Utilizzando un sofisticato modello di computer, gli scienziati hanno dimostrato per la prima volta che un nuovo approccio di ricerca alla geoingegneria potrebbe essere potenzialmente utilizzato per limitare il riscaldamento della Terra a un obiettivo specifico, riducendo al contempo alcuni dei rischi e delle preoccupazioni identificati negli studi precedenti, compreso il raffreddamento irregolare del globo.

Gli scienziati hanno sviluppato un algoritmo specializzato per un modello del sistema terrestre che varia la quantità e la posizione della geoingegneria, in questo caso, iniezioni di anidride solforosa in alto nell'atmosfera, che in teoria sarebbero necessarie, anno per anno, per limitare efficacemente il riscaldamento. mettono in guardia, però, che sono necessarie ulteriori ricerche per determinare se questo approccio sarebbe pratico, o anche possibile, nel mondo reale.

I risultati della nuova ricerca, guidato da scienziati del Centro nazionale per la ricerca atmosferica (NCAR), Laboratorio nazionale nord-occidentale del Pacifico (PNNL), e la Cornell University, rappresentano un significativo passo avanti nel campo della geoingegneria. Ancora, ci sono molte domande a cui è necessario rispondere sulle iniezioni di anidride solforosa, compreso il modo in cui questo tipo di ingegneria potrebbe alterare i modelli regionali di precipitazione e la misura in cui tali iniezioni danneggerebbero lo strato di ozono. La possibilità di uno sforzo di geoingegneria globale per combattere il riscaldamento solleva anche serie preoccupazioni etiche e di governance.

"Questa è una pietra miliare importante e offre la promessa di ciò che potrebbe essere possibile in futuro, " ha detto lo scienziato NCAR Yaga Richter, uno degli autori principali. "Ma è solo l'inizio; c'è molta più ricerca che deve essere fatta".

Gli studi di modellazione del passato hanno tipicamente cercato di rispondere alla domanda "Cosa succede se facciamo geoingegneria?" I risultati di tali studi hanno descritto gli esiti, sia positivi che negativi, dell'iniezione di una quantità predeterminata di solfati nell'atmosfera, spesso proprio all'equatore terrestre. Ma non hanno cercato di specificare il risultato che speravano di ottenere all'inizio.

In una serie di nuovi studi, i ricercatori hanno ribaltato la domanda, invece chiedendo, "Come potrebbe essere utilizzata la geoingegneria per raggiungere obiettivi climatici specifici?"

"Abbiamo davvero spostato la domanda, e così facendo, scoperto che possiamo capire meglio cosa può essere in grado di ottenere la geoingegneria, " ha detto Richter.

I risultati della ricerca sono dettagliati in una serie di articoli pubblicati in un numero speciale del Giornale di ricerca geofisica – Atmosfere.

Imitando un vulcano

In teoria, la geoingegneria - interventi su larga scala progettati per modificare il clima - potrebbe assumere molte forme, dal lancio di specchi solari orbitanti alla fertilizzazione delle alghe oceaniche affamate di carbonio. Per questa ricerca, il team ha studiato un approccio molto discusso:iniettare anidride solforosa nell'atmosfera superiore, sopra lo strato di nuvole.

L'idea di combattere il riscaldamento globale con queste iniezioni è ispirata dalle eruzioni vulcaniche più massicce della storia. Quando i vulcani eruttano, trasportano anidride solforosa in alto nell'atmosfera, dove viene chimicamente convertito in particelle di solfato che disperdono la luce chiamate aerosol. Questi solfati, che può indugiare nell'atmosfera per alcuni anni, si diffondono intorno alla Terra dai venti stratosferici, formando uno strato riflettente che raffredda il pianeta.

Per imitare questi effetti, l'anidride solforosa potrebbe essere iniettata direttamente nella stratosfera, magari con l'aiuto di aerei ad alta quota. Ma mentre le iniezioni contrasterebbero il riscaldamento globale, non affronterebbero tutti i problemi associati al cambiamento climatico, e probabilmente avrebbero i loro effetti collaterali negativi.

Per esempio, le iniezioni non compenserebbero l'acidificazione degli oceani, che è direttamente collegato alle emissioni di anidride carbonica. La geoingegneria potrebbe anche causare interruzioni significative nei modelli di pioggia e ritardi nella guarigione del buco dell'ozono. Inoltre, una volta iniziata la geoingegneria, se la società volesse evitare un rapido e drastico aumento della temperatura, le iniezioni dovrebbero continuare fino a quando gli sforzi di mitigazione non saranno sufficienti a limitare il riscaldamento da soli.

Probabilmente ci sarebbero anche importanti sfide di governance internazionale che dovrebbero essere superate prima che un programma di geoingegneria possa essere implementato.

"Per consentire ai responsabili delle decisioni di valutare con precisione i pro e i contro della geoingegneria rispetto a quelli del cambiamento climatico causato dall'uomo, hanno bisogno di maggiori informazioni, ", ha affermato lo scienziato del PNNL Ben Kravitz, anche uno dei principali autori degli studi. "Il nostro obiettivo è capire meglio cosa può fare la geoingegneria e cosa no".

Modellare la chimica complessa

Per i nuovi studi, gli scienziati hanno utilizzato il Community Earth System Model basato su NCAR con la sua componente atmosferica estesa, il modello climatico comunitario dell'intera atmosfera. Il WACCM include chimica e fisica dettagliate dell'atmosfera superiore ed è stato recentemente aggiornato per simulare l'evoluzione dell'aerosol stratosferico dai gas di origine, compresa la geoingegneria.

"Era fondamentale per questo studio che il nostro modello fosse in grado di catturare con precisione la chimica nell'atmosfera in modo da poter capire quanto velocemente l'anidride solforosa sarebbe stata convertita in aerosol e per quanto tempo quegli aerosol sarebbero rimasti, ", ha affermato lo scienziato NCAR Michael Mills, anche un autore principale. "La maggior parte dei modelli climatici globali non include questa chimica atmosferica interattiva".

Gli scienziati hanno anche migliorato significativamente il modo in cui il modello simula i venti stratosferici tropicali, che cambiano direzione ogni pochi anni. Rappresentare accuratamente questi venti è fondamentale per capire come gli aerosol vengono sparsi in tutto il pianeta.

Gli scienziati hanno testato con successo il loro modello vedendo come potrebbe simulare la massiccia eruzione del 1991 del Monte Pinatubo, compresa la quantità e la velocità di formazione dell'aerosol, così come il modo in cui quegli aerosol sono stati trasportati in tutto il mondo e per quanto tempo sono rimasti nell'atmosfera.

Quindi gli scienziati hanno iniziato a esplorare gli impatti dell'iniezione di anidride solforosa a diverse latitudini e altitudini. Da studi passati, gli scienziati sapevano che i solfati iniettati solo all'equatore influenzano la Terra in modo non uniforme:il raffreddamento eccessivo dei tropici e il raffreddamento insufficiente dei poli. Ciò è particolarmente problematico poiché il cambiamento climatico sta riscaldando l'Artico a un ritmo più rapido. Il cambiamento climatico sta anche causando un riscaldamento più rapido dell'emisfero settentrionale rispetto all'emisfero meridionale.

I ricercatori hanno utilizzato il modello per studiare 14 possibili siti di iniezione a sette diverse latitudini e due diverse altitudini, qualcosa mai provato prima nella ricerca di geoingegneria. Hanno scoperto che potevano diffondere il raffreddamento in modo più uniforme in tutto il mondo scegliendo i siti di iniezione su entrambi i lati dell'equatore.

Raggiungere più obiettivi

I ricercatori hanno quindi riunito tutto il loro lavoro in un unico modello di simulazione con obiettivi specifici:limitare il riscaldamento globale medio ai livelli del 2020 fino alla fine del secolo e ridurre al minimo la differenza di raffreddamento tra l'equatore e i poli e tra il nord ed emisferi meridionali.

Hanno dato al modello quattro scelte di siti di iniezione, a 15 gradi e 30 gradi nord e sud di latitudine, e poi hanno implementato un algoritmo che determina, per ogni anno, i migliori siti di iniezione e la quantità di anidride solforosa necessaria in quei siti. La capacità del modello di riformulare la quantità di geoingegneria necessaria ogni anno, in base alle condizioni di quell'anno, ha anche permesso alla simulazione di rispondere alle fluttuazioni naturali del clima.

Il modello ha mantenuto con successo le temperature superficiali vicine ai livelli del 2020 in un contesto di crescenti emissioni di gas serra che sarebbe coerente con uno scenario normale. La capacità dell'algoritmo di scegliere i siti di iniezione ha raffreddato la Terra in modo più uniforme rispetto a studi precedenti, perché potrebbe iniettare più anidride solforosa nelle regioni che si stavano riscaldando troppo rapidamente e meno nelle aree che si erano raffreddate eccessivamente.

Però, entro la fine del secolo, la quantità di anidride solforosa che dovrebbe essere iniettata ogni anno per compensare il riscaldamento globale causato dall'uomo sarebbe enorme:quasi cinque volte la quantità vomitata nell'aria dal Monte Pinatubo il 15 giugno, 1991.

Capovolgere la domanda di ricerca

"I risultati dimostrano che è possibile capovolgere la domanda di ricerca che ha guidato gli studi di geoingegneria e non solo esplorare ciò che fa la geoingegneria, ma vederlo come un problema di progettazione, "ha detto Doug MacMartin, uno scienziato alla Cornell e al California Institute of Technology. "Quando lo vediamo in quella luce, possiamo quindi iniziare a sviluppare una strategia su come raggiungere gli obiettivi della società".

Nell'attuale serie di studi, l'adeguamento del piano di geoingegneria solo una volta all'anno ha permesso ai ricercatori di mantenere la temperatura globale media ai livelli del 2020 in un dato anno, ma le temperature regionali, così come i cambiamenti di temperatura stagionali, erano a volte più fresche o più calde del desiderato. Quindi i prossimi passi potrebbero includere l'esplorazione della possibilità di effettuare regolazioni più frequenti in una diversa scelta di luoghi di iniezione.

Gli scienziati stanno già lavorando a un nuovo studio per aiutarli a comprendere i possibili impatti che la geoingegneria potrebbe avere sui fenomeni regionali, come i monsoni asiatici.

"Siamo ancora molto lontani dal comprendere tutte le interazioni nel sistema climatico che potrebbero essere innescate dalla geoingegneria, il che significa che non abbiamo ancora compreso l'intera gamma di possibili effetti collaterali, ", ha affermato la scienziata dell'NCAR Simone Tilmes, un autore principale. "Ma il cambiamento climatico comporta anche dei rischi. La continua ricerca sulla geoingegneria è fondamentale per valutare i benefici e gli effetti collaterali e per informare i decisori e la società".