ابرها چگونه می‌توانند تغییرات اقلیمی را متوقف کنند؟

زمین پس از فوران‌های آتش‌فشانی، سرد می‌شود. حالا پژوهشگرها معتقدند باید برای کاهش گرمایش جهانی به شبیه‌سازی این فرایند پرداخت.

در ژوئن ۱۹۹۱، اتفاق عجیبی برای زمین افتاد؛ کوه پیناتوبو در فیلیپین فعال شد. این پدیده تعجب همه را برانگیخت، زیرا تصور می‌شد پیناتوبو یک کوه باشد نه یک آتش‌فشان. درواقع تراکم فشار زیر این کوه پس از قرن‌ها فعال شد و دومین فوران آتش‌فشانی بزرگ قرن بیستم را رقم زد که منجر به خارج شدن مقادیر زیادی خاکستر سفید و سولفات تا سطح استراتوسفر زمین (۱۰ کیلومتر بالاتر از سطح زمین) شد.

تقریبا ۱۵ تا ۱۷ میلیون تن از این مواد آتش‌فشانی به یک مه غلیظ تبدیل شدند که سراسر جهان را پوشش دادند. در ماه دوم پس‌ازاین اتفاق، دانشمندان موفق به کشف یک شگفتی دوم شدند: ابر تشکیل‌شده‌ از ذرات آتش‌فشانی به‌عنوان یک صفحه‌ی محافظ خورشیدی عمل می‌کرد و بخش قابل‌توجهی از نور خورشید را به فضا برمی‌گرداند.

درنتیجه دمای میانگین جهان در آن سال به‌اندازه‌ی ۰/۶ درجه‌ی سانتی‌گراد کاهش یافت؛ و بعضی پژوهشگرها به یک احتمال جذاب رسیدند: آیا می‌توان با شبیه‌سازی این فرایند به تولید ابرهای مصنوعی پرداخت و دمای میانگین جهانی را کاهش داد؟

امروزه دانشمندان می‌دانند برای کاهش تغییرات اقلیمی (که توسط انسان به وجود آمده‌اند) باید این اقدامات را انجام دهند: کاهش سریع نشر گازهای گلخانه‌ای، جایگزینی سوخت‌های فسیلی با انرژی تجدیدپذیر. براساس گزارش اخیر IPCC (هیئت میان دولتی تغییرات اقلیمی)، جهان برای رساندن نشر گازهای گلخانه‌ای به نصف، تنها ۱۲ سال و برای رساندن آن به صفر (تا سال ۲۰۵۰) تنها ۳۲ سال زمان دارد.

بااین‌حال، برخلاف این نیاز چشم‌گیر به کاهش گازهای گلخانه‌ای، آمار جدید نشان می‌دهند نشر گاز کربن‌دی‌اکسید بالا رفته است. براساس گزارش سازمان ملل در ماه نوامبر، تمام کشورها باید فورا برای کاهش نشر این گازها تلاش کنند؛ و به اعتقاد برخی، ابرهای مصنوعی یکی از راه‌حل‌های مهم برای رسیدن به این هدف هستند.

به‌لطف فوران کوه پیناتوبو، دمای میانگین جهانی در سال ۱۹۹۱ به‌اندازه‌ی ۰/۶ درجه‌ی سانتی‌گراد کاهش یافت

در حال حاضر، ۳۰ درصد از اشعه‌ی نور خورشید توسط سطوح سفید به‌ویژه یخ‌های قطبی منعکس می‌شود. یخ‌های شناور بهتر از هر سطح طبیعی نور را منعکس می‌کنند (۹۰ درصد بازتاب)؛ و از سوی دیگر، اقیانوس تیره، تنها ۶ درصد نور را منعکس و ۹۴ درصد آن را جذب می‌کند. به همین دلیل یخ‌های شناور قطبی به‌سرعت در حال ذوب شدن هستند و یکی از عوامل گرمایش جهانی به شمار می‌روند. چاره‌ی کار، یافتن یک سطح سفید جایگزین برای انعکاس این میزان نور است.

بااین‌حال، ابرهای طبیعی هم نور خورشید را منعکس می‌کنند (به همین دلیل زهره، به‌عنوان سیاره‌ای با ابرهای دائمی، درخشش بالایی در آسمان شب دارد). توده‌ ابرهای دریایی استراتوکومولوس بخش مهمی از این فرایند هستند و با پوشش‌دهی تقریبا ۲۰ درصد از سطح زمین، ۳۰ درصد از کل تشعشعات خورشیدی را منعکس می‌کنند. ابرهای استراتوکومولوس، دمای سطح اقیانوس را هم پائین می‌آورند. طرح‌های پیشنهادی سفید‌سازی این ابرها (درخشان‌سازی ابرهای دریایی) از جدی‌ترین پروژه‌هایی هستند که توسط نهادهای مختلف ازجمله آکادمی علوم ملی ایالات‌متحده و کمیته‌ی مهندسی زمین در نظر گرفته شده‌اند.

استفان سالتر، استاد افتخاری دانشگاه ادینبورگ یکی از پیشتازان این جنبش است. سالتر در دهه‌ی ۱۹۷۰، حین بررسی نیروی جزر و مد و امواج، به پژوهش‌های مرتبط با آلودگی‌های کشتیرانی برخورد کرد. مشابه رد هواپیماها که در آسمان دیده می‌شوند، آثار مشابهی در بالای اقیانوس‌ها دیده شد که توسط کشتی‌ها به وجود آمده بودند. براساس این پژوهش‌ها، این ردها عامل سفید شدن ابرها هستند.

ذرات آلاینده، پدیده‌ای به نام هسته‌های تراکمی را معرفی می‌کنند که از توده‌های بخار آب به وجود می‌آیند. از آنجا که ذرات آلاینده کوچک‌تر از ذرات طبیعی هستند، قطره‌های آب کوچک‌تری را هم تولید می‌کنند؛ و هرچقدر قطره‌ها کوچک‌تر باشند، قدرت بازتابی آن‌ها هم بیشتر می‌شود. جان لاتام، دانشمند جوی در سال ۱۹۹۰، پیشنهاد تولید این قطره‌ها با ذره‌های طبیعی مثل نمک دریا را مطرح کرد؛ اما برای طراحی یک سیستم افشانه‌ای به یک مهندس نیاز داشت؛ بنابراین با استفان سالتر تماس گرفت.

ردهای ابر به‌جای‌مانده از کشتی‌ها روی اقیانوس‌ها منجر به سفید شدن ابرهای روی اقیانوس می‌شود

سالتر در مورد میزان سختی کار مطمئن نیست. برای مثال آب شور دریا، ممکن است دهانه‌ی افشانه‌ها را مسدود کنند یا باعث زنگ‌زدگی آن‌ها شوند و به این صورت تنها می‌توان ذرات با اندازه‌ی ۰.۸ میکرون را توزیع کرد. گذشته از این، مدل‌سازی آثار آب‌وهوایی و اقلیمی هم کار دشواری است؛ اما به اعتقاد سالتر، آخرین طرح پیشنهادی او مناسب است: یک کشتی بدون سرنشین باله‌دار که ازطریق کامپیوتر کنترل می‌شود و توان آن از باد تأمین می‌شود.

این کشتی نمک دریای مرغوب را به داخل یک لایه‌ی ابر پمپ می‌کند. به عقیده‌ی سالتر، با پخش ده متر مکعب در ثانیه می‌توان روند گرمایش جهانی را معکوس کرد. او می‌گوید هزینه‌ی سالیانه‌ی برای انجام این کار از هزینه‌ی میزبانی سالیانه‌ی کنفرانس اقلیمی سازمان ملل کمتر است (سالانه ۱۰۰ تا ۲۰۰ میلیون دلار).

به اعتقاد او، با این کار می‌توان به مقابله با حوادث آب‌وهوایی و طوفان‌های شدید پرداخت. طوفان و ال نینو (یکی از مهم‌ترین پدیده‌های آب‌وهوایی که به‌دلیل دمای بالای اقیانوس‌ها تشدید می‌شود) را می‌توان با فرآیندهای سردسازی مثل سفید کردن ابرهای دریایی، رام کرد.

طبق محاسبات سالتر، یک مجموعه شامل ۳۰۰ کشتی مستقل می‌توانند دمای جهان را به اندازه‌ی ۱.۵ درجه‌ی سانتی‌گراد کاهش دهند

براساس یکی از تزهای دکترای دانشگاه لیدز در سال ۲۰۱۲، سفید‌سازی ابرها می‌تواند با کاهش دمای سطح دریا در اوج فصل‌های طوفان‌زا و حاره‌ای، انرژی موجود برای همرفت و تراکم طوفان‌ها را کاهش دهد.

سالتر معتقد است که تعداد ۱۶۰ کشتی می‌توانند پدیده‌ی ال نینو را تعدیل کنند و چند صد کشتی، طوفان‌ها را متوقف کنند. به این صورت می‌توان از صخره‌های مرجانی به‌خصوص دیواره‌ی بزرگ مرجانی استرالیا (Great barrier reef) محافظت کرد و حتی دما در مناطق قطبی را کاهش داد.

این روش دستاوردهای بزرگی را به‌دنبال خواهد داشت. ظرفیت مهندسی زمین در مقیاس موردنیاز برای کند کردن طوفان‌ها یا کاهش دماهای جهانی هنوز به‌طور کامل درک نشده است. براساس نظریه‌های متعدد، با این روش می‌توان از خشکسالی، سیل و نابودی فاجعه‌بار محصولات کشاورزی جلوگیری کرد؛ البته برخی، از کاربردهای غیرصلح‌آمیز این فناوری واهمه دارند (در طول جنگ ویتنام، نیروهای آمریکایی در طی صدها مأموریت بارورسازی ابرها منجر به سیل در خطوط دشمن شدند).

یک تیم رقیب آمریکایی به نام پروژه‌ی MCB هم روی این فرایند (البته با شدت کمتر) کار می‌کنند. کلی وانسار، مدیر پروژه‌ی MCB در سیلیکون‌ولی است. این پروژه در سال ۲۰۱۰ با دریافت سرمایه از مؤسسه‌ی گیتس تأسیس شد اما با واکنش‌های شدیدی روبه‌رو شد. رسانه‌ها در مورد آثار مخرب اقدامات مهندسی زمین نوشتند و از آن زمان وانسر، پوشش رسانه‌ای این پروژه را کاهش داد.

طرح تیم او مشابه ماشین‌های تجاری برف‌ساز برای زمین‌های اسکی است، با این تفاوت که ده هزار برابر سریع‌تر از بارش برف، سه تریلیون ذره در ثانیه را پخش خواهد کرد. تیم پروژه‌ی MCB امیدوار است آزمایش خود را نزدیک به Monterey Bay کالیفرنیا انجام دهد. در این بخش، ابرهای استراتوکومولوس به فراوانی وجود دارند. وانسر می‌گوید:

یکی از نقاط قوت روشن‌سازی (سفیدسازی) ابرهای دریایی، توسعه‌ی تدریجی آن است. با این کار می‌توان بدون تأثیر بر اقلیم یا آب‌وهوا به درک خوبی از آن و روش روشن‌سازی ابرها رسید.

حتی تغییرات کوچک در سیستم‌های اقلیمی هم می‌توانند پیامدهای پیش‌بینی‌نشده‌ای داشته باشند و بعضی دانشمندان از این واهمه دارند که مهندسی خورشیدی منجر به خشکسالی یا سیل شود

به‌گفته‌ی وانسر، این پژوهش‌ گام‌به‌گام حداقل به یک دهه زمان نیاز دارد؛ اما به‌دلیل مجادله‌ و بحث‌هایی که بر سر این پروژه وجود دارد، هنوز نمی‌توان آن را به مرحله‌ی اجرا رساند. هنوز هیچ ابری به‌صورت عمدی و توسط عامل انسانی سفید نشده است؛ گرچه کشتی‌های باربری با ذرات آلاینده و کثیف، هر روز این کار را انجام می‌دهند اما متأسفانه بدون پژوهش‌های اولیه و درک آثار جانبی، این پروژه به‌عنوان آخرین راه‌حل در نظر گرفته خواهد شد. وانسر در ادامه می‌گوید:

با افزایش گرما، ریسک خنثی‌سازی آن‌هم افزایش می‌یابد. هرچقدر میزان ذرات واردشده به جو بیشتر باشد، آثار جانبی و ریسک‌ها هم شدت می‌یابند. این پژوهش نیاز به زمان دارد و در این مرحله، نمی‌توان از ساخت یک افشانه برای وارد کردن این ذرات به ابرها خبر داد.

یک روش دیگر برای مدیریت تشعشعات خورشیدی وجود دارد که مانند هر روشی با ریسک‌ها و مزایایی همراه است. پخش اورسل استراتوسفری (SAS) روش دیگری است که فرایند آتش‌فشان پیناتوبو را شبیه‌سازی می‌کند: به‌جای پخش اورسل (مخلوط گاز و هوا) در جو پائین، این گازها ده کیلومتر بالاتر از ابرها توزیع می‌شوند.

این پوشش معلق و تقریبا ایستای ذرات (به‌قدری باریک است که از زمین دیده نمی‌شود) بخشی از نور خورشید را به داخل فضا منعکس می‌کند. براساس مدل‌سازی کامپیوتری مرکز ملی علوم برای پژوهش‌های جوی در سال ۲۰۱۷، به ازای هر یک تریلیون گرم ذره (جرمی برابر با پل گلدن گیت سانفرانسیسکو) که وارد جو می‌شود، دمای میانگین جهانی به اندازه‌ی ۰.۲ درجه‌ی سانتی‌گراد کاهش می‌یابد.

مهندسی زمین را می‌توان مکمل تلاش‌های کاهش نشر گاز دانست نه جایگزین آن‌ها. هیچ درمان سریعی وجود ندارد. اگر به‌دنبال حل مشکل تغییرات اقلیمی هستیم باید کاهش نشر گازها را به صفر برسانیم.

SAS ممکن است وضعیت را از این هم دشوارتر کند. بااینکه وارنر به‌دنبال یک دهانه‌ی افشانه‌ای خارج از زمین است اما دانشمندان هاروارد تاکنون هرگز یک گرم ذره را هم به استراتوسفر نرسانده‌اند، چه برسد به یک تریلیون گرم ذره. یک طرح پژوهشی دیگر با عنوان ScoPEx، برای آزادسازی یک کیلوگرم (به اندازه‌ی یک کیسه شکر) کلسیوم کربنات ازطریق یک بالون آب‌وهوایی در جو بالای آمریکا برای تحلیل واکنش‌های شیمیایی پیشنهاد شده؛ اما حتی این طرح هم بسیار بحث‌برانگیز است. یک تیم پژوهشی در کمبریج بریتانیا، در سال ۲۰۱۲ آزمایش مشابهی انجام دادند اما این آزمایش در دقایق آخر به‌دلیل انتقاد گروهی موسوم به دوستان زمین، لغو شد. به‌گفته‌ی برنز:

یکی از بزرگ‌ترین تابوهای این فناوری، ترس از این مسئله است که ذی‌نفعان سوخت‌های فسیلی از روند انتقال کند به سیستم بدون کربن، سود می‌برند. یکی از مخالفان این پروژه ال گور، فعال محیط‌زیست و سیاستمدار آمریکایی است که مهندسی زمین را احمقانه می‌خواند و دانشمندان این پروژه را سرزنش می‌کند.

پروژه‌ی MCB از یک فناوری مشابه ماشین‌های برف مصنوعی برای ساخت ذرات درخشان کوچک استفاده می‌کند

در اکتبر ۲۰۱۸، یک بیانیه علیه مهندسی زمین توسط صد انجمن شهری و گروه بومی امضا شد که به‌دلیل خطرات مهندسی زمین برای تنوع زیستی، محیط و امرار معاش، خواهان توقف این آزمایش‌ها بودند. عجیب‌تر از هر چیز، موافقت برنز با مخالفان است. او می‌گوید:

توسعه‌ی آزمایش‌های مهندسی زمین و توقف اقدامات مرتبط با کاهش نشر گازهای کربنی خطرناک خواهد بود زیرا با افزایش گازهای گلخانه‌ای نیاز به فرآیندهای مهندسی زمین برای خنثی‌سازی این گازها افزایش پیدا می‌کند و شرایط زمین سخت‌تر خواهد شد.

برنز این فرایند را به دریافت مورفین برای یک عمل جراحی ضروری تشبیه می‌کند؛ انجام مهندسی زمین بدون کاهش نشر کربنی مثل جذب مورفین است آن هم در شرایطی که نیاز به جراحی نیست.

برنز با این فرضیه که پژوهش‌های مهندسی زمین تحت حمایت غول‌ها و میلیاردرهای سوخت فسیلی قرار دارد، چندان موافق نیست. گروه Geoengineering Monitor (نظارت بر مهندسی زمین) و پشتیبان بیانیه‌ی اکتبر، معتقد است دیوید کیت و SCoPEX تحت حمایت سرمایه‌ی چندمیلیونی بیل گیتس قرار دارند و ExxonMobil و Shell را بازیگران کلیدی این پروژه می‌داند؛ اما به‌گفته‌ی برنز، برنامه‌ی پژوهشی مهندسی زمین دانشگاه هاروارد، سرمایه‌گذاری هیچ‌کدام از صنایع سوخت فسیلی را نپذیرفته است (فهرست کاملی از سرمایه‌گذارها در وب‌سایت آن منتشر شده است).

روش‌های بهتری برای کاهش تغییرات اقلیمی وجود دارد. درخت‌کاری یا جنگل‌زایی یک روش اثبات‌شده و سازگار برای جذب کربن موجود در جو است. گذار سریع سوخت‌های فسیلی به انرژی تجدیدپذیر هم مشکل نشر کربنی را تا حدودی کاهش داده است؛ اما هیچ‌کدام از این فرآیندها به اندازه‌ی کافی سریع نیستند؛ بنابراین حتی درنظرگرفتن و بحث در مورد روش‌های مهندسی زمین هم می‌تواند در شوک دادن به دولت‌ها برای کاهش نشر کربنی، مؤثر باشد. برنز می‌گوید:

اگر دنیا به روش‌های مهندسی زمین نه بگوید، اشکالی ندارد. صادقانه بگویم، این روش ترسناک است؛ امیدوارم نیازی به استفاده از آن نباشد.

برنز و دانشمندانی مثل سالتر و کیت براساس شواهد علمی، رغبتی به انجام این کار ندارند. او در ادامه می‌گوید:

ما همین حالا هم با نشر CO2 ناشی از سوخت‌های فسیلی، جو را تغییر داده‌ایم. درنتیجه به‌دنبال کمک به کاهش نشر این گازها هستیم (حتی اگر نتوانیم آن را درمان کنیم). این یک بحث مهم است که باید در مورد آن به‌درستی فکر کنیم.