science >> Wetenschap >  >> Natuur

Het weerkaatsen van zonlicht om de planeet af te koelen zal andere wereldwijde veranderingen veroorzaken

MIT-onderzoekers ontdekken dat extratropische stormsporen - de blauwe gebieden van stormachtigheid op de middelste breedtegraden van de aarde - aanzienlijk zouden veranderen met inspanningen op het gebied van zonne-geo-engineering. Krediet:Massachusetts Institute of Technology

Hoe kan de wereld de voortdurende stijging van de mondiale temperatuur tegengaan? Hoe zit het met het afschermen van de aarde voor een deel van de zonnewarmte door de stratosfeer te injecteren met reflecterende aerosolen? Ten slotte, vulkanen doen in wezen hetzelfde, zij het in het kort, dramatische uitbarstingen:wanneer een Vesuvius uitbarst, het blaast fijne as de atmosfeer in, waar de deeltjes kunnen blijven hangen als een soort wolkendek, door zonnestraling terug de ruimte in te reflecteren en de planeet tijdelijk af te koelen.

Sommige onderzoekers onderzoeken voorstellen om vergelijkbare effecten te ontwikkelen, bijvoorbeeld door reflecterende aerosolen in de stratosfeer te lanceren - via vliegtuigen, ballonnen, en zelfs luchtballonnen - om de hitte van de zon te blokkeren en de opwarming van de aarde tegen te gaan. Maar zulke zonne-geo-engineeringschema's, zoals ze bekend zijn, andere langdurige gevolgen voor het klimaat kunnen hebben.

Nu hebben wetenschappers van het MIT ontdekt dat zonne-geo-engineering de extratropische stormbanen aanzienlijk zou veranderen - de zones op de middelste en hoge breedtegraden waar stormen het hele jaar door ontstaan ​​en worden gestuurd door de jetstream over de oceanen en het land. Extratropische stormsporen veroorzaken extratropische cyclonen, en niet hun tropische neven, orkanen. De sterkte van extratropische stormsporen bepaalt de ernst en frequentie van stormen zoals nor'easters in de Verenigde Staten.

Het team overwoog een geïdealiseerd scenario waarin zonnestraling voldoende werd gereflecteerd om de opwarming te compenseren die zou optreden als de concentratie van kooldioxide zou verviervoudigen. In een aantal mondiale klimaatmodellen onder dit scenario, de kracht van stormsporen op zowel het noordelijk als het zuidelijk halfrond nam als reactie aanzienlijk af.

Verzwakte stormsporen zouden minder krachtige winterstormen betekenen, maar het team waarschuwt dat zwakkere stormsporen ook leiden tot stagnerende omstandigheden, vooral in de zomer, en minder wind om luchtvervuiling op te ruimen. Veranderingen in wind kunnen ook de circulatie van oceaanwater beïnvloeden en, beurtelings, de stabiliteit van ijskappen.

"Ongeveer de helft van de wereldbevolking leeft in de extratropische gebieden waar stormsporen het weer domineren, " zegt Charles Gertler, een afgestudeerde student aan het MIT's Department of Earth, Atmosferische en Planetaire Wetenschappen (EAPS). "Onze resultaten laten zien dat geo-engineering op zonne-energie de klimaatverandering niet alleen zal omkeren. het heeft het potentieel om zelf nieuwe klimaatveranderingen teweeg te brengen."

Gertler en zijn collega's hebben hun resultaten deze week gepubliceerd in het tijdschrift Geofysische onderzoeksbrieven . Co-auteurs zijn onder meer EAPS-professor Paul O'Gorman, samen met Ben Kravitz van de Indiana State University, John Moore van de Beijing Normal University, Steven Phipps van de Universiteit van Tasmanië, en Shingo Watanabe van het Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology

Een niet zo zonnige foto

Wetenschappers hebben eerder gemodelleerd hoe het klimaat op aarde eruit zou kunnen zien als scenario's voor geo-engineering op zonne-energie zich op wereldwijde schaal zouden afspelen. met gemengde resultaten. Aan de ene kant, het spuiten van aerosolen in de stratosfeer zou de binnenkomende zonnewarmte verminderen en, tot op zekere hoogte, de opwarming door de uitstoot van kooldioxide tegen te gaan. Anderzijds, een dergelijke afkoeling van de planeet zou andere door broeikasgassen veroorzaakte effecten, zoals regionale vermindering van regenval en verzuring van de oceaan, niet voorkomen.

Er zijn ook tekenen dat het opzettelijk verminderen van zonnestraling het temperatuurverschil tussen de evenaar en de polen van de aarde zou verkleinen of, in klimaattaal, de meridionale temperatuurgradiënt van de planeet verzwakken, de evenaar afkoelen terwijl de polen blijven opwarmen. Dit laatste gevolg was vooral intrigerend voor Gertler en O'Gorman.

"Stormsporen voeden zich met meridionale temperatuurgradiënten, en stormsporen zijn interessant omdat ze ons helpen extreme weersomstandigheden te begrijpen, "Zegt Gertler. "Dus we waren geïnteresseerd in de invloed van geo-engineering op stormbanen."

Het team bekeek hoe extratropische stormsporen zouden kunnen veranderen onder een scenario van zonne-geo-engineering dat bij klimaatwetenschappers bekend staat als experiment G1 van het Geoengineering Model Intercomparison Project (GeoMIP), een project dat verschillende geo-engineeringscenario's biedt voor wetenschappers om op klimaatmodellen te draaien om hun verschillende klimaateffecten te beoordelen.

Het G1-experiment gaat uit van een geïdealiseerd scenario waarin een geo-engineeringschema voor zonne-energie voldoende zonnestraling blokkeert om tegenwicht te bieden aan de opwarming die zou optreden als de kooldioxideconcentraties zouden verviervoudigen.

De onderzoekers gebruikten resultaten van verschillende klimaatmodellen die vooruitlopen in de tijd onder de omstandigheden van het G1-experiment. Ze gebruikten ook resultaten van een meer geavanceerd geo-engineeringscenario met een verdubbeling van de kooldioxideconcentraties en aerosolen die op meer dan één breedtegraad in de stratosfeer werden geïnjecteerd. In elk model registreerden ze de dagelijkse verandering in luchtdruk bij luchtdruk op zeeniveau op verschillende locaties langs de stormbanen. Deze veranderingen weerspiegelen de passage van stormen en meten de energie van een stormbaan.

"Als we kijken naar de variantie in druk op zeeniveau, we hebben een idee van hoe vaak en hoe sterk cyclonen elk gebied passeren, " legt Gertler uit. "We nemen dan het gemiddelde van de variantie over de hele extratropische regio, om een ​​gemiddelde waarde van de stormbaansterkte voor het noordelijk en zuidelijk halfrond te krijgen."

Een onvolmaakt tegenwicht

hun resultaten, over klimaatmodellen, toonde aan dat zonne-geo-engineering stormsporen op zowel het noordelijk als het zuidelijk halfrond zou verzwakken. Afhankelijk van het scenario dat ze overwogen, het stormspoor op het noordelijk halfrond zou 5 tot 17% zwakker zijn dan het nu is.

"Een verzwakt stormspoor, in beide hemisferen, zou zwakkere winterstormen betekenen, maar ook leiden tot meer stilstaand weer, die hittegolven kunnen beïnvloeden, "zegt Gertler. "In alle seizoenen, dit kan de ventilatie van luchtverontreiniging beïnvloeden. Het kan ook bijdragen aan een verzwakking van de hydrologische cyclus, met regionale vermindering van regenval. Dit zijn geen goede veranderingen, vergeleken met een basisklimaat dat we gewend zijn."

De onderzoekers waren benieuwd hoe dezelfde stormsporen zouden reageren op alleen de opwarming van de aarde, zonder toevoeging van sociale geo-engineering, dus hebben ze de klimaatmodellen opnieuw uitgevoerd onder verschillende scenario's met alleen opwarming. Verrassend genoeg, dat vonden ze, op het noordelijk halfrond, opwarming van de aarde zou ook stormsporen verzwakken, even groot als bij de toevoeging van zonne-geo-engineering. Dit suggereert zonne-geo-engineering, en inspanningen om de aarde af te koelen door de binnenkomende warmte te verminderen, zou niet veel doen om de effecten van de opwarming van de aarde te veranderen, althans op stormbanen - een raadselachtige uitkomst waarvan de onderzoekers niet zeker weten hoe ze dit moeten verklaren.

Op het zuidelijk halfrond, er is een iets ander verhaal. Ze ontdekten dat de opwarming van de aarde alleen de stormsporen daar zou versterken, overwegende dat de toevoeging van zonne-geo-engineering deze versterking zou voorkomen, en nog verder, zou de stormsporen daar verzwakken.

"Op het zuidelijk halfrond, winden drijven de oceaancirculatie aan, die op hun beurt de opname van koolstofdioxide kunnen beïnvloeden, en de stabiliteit van de Antarctische ijskap, " O'Gorman voegt eraan toe. "Dus hoe stormsporen veranderen over het zuidelijk halfrond is heel belangrijk."

Het team merkte ook op dat de verzwakking van stormbanen sterk gecorreleerd was met veranderingen in temperatuur en vochtigheid. specifiek, de klimaatmodellen toonden aan dat als reactie op verminderde inkomende zonnestraling, de evenaar koelde aanzienlijk af terwijl de polen bleven opwarmen. Deze verminderde temperatuurgradiënt lijkt voldoende om de verzwakkende stormsporen te verklaren - een resultaat dat de groep als eerste demonstreert.

"Dit werk benadrukt dat zonne-geo-engineering de klimaatverandering niet omkeert, maar vervangt de ene ongekende klimaattoestand door een andere, ", zegt Gertler. "Het weerkaatsen van zonlicht is geen perfecte tegenhanger van het broeikaseffect."

O'Gorman voegt eraan toe:"Er zijn meerdere redenen om dit te vermijden, en in plaats daarvan om de uitstoot van CO . te verminderen 2 en andere broeikasgassen."

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), een populaire site met nieuws over MIT-onderzoek, innovatie en onderwijs.