiegati nello spazio possono avere un vantaggio rispetto ad alcuni schemi atmosferici in termini di manutenzione, in quanto alcune delle tecnologie proposte hanno una durata fino a 50 anni. Eviterebbero anche il rischio di interrompere i processi chimici nella stratosfera. Tuttavia, la maggior parte delle tecnologie spaziali proposte hanno costi stimati molto più alti di quelli dei programmi stratosferici o troposferici.

Un'altra opzione spaziale che è stata discussa in letteratura è l'idea di mettere una serie di specchi o sole in un punto gravitazionalmente stabile tra la terra e il sole (chiamato il punto L1 Lagrange). Roger Angel dell'Università dell'Arizona ha stimato che un tale sistema di parasole spaziali potrebbe essere schierato a L1 per qualche trilione di dollari. Egli stima che la durata del sistema sarebbe di circa 50 anni. (9) Il costo per raggiungere il punto L1 Lagrange e la dispersione degli ombrelloni su un'area molto vasta renderebbe proibitivo per la maggior parte delle nazioni rimuovere un tale sistema, ma alcune nazioni potrebbero essere in grado di sviluppare e implementare la capacità compensativa.

Modifica della copertura del suolo

Alcune grandi nazioni continentali potrebbero essere in grado di produrre cambiamenti significativi nell'albedo planetario attraverso enormi modifiche alla copertura del suolo. Ciò comporterebbe la sostituzione della copertura della foresta oscura con una copertura molto più leggera e più riflettente, come i prati o la steppa.

Ad esempio, una valutazione di Gordon Bonan e colleghi (10) ha rilevato che quando hanno rimosso la foresta boreale in un modello climatico accoppiato con atmosfera oceanica gestito dal Centro nazionale per la ricerca atmosferica, la temperatura dell'aria era di 12°C a 60°N in aprile ed erano ancora più freddi di 5°C a luglio. Questi impatti sono il risultato di ampie distese aperte di manto nevoso. Una volta rimossi gli alberi, piccoli cambiamenti nella copertura del suolo come la crescita della tundra, hanno avuto scarso effetto.

Naturalmente una strategia di modifica della copertura del suolo avrebbe enormi impatti ecologici ed essere molto più costosa di quella di iniettare particelle fini nella stratosfera. Potrebbe tuttavia essere intrapresa entro i confini di almeno alcuni stati che sono ben dotati di grandi distese di paesaggi oscuri.

Altre strategie di geoingegneria

In contrasto con molte delle strategie di geoingegneria che modificherebbero l'albedo planetario, nessuna delle altre strategie che sono state discusse nella letteratura scientifica potrebbe essere intrapresa efficacemente su base unilaterale.

Una delle più ampiamente discusse è la possibilità di rimuovere grandi quantità di anidride carbonica dall'atmosfera concimando l'oceano con ferro (o altri nutrienti scarsi) per indurre una maggiore assunzione da parte del fitoplancton. In base a questo schema, gli effetti delle emissioni di CO2 antropogeniche sarebbero direttamente neutralizzati stimolando una maggiore cattura di CO2 da parte degli oceani della Terra.

Se si può far funzionare, un vantaggio di questo approccio è che rimuove CO2 dall'atmosfera e quindi compensa più direttamente l'accumulo di CO2 antropogenica, imponendo meno esternalità ambientali rispetto alle strategie che si basano sul metodo più imperfetto di aumentare l'albedo planetario.

Sono stati condotti numerosi esperimenti sul campo. I risultati di questi studi e quelli dei modelli sollevano dubbi sull'efficacia di tale approccio. (11) Jorge Sarmiento (12) sostiene che qualsiasi modifica di questo tipo potrebbe condurre a risalire di carbonio dall'oceano profondo in altre località e che sarebbe probabilmente impossibile determinare direttamente se la strategia stava causando più o meno CO2 da sequestrare nell'oceano.

Ci sono anche persone che lavorano su sistemi ingegnerizzati che eliminerebbero direttamente la CO2 dall'atmosfera. Sono stati costruiti diversi prototipi su scala ridotta. C'è qualche disaccordo sul fatto che questo dovrebbe essere chiamato geoingegneria. Chiaramente, tale tecnologia non solleva le stesse preoccupazioni delle strategie discusse sopra.

Potenziali impatti ambientali della modifica di Albedo

Una soluzione geoingegneristica al riscaldamento globale che aumenta solo l'albedo e non riduce le concentrazioni di CO2 nell'atmosfera non affronterà gli impatti negativi dell'acidificazione dell'oceano sugli ecosistemi marini causati da alte concentrazioni di CO2 nell'atmosfera. L'acidificazione dell'oceano si verifica quando l'anidride carbonica si dissolve nell'acqua di mare e crea l'acido carbonico aumentando così l'acidità dell'oceano (cioè abbassando il pH dell'oceano).

La quarta valutazione dell'IPCC indica che l'acidificazione degli oceani ha già aumentato del 30% le concentrazioni di ioni idrogeno (la sostanza chimica coinvolta nella dissoluzione dei composti calciferi) nelle acque superficiali oceaniche. Un oceano più acido rende più difficile, e in definitiva impossibile, che la vita marina produca gusci di calcare.

Gli organismi colpiti includono echinodermi (ricci di mare), molluschi e pteropodi (minuscole lumache marine che sono un componente della base alimentare di organismi che vanno dallo zooplancton al salmone fino ai baleen). (13) Con l'aumentare dell'acidificazione, si verificheranno anche danni alle barriere coralline che fungono da barriere protettive per molte linee costiere e sono fondamentali per gran parte dell'ecosistema oceanico. Il rapporto di valutazione dell'IPCC afferma che il raddoppio delle concentrazioni di CO2 nell'atmosfera ridurrebbe la calcificazione dei coralli del 20-60%. (14)

Gli impatti idrologici dell'eruzione del monte Pinatubo nel 1991 sono stati misurati dagli scienziati e forniscono alcune informazioni sugli impatti idrologici che potrebbero derivare dalle attività di geoingegneria. Nei 6-18 mesi successivi all'eruzione di Pinatubo, si è verificata una sostanziale diminuzione delle precipitazioni e delle portate dei fiumi, in particolare nei tropici. (15) I modelli climatici suggeriscono che esiti simili accompagnerebbero la geoingegneria: diminuzione delle precipitazioni sulla terra (e in particolare i tropici) e aumento precipitazioni sopra il mare. (16) Tali cambiamenti aumenterebbero plausibilmente il rischio di gravi siccità in alcune regioni, con probabili grandi impatti sull'agricoltura e sull'approvvigionamento di acqua dolce. Non è chiaro come pesare quegli impatti altamente incerti contro gli impatti idrologici altamente incerti dei cambiamenti incontrollati nel clima. Non è neanche chiaro se un'iniezione di particelle nella stratosfera per una volta da parte di un'eruzione vulcanica sia un analogo appropriato per gli impatti di uno schema di geoingegneria del clima stazionario, in cui i cicli idrologici si insediano in un modello (forse nuovo). Gli studi di questi possibili impatti con i modelli climatici sono ancora nella loro infanzia e, poiché le precipitazioni sono tra le variabili più difficili da modellare, possono essere soggetti a limiti fondamentali.

Una misura di base della salute ecologica è la produttività primaria netta (NPP) o il tasso di produzione di biomassa in un ecosistema. Diversi ricercatori hanno utilizzato modelli di biosfera terrestre per valutare se gli schemi di geoingegneria che aumentano l'albedo avrebbero un impatto significativo sulla centrale nucleare mondiale. La risposta sembra essere no, perché solo una piccola riduzione del flusso solare è necessaria per contrastare il riscaldamento dovuto alle emissioni antropogeniche. In realtà, uno scenario realistico per un clima geoingegnerizzato che include un ridotto flusso solare e raddoppia le concentrazioni atmosferiche di CO2 potrebbe effettivamente aumentare la NPP globale a causa dell'impatto dominante della CO2, la fertilizzazione. Tuttavia, poiché non tutte le piante rispondono allo stesso modo all'aumento di CO2, potrebbe esserci un impatto differenziale che ne trarrebbe vantaggio a scapito di altre, spostando così il trucco e l'equilibrio tra le specie negli ecosistemi terrestri.

La stratosfera è un ambiente altamente reattivo con forti radiazioni ultraviolette e ossigeno. Molte reazioni chimiche stratosferiche sono facilitate dai processi che si verificano sulla superficie delle particelle. Quindi, l'iniezione di aerosol nella stratosfera potrebbe danneggiare lo strato di ozono della Terra o avere altre conseguenze indesiderabili. Mentre i materiali proposti per l'uso nella geoingegneria stratosferica non hanno la capacità distruttiva dei CFC e di altri materiali che riducono lo strato di ozono che sono già regolamentati dal Protocollo di Montreal, la distruzione locale di ozono è stata osservata dopo grandi eruzioni vulcaniche. Qualsiasi tipo di particella iniettata nella stratosfera potrebbe almeno debolmente facilitare la distruzione chimica dell'ozono, sebbene i dettagli siano incerti. L'iniezione di un gran numero di particelle di aerosol nella stratosfera potrebbe anche accelerare le reazioni speciali che causano il buco dell'ozono, poiché tali reazioni vengono accelerate quando si verificano sulle superfici delle particelle.

Il biossido di zolfo, un potenziale candidato per l'iniezione di aerosol nella stratosfera, è un precursore primario delle piogge acide. Mentre il tempo di permanenza degli articoli di aerosol è molto più lungo nella stratosfera che nella troposfera, alla fine precipitano i solfati iniettati, esacerbando i problemi associati alle emissioni di SO2.

Incentivi speciali per la geoingegneria unilaterale

Partendo dal presupposto che siamo fortunati e che al mondo vengono risparmiate sorprese climatiche rapide e inaspettate, gli impatti locali dei cambiamenti climatici potrebbero tuttavia diventare piuttosto gravi entro la fine del secolo. Come hanno indicato le revisioni IPCC, alcune parti del mondo probabilmente sperimenteranno una variabilità molto maggiore nelle precipitazioni, periodi di siccità estrema, periodi di alluvioni estreme e stress simili. Mentre per i prossimi decenni, la produttività agricola probabilmente aumenterà in alcune parti del mondo, entro la seconda parte del secolo potrebbe iniziare a sperimentare un grave declino in molte località.

Una nazione che non ha fatto molto per prepararsi, sia nel ridurre i suoi contributi alle emissioni globali o nella costruzione di capacità adattive, potrebbe concludere che le conseguenze dei cambiamenti climatici sono diventate sufficientemente severe da impegnarsi unilateralmente nella geoingegneria - imponendo esternalità negative di grandi dimensioni nel resto del mondo per ridurre i propri impatti.

La stratosfera è un ambiente altamente reattivo con forti radiazioni ultraviolette e ossigeno. Molte reazioni chimiche stratosferiche sono facilitate dai processi che si verificano sulla superficie delle particelle. Quindi, l'iniezione di aerosol nella stratosfera potrebbe danneggiare lo strato di ozono della Terra o avere altre conseguenze indesiderabili. Mentre i materiali proposti per l'uso nella geoingegneria stratosferica non hanno la capacità distruttiva dei CFC e di altri materiali che riducono lo strato di ozono che sono già regolamentati dal Protocollo di Montreal, la distruzione locale di ozono è stata osservata dopo grandi eruzioni vulcaniche. Qualsiasi tipo di particella iniettata nella stratosfera potrebbe almeno debolmente facilitare la distruzione chimica dell'ozono, sebbene i dettagli siano incerti. L'iniezione di un gran numero di particelle di aerosol nella stratosfera potrebbe anche accelerare le reazioni speciali che causano il buco dell'ozono, poiché tali reazioni vengono accelerate quando si verificano sulle superfici delle particelle.

Il biossido di zolfo, un potenziale candidato per l'iniezione di aerosol nella stratosfera, è un precursore primario delle piogge acide. Mentre il tempo di permanenza degli articoli di aerosol è molto più lungo nella stratosfera che nella troposfera, alla fine precipitano i solfati iniettati, esacerbando i problemi associati alle emissioni di SO2.

Incentivi speciali per la geoingegneria unilaterale 

Partendo dal presupposto che siamo fortunati e che al mondo vengono risparmiate sorprese climatiche rapide e inaspettate, gli impatti locali dei cambiamenti climatici potrebbero tuttavia diventare piuttosto gravi entro la fine del secolo. Come hanno indicato le revisioni IPCC, alcune parti del mondo probabilmente sperimenteranno una variabilità molto maggiore nelle precipitazioni, periodi di siccità estrema, periodi di alluvioni estreme e stress simili. Mentre per i prossimi decenni, la produttività agricola probabilmente aumenterà in alcune parti del mondo, entro la seconda parte del secolo potrebbe iniziare a sperimentare un grave declino in molte località.

Una nazione che non ha fatto molto per prepararsi, sia nel ridurre i suoi contributi alle emissioni globali o nella costruzione di capacità adattive, potrebbe concludere che le conseguenze dei cambiamenti climatici sono diventate sufficientemente severe da impegnarsi unilateralmente nella geoingegneria - imponendo esternalità negative di grandi dimensioni nel resto del mondo per ridurre i propri impatti.

Il pericolo di fermarsi una volta che la geoingegneria inizia 

Se la geoingegneria con regolazione dell'albedo dovesse proseguire per un periodo prolungato mentre le emissioni di CO2 continuavano o crescevano, la cessazione della geoingegneria poteva produrre shock rapidi, grandi e dannosi per il sistema climatico. Sebbene questo problema non sia stato studiato con molti dettagli, una recente simulazione (18) suggerisce che se un sistema che riduce il flusso solare improvvisamente fallisse o fosse terminato, i pozzi di carbonio si indebolirebbero, portando potenzialmente ad aumenti di temperatura globale senza precedenti di 2-4 ° C per decennio ( più di dieci volte l'attuale tasso di variazione di temperatura). Un tale rapido aumento avrebbe sicuramente effetti negativi profondi sugli ecosistemi e molto altro che dipende dal clima.

Sviluppi che potrebbero giustificare la geoingegneria

Nonostante la grande incertezza sulla geoingegneria e le probabili conseguenze ambientali negative che potrebbe avere, se siamo sorpresi da cambiamenti climatici inaspettatamente rapidi o ampi, potrebbero esserci situazioni in cui i governi del mondo sarebbero giustificati nel prendere azioni collettive. Ecco solo due esempi:
• Al momento il livello del mare aumenta gradualmente, principalmente a causa dell'espansione del riscaldamento dell'acqua oceanica. (Ad oggi, lo scioglimento dei ghiacci è stato un modesto contributo.) Tuttavia, supponiamo che la calotta glaciale della Groenlandia inizi improvvisamente a sciogliersi molto più velocemente di quanto chiunque si aspetti ora. Gran parte del ghiaccio in Groenlandia è sopra il livello del mare.
Se tutto si sciogliesse, il livello del mare aumenterebbe di circa 7 metri. Circa la metà della popolazione mondiale vive entro 100 km dalla costa e il 10%, circa 600 milioni di persone, vive ad altitudini di pochi metri. Molte nazioni, in particolare gli Stati SIA (Small Island Developing States), sono interamente situate in altitudini che vanno da 1 a 5 metri sul livello del mare. Se il livello del mare dovesse iniziare a salire a ritmi di diversi centimetri all'anno (rispetto all'attuale ritmo di circa 30 cm al secolo), centinaia di milioni di persone e trilioni di dollari di edifici e altre infrastrutture sarebbero messi a rischio.
• Ci sono grandi quantità di carbonio, in gran parte sotto forma di metano, che è legato nelle terre ghiacciate dell'artico. Ci sono anche grandi quantità di metano congelato nei sedimenti ai margini delle piattaforme continentali. Se, mentre la terra si scalda, tutto questo metano dovesse improvvisamente e inaspettatamente essere rilasciato nell'atmosfera, il riscaldamento potrebbe aumentare a un ritmo disastroso, causando enormi danni agli ecosistemi naturali e gestiti, siccità estreme, inondazioni dal rapido innalzamento del livello del mare e molti altri problemi molto seri. Le vite e il benessere di miliardi di persone sarebbero a rischio.
Gli scienziati del clima possono indicare diverse altre possibili "sorprese climatiche". Anche se si pensa che tutte queste cose non si verifichino, le loro conseguenze sarebbero sufficientemente disastrose su scala mondiale che, nonostante le incertezze e le potenziali conseguenze negative di grande portata, il mondo potrebbe non avere altra scelta che scegliere collettivamente di impegnarsi nella geoingegneria. Potrebbe rivelarsi estremamente difficile identificare il segnale di una sorpresa climatica, specialmente prima che si verifichi. E spiacevoli sorprese per alcune nazioni potrebbero essere cambiamenti graditi per gli altri, il che potrebbe rendere difficile in pratica raggiungere un accordo su quando è opportuno premere il grilletto su un piano di geoingegneria progettato per essere utilizzato solo in caso di emergenza.

Cosa potrebbe essere fatto?

Chiaramente c'è ancora molto lavoro da fare sugli aspetti ingegneristici e scientifici della geoingegneria. Probabilmente saranno sviluppate migliori particelle e schemi di lofting; sono necessarie più ricerche per identificare e valutare possibili conseguenze negative e tutti i modi in cui i sistemi di geoingegneria potrebbero fallire.

Ma qui ci concentriamo sulla questione della regolamentazione, perché è probabile che le nazioni o forse anche gli individui saranno tentati dal geoingegnere prima che tutti i fatti siano presenti, ed è difficile escogitare un utile programma di ricerca sulla geoingegneria senza sapere dove sia il mondo reale gli sforzi di geoingegneria potrebbero andare. Il nostro scopo in questa sezione è quello di delineare domande e quadri chiave; il nostro obiettivo per il workshop è di concentrarsi sulle risposte (e sulle aree in cui la ricerca può produrre risposte).

Trattati

La risposta standard a una sfida normativa internazionale è un trattato. In questo caso potrebbe esserci un ruolo per i trattati, anche se gran parte del canone del diritto ambientale internazionale non sarà direttamente rilevante. Il problema standard nel diritto ambientale internazionale è l'azione collettiva, che porta molte parti, spesso con interessi divergenti, a concordare uno sforzo comune che di solito comporta la spesa di più risorse di quelle che ciascuno avrebbe dedicato individualmente.

Al contrario, il problema in questo caso è la moderazione.

Come ha notato Tom Schelling un decennio fa, la geoingegneria trasforma la politica dello sforzo normativo internazionale sui cambiamenti climatici sulla sua testa. (19) Sotto alcuni aspetti, la geoingegneria rende più facile l'azione internazionale perché molte nazioni meno numerose devono partecipare - le uniche nazioni il cui comportamento deve essere influenzato sono quelli che hanno la capacità di geoingegnere. Per altri aspetti, però, il problema della cooperazione è diabolicamente difficile perché una decisione presa da qualsiasi paese per invertire la tendenza potrebbe essere un fallimento per tutti.

La legge internazionale sull'ambiente include alcuni regimi di restrizione, come la Convenzione di Londra del Dumping del 1972, che proibisce alcuni tipi di scarichi oceanici. È difficile valutare l'efficacia dell'LDC, ma chiaramente in alcune aree ha avuto un impatto. Lo smaltimento dei rifiuti radioattivi nei fondali marini è stato preso sul serio nel 1970; dal momento che la ricerca LDC su tale opzione è stata quasi interamente interrotta. (Questo caso sottolinea anche la necessità di cautela nell'impostare i tabù. Il dumping oceanico ben progettato di alcuni rifiuti potrebbe effettivamente essere più sicuro degli attuali sistemi terrestri.) Il PMS rivela anche la massima del diritto internazionale, che è il fatto che spesso le regole scomode cambiato. Di fronte alla possibilità che il sequestro di CO2 sotto i fondali marini potrebbe essere illegale sotto il PMS, i paesi hanno cambiato le regole negli ultimi anni solo per essere sicuri che questi schemi possano continuare a ritmo sostenuto. E il primo schema di sequestro del sottomarino - il progetto norvegese Sleipner - è andato avanti nonostante le vecchie regole scomode.

C'è un trattato che è plausibilmente focalizzato su esattamente il problema della geoingegneria: la Convenzione di modifica ambientale (Enmod) degli anni '70. Quell'accordo sorse in un'epoca in cui i militari stavano cercando di modificare le condizioni meteorologiche come uno strumento di guerra. Il trattato proibisce tali usi ostili e offre il rinvio al Consiglio di sicurezza delle Nazioni Unite come sanzione. Non è mai stato testato, probabilmente perché il trattato è debole e principalmente perché le strategie di modifica del clima non hanno mai funzionato bene. I militari hanno perso interesse; il trattato raccoglie polvere.


Ci possono essere utili lezioni da trarre da altri regimi di moderazione, come i divieti di sviluppare e utilizzare armi biologiche e chimiche. Nella misura in cui tali regimi hanno funzionato, hanno implementato una combinazione di controlli e norme sulle esportazioni. Nel caso della geoingegneria, i controlli sulle esportazioni probabilmente non avranno molto impatto poiché le tecnologie sono ampiamente disponibili. Potrebbe essere possibile rallentare i geoingegneri limitando l'accesso alla tecnologia a razzo e agli aeromobili ad alta capacità stratosferica, ma ci sono così tanti percorsi disponibili per la geoingegneria che sembra difficile contenere la tecnologia.

Esercizi di costruzione della norma

Una strategia diversa e complementare potrebbe mirare a stabilire norme sulla geoingegneria responsabile. Questo approccio riconoscerebbe che il diritto internazionale è debole (specialmente quando è inopportuno), ma le norme possono essere potenti se vengono interiorizzate all'interno delle comunità che potrebbero contemplare la geoingegneria. Storicamente, norme simili sono emerse attorno allo spiegamento di armi nucleari - ad esempio, contro il "primo uso" di armi nucleari e contro test di armi spericolate - e probabilmente hanno contribuito a ridurre il pericolo di una guerra nucleare. Sono emerse norme importanti relative ai test e allo sviluppo sicuri di colture geneticamente modificate.

Al workshop dovremmo discutere quali norme dovrebbero governare la geoingegneria e come potrebbero ottenere un'adesione diffusa. Le norme potrebbero includere la necessità di una ricerca aperta collettiva e una valutazione avversa al rischio, nonché una piena trasparenza nelle valutazioni ambientali delle opzioni di geoingegneria. Potrebbero essere create norme speciali per richiedere l'implementazione di sistemi di geoingegneria o esperimenti solo con team internazionali e includere una valutazione approfondita per monitorare gli effetti reali. Speciali "squadre rosse" potrebbero essere richieste per valutare possibili danni. Ulteriori norme possono riguardare la minimizzazione e la compensazione dei danni creati dalla geoingegneria.

Ottenere tutte le nazioni rilevanti per aderire a tali norme può essere particolarmente difficile.

Le norme aggressive potrebbero ostacolare la ricerca sulla geoingegneria nei paesi che più probabilmente onoreranno le norme, cioè i paesi che sono più propensi a prestare maggiore attenzione a possibili danni collaterali dalla geoingegneria, mentre fanno ben poco per contrastare la pericolosa geoingegneria unilaterale di paesi e istituzioni che importa meno delle norme internazionali. Inoltre, le unità pertinenti potrebbero non essere paesi poiché la geoingegneria sembra essere così poco costosa che le grandi ONG e le persone ricche potrebbero fare queste cose da sole.

Ringraziamenti

Questo documento di base ha contribuito alla discussione in una riunione del maggio 2008 degli esperti di politica estera del Consiglio per le relazioni estere e ad un saggio orientato alla politica pubblicato nel numero di marzo / aprile 2009 di Affari esteri. Siamo grati a Scott Barrett, Susan Basu, Daniel Bodansky, Martin Bunzl, Ken Caldeira, Ralph Cicerone, Josh Cohen, Richard Cooper, John Deutch, David Doniger, Erika Engelhaupt, Sylvia Generoso, Jay Gulledge, Jim Hoge, Fred Ikle, Donald Johnston, Devesh Kapur, David Keith, Klaus Keller, Robert Keohane, Steven Koonin, Lee Lane, Michael Levi, Peter Ogden, Stephen Pacala, Jonathan Pershing, Sasha Polakow-Suransky, Nigel Purvis, Arathi Rao, Trigg Talley, Samuel Thernstrom, Mitchel Wallerstein e Paul Wolfowitz, per i loro commenti sulle bozze e le relative discussioni. Grazie anche ai partecipanti al programma della Stanford University sulla giustizia globale e al workshop sulla politica per le norme ambientali e le istituzioni per le discussioni relative alle strategie normative riguardanti la geoingegneria.




Note
1  Per una valutazione dettagliata del cambiamento climatico e dei suoi probabili impatti, consultare le recenti relazioni della quarta valutazione dell'IPCC, disponibili su www.ipcc.ch
2  B. J. Soden, et al., "Raffreddamento globale dopo l'eruzione del monte Pinatubo: una prova del clima
Water Vapor," Science, 296, 727-730, 2002.
3  P. Crutzen, "Miglioramento di Albedo con iniezioni di zolfo stratosferico: un contributo per risolvere un dilemma politico?" Climatic Change, 77, 211-219, 2006.
4  Panel NAS sulle implicazioni politiche del riscaldamento delle serre, implicazioni politiche del riscaldamento delle serre: mitigazione, adattamento e base scientifica, National Academy Press, 918pp, 1992.
5  E. Teller, L. Wood e R. Hyde, "Riscaldamento globale e glaciazione: prospettive per la modulazione basata sulla fisica del cambiamento globale", Lawrence Livermore National Laboratory, Rapporto UCRL-JC-128715, xxpp, 15 agosto 1997.
6  D. Keith, "Levitazione fotoforetica di aerosol per geoingegneria", Estratti di ricerca geofisica, 10, EGU2008-A-11400, 2008.
7  Pannello NAS sulle implicazioni politiche del riscaldamento delle serre, vedi nota 4.
8  S. Salter, "Hardware di navigazione per l'implementazione del metodo di controllo Cloud Albedo per il riduzione del riscaldamento globale, "preprint presentata alla conferenza sui cambiamenti climatici di EIC 2006, Ottowa, CA, Maggio 2006.
9   R. Angel, "Possibilità di raffreddare la Terra con una nuvola di piccoli veicoli spaziali vicino al punto interno di Lagrange (L1), "PNAS, 103, 17184-17189, 2006.
10  G. B. Bonan,, et al., "Effetti della vegetazione forestale boreale sul clima globale", Nature, 359, 716-718, 1992.
11  Vedi per esempio: P. Boyd et al. "Il declino e il destino di una fioritura di fitoplancton subartico indotta da ferro" Nature, 428, 549-553, 2004; S. Blain et al. "Effetto della fertilizzazione del ferro naturale sul sequestro del carbonio in l'oceano meridionale, "Nature, 446,1070-1075, 2007.
12  Sarmiento è direttore del programma di scienze atmosferiche e oceaniche a Priniceton e ha fatto ampia modellizzazione e analisi del bilancio del carbonio planetario.
13  J. C. Orr et al. "Acidificazione antropogenica dell'oceano nel ventunesimo secolo e impatto di organismi calcificanti, "Nature, 437, 681-686, 2005.
14  Fischlin et al. "Ecosistemi, loro proprietà, beni e servizi". Climate Change 2007: Impatti, Adattamento e vulnerabilità. Contributo del gruppo di lavoro II alla quarta relazione di valutazione del Gruppo intergovernativo sui cambiamenti climatici. (Cambridge: Cambridge University Press, 2007): 211-272.
15  K. E. Trenberth e A. Dai, "Effetti dell'eruzione vulcanica del Monte Pinatubo sul ciclo idrologico come un analogo della geoingegneria, "Geophys. Res. Letters, 34, 2007.
16  H. D. Matthews e K. Caldeira, "Simulazioni climatiche-carbonio transitorie di geoingegneria planetaria" PNAS, 104, 9949-9954, 2007.
17  B. Govindasamy et al., "Impatto degli schemi di geoingegneria sulla biosfera terrestre", Geophys. Res.
Letters, 29, 2061, 2002.  H. D. Matthews e K. Caldeira, "Simulazioni climatiche-carbonio transitorie di geoingegneria planetaria" PNAS, 104, 9949-9954, 2007.
17  B. Govindasamy et al., "Impatto degli schemi di geoingegneria sulla biosfera terrestre", Geophys. Res. Letters, 29, 2061, 2002.
18  H. D. Matthews e K. Caldeira, "Transienti simulazioni clima-carbonio della geoingegneria planetaria". PNAS, 104, 9949-9954, 2007.
19  T. Schelling, "La diplomazia economica della geoingegneria", Cambiamenti climatici, 33, 303-307,1996.

Per ulteriori letture
Per coloro che desiderano saperne un po 'di più su questo argomento, saremo lieti di fornirvi copie di uno dei seguenti elementi:

1. D. Keith, "Geoengineering the Climate: History and prospect," Annu. Rev. Energy Environ., 25, 245-284, 2000.
2. P. J. Crutzen, "Albedo Enhancement By Stratospheric Sulfur Injections: A
contribution to resolve a policy dilemma?" Climatic Change, 77, 211-219, 2006.
3. National Academy of Sciences, Policy Implications of Greenhouse Warming:
Mitigation, adaptation, and the science base, National Academy Press. See
Chapter 28 and Appendix Q, 1992.
4. E. Teller, L. Wood and R. Hyde, "Global Warming and Ice Ages: Prospects for
physics based modulation of global change," Lawrence Livermore National
Laboratory, Report UCRL-JC-128715, 18pp., August 15, 1997.
5. H. D. Matthews and K. Caldeira, "Transient Climate-carbon Simulations of
Planetary Geoengineering," PNAS, 104, 9949-9954, 2007.
6. Orr et al., "Anthropogenic Ocean Acidification Over the Twenty-first Century and Its Impact of Calcifying Organisms," Nature, 437, 681-686.
7. T. Schelling, "The Economic Diplomacy of Geoengineering," Climatic Change, 33, 303-307,1996.
8. D.G. Victor, "On the Regulation of Geoengineering," Oxford Review of Economic Policy, in press.
9. S. Barrett, “The Incredible Economics of Geoengineering,” Environmental
Resource and Economics, 39, 45-54, 2007.
10. D. Bodansky, “May we engineer the climate?,” Climatic Change, 33, 309-
321,1996.
11. J. R. Fleming, “The pathological history of weather and climate modification: Three cycles of promise and hype,” Historical Studies in the Physical and Biological Sciences, 37, 3-25, 2007.
12. American Association for the Advancement of Science, “Should We Study
Geoengineering? A Science Magazine Panel Discussion,” Science Online,
http://www.sciencemag.org/cgi/content/full/sci;318/5853/1054/DC1



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