آیا می‌توانیم از گرم شدن زمین پیشگیری کنیم؟

زمین در سال ۲۰۲۱ شاهد نقطه عطف بدی بود: بنا بر اعلام اداره هواشناسی بریتانیا، غلظت کربن‌ دی‌اکسید به ۱۵۰ درصد دوران پیش از صنعتی‌سازی رسید.

برای پیشگیری از بدترین تأثیرات ناشی از تغییر اقلیم، جهان باید انتشار کربن‌ دی‌اکسید خالص را تا سال ۲۰۵۰ به صفر برساند. اما حتی اگر در مسیر دستیابی به این هدف باشیم، با این کار افزایش دما به‌طور ناگهان متوقف نخواهد شد؛ زیرا مشاهده‌ی تأثیر کاهش کربن‌ دی‌اکسید روی دمای زمین زمان‌بر است و تأثیر منفی حاصل از گرمایش جهانی برای دهه‌ها ادامه خواهد داشت. اما آیا راهی برای کاهش سریع‌تر دما وجود دارد؟

گروهی از پژوهشگران دانشگاه هاروارد فکر می‌کنند دستیابی به کاهش موقت دمای زمین با دست‌کاری ترکیب اتمسفر فوقانی امکان‌پذیر است. پژوهشگران امیدوار بودند در آزمایشی با عنوان آشفتگی کنترل‌شده استراتوسفر (SCoPEx) بخشی از این فناوری و عملی بودن تئوری خود را آزمایش کنند.  البته آزمایش آن‌ها به تعویق افتاده است؛ اما آن‌ها همچنان امیدوار هستند آن را در آینده‌ای نزدیک اجرا کنند.

منبع نهایی گرمای زمین خورشید است که سمت روز کره زمین را با جریان مداوم تابش مادون قرمز غرق می‌کند. تقریبا ۳۰ درصد از این تابش‌ توسط اتمسفر به فضا منعکس می‌شود؛ درحالی‌که بقیه‌ی آن در طول روز کره زمین را گرم می‌کند و هنگام شب به فضا برمی‌گردد.

در تعادل ظریفی که در دوران پیش از صنعتی‌سازی وجود داشت، گرمای ورودی توسط مقدار گرمایی که به فضا برمی‌گشت، جبران می‌شد و به این ترتیب، دمای زمین ثابت می‌ماند. مشکلی که امروز وجود دارد، آن است که کربن‌ دی‌اکسید با جذب مقداری از گرمایی که باید به فضا برگردد، این توازن را برهم زده است و گرما را درون اتمسفر نگه می‌دارد.

هرچه کربن‌ دی‌اکسید بیشتری در اتمسفر وجود داشته باشد، دما بیشتر می‌شود. انسان‌ها باید در بلندمدت مقدار کربن‌ دی‌اکسید موجود در اتمسفر را کاهش بدهند تا از عواقب ناگوار حاصل از تغییرات اقلیمی جلوگیری کنند. اما فرایندهای دیگری نیز وجود دارند که می‌توانند موجب کاهش موقت دمای زمین شوند.

برای مثال، فوران‌های آتشفشانی، ابرهای گردوغبار تولید می‌کنند که وارد استراتوسفر (لایه بالایی اتمسفر) می‌شوند و سپر محافظی ایجاد می‌کنند که مانع از رسیدن مقداری از گرمای خورشید به سطح زمین می‌شود. فوران سال ۱۹۹۱ کوه پیناتوبو در فیلیپین باعث شد میانگین دما در نیمکره شمالی در طول ۱۵ ماه بعدی، بیش از نیم درجه‌ی سانتی‌گراد کاهش پیدا کند. تیم SCoPEx می‌خواهد با تزریق ذرات به اتمسفر فوقانی به‌منظور پایین آوردن دما، از این فرایند تقلید کند.

یکی از ایده‌ها برای پیشگیری از گرمایش زمین، انتشار آئروسل‌ در یکی از لایه‌های بالایی اتمسفر است تا بخشی از انرژی خورشید را به فضا برگرداند

ایده‌ی اصلی (که تزریق آئروسل به استراتوسفر یا SAI نام دارد)، ساده است. هواگرد یا بالون هلیوم، ذرات میکروسکوپی را که آئروسل نامیده می‌شوند، در ارتفاع ۲۰ کیلومتری (یا بیشتر) از سطح زمین پخش می‌کند که بسیار بیشتر از ارتفاعی است که هواپیماها معمولا در آن پرواز می‌کنند. آئروسل‌ها در فضا معلق می‌مانند و آن‌قدر ریز هستند که به شکل ابر از روی زمین دیده نمی‌شوند؛ اما به اندازه کافی مات هستند که می‌توانند بخشی از انرژی خورشید را به فضا بازگردانند.

در شبیه‌سازی‌های انجام‌شده، تزریق آئروسل به استراتوسفر مفهومی عملی به نظر می‌رسد. طبق گزارش سال ۲۰۱۸ هیئت بین‌ دولتی تغییرات اقلیمی (IPCC)، ناوگانی از هواگردهای بلندپرواز می‌تواند آئروسل‌های کافی را برای جبران سطوح کنونی گرمایش زمین وارد اتمسفر کند؛ اما آئروسل‌ها را باید پس از چند سال، دوباره تازه کرد و این روش به‌ جای حل کردن علت اصلی یعنی اثر گلخانه‌ای، فقط با یکی از علائم تغییرات اقلیمی مقابله می‌کند و در بهترین حالت، اقدامی موقت است که با افزایش دما مقابله می‌کند؛ بنابراین در همین حین کشورها باید نشر کربن‌ دی‌اکسید را نیز کاهش بدهند.

تاکنون پژوهش در مورد SAI به‌صورت تئوری و با داده‌های معدودی از شرایط دنیای واقعی حاصل از فوران‌های آتشفشانی همراه بوده است. پژوهشگران SCoPEx می‌خواهند در شرایط کنترل‌شده، اندازه‌گیری‌های واقعی‌تری انجام بدهند تا مدل‌های کامپیوتری را به واقعیت نزدیک‌تر کنند.

آتشفشان‌ها عمدتاً ترکیبات گوگردی منتشر می‌کنند؛ اما این ترکیبات علاوه بر اینکه اتمسفر را خنک می‌کنند، به لایه ازن آسیب می‌زنند که از ما در برابر تابش مضر UV محافظت می‌کند؛ بنابراین تیم SCoPEx از آئروسل بی‌ضررتر کلسیم کربنات استفاده می‌کند که امیدوار است بدون آسیب زدن به لایه ازن، بتواند اثر خنک‌کنندگی مورد نظر را حاصل کند.

پژوهشگران می‌خواهند از بالون هلیوم بزرگ بدون سرنشینی استفاده کنند که شبیه بالون استاندارد هواشناسی است؛ اما پروانه‌هایی دارد که به پژوهشگران اجازه می‌دهد از روی زمین آن را کنترل کنند. دانشمندان قصد داشتند به کمک شرکت فضایی سوئد، بالون را در منطقه‌ای در سوئد به هوا بفرستند.

اگر این آزمایش موفقیت‌آمیز باشد، در پرواز دوم یکی دو کیلوگرم کلسیم‌کربنات در همان ارتفاع آزاد خواهد شد. هنگام انتشار کلسیم‌کربنات، بالون در خط مستقیمی حرکت خواهد کرد؛ به‌طوری‌که ذرات آئروسل ستون باریکی به طول حدود یک کیلومتر را تشکیل بدهند. سپس بالون از همان مسیر بازخواهد گشت و پژوهشگران بررسی خواهند کرد که ذرات چگونه در طول زمان پخش می‌‌شوند و تا چه حد نور خورشید را منعکس می‌کنند. البته دیوید کیت، استاد فیزیک کاربردی در هاروارد و یکی از دانشمندان پروژه، در مصاحبه با  HowStuffWorks در مورد هدف آزمایش گفته بود: «هدف فعلی این نیست که اقلیم را تغییر بدهیم یا حتی ببینیم می‌توانیم نور خورشید را منعکس کنیم. هدف بهبود مدل‌های ما از نحوه‌ی تشکیل آئروسل‌ها در استراتوسفر است.» به گفته‌ی کیت، پیش از انتشار آئروسل‌ها در مقیاس وسیع، حداقل به یک دهه پژوهش دیگر نیاز است. طی این انتشار ممکن است حدود ۱٫۵ میلیون تن آئروسل در سال وارد استراتوسفر شود و برای انجام این کار به صد هواگرد نیاز است که به‌طور پیوسته تا ارتفاع ۲۰ کیلومتری پرواز کنند.

البته تزریق آئروسل به استراتوسفر همچنان به‌شدت بحث‌برانگیز است.

یکی از نگرانی‌ها این است که انسان با پمپاژ گازهای گلخانه‌ای به اتمسفر موجب بحران اقلیمی شده است؛ بنابراین چگونه می‌توان اطمینان داشت که پمپ کردن آئروسل‌ به هوا موجب بهتر شدن اوضاع شود؟

مدل‌سازی کامپیوتری نشان می‌دهد SAI خطری ندارد؛ اما این احتمال وجود دارد که اثرات جانبی پیش‌بینی‌نشده‌ای داشته باشد. یکی از احتمالات این است که الگوهای آب‌و‌هوایی را بر هم بزند، مقدار نوری که به محصولات کشاورزی می‌رسد، کاهش بدهد و به محصولات کشاورزی آسیب بزند و در صورت استفاده از آئروسل‌های سولفیدی، به لایه ازن آسیب بزند.

درواقع برخی دانشمندان درباره‌ی دنبال کردن مسیر SAI هشدار می‌دهند. داگلاس مک‌مارتین، مدرس ارشد مهندسی مکانیک و هوافضا در دانشگاه کرنل و استاد علوم ریاضی و محاسبات در مؤسسه فناوری کالیفرنیا، در گفتگو با مجله اسمیتسونیان گفت: «اینکه واقعا بکوشیم کل اقلیم را کنترل کنیم، ایده‌ی بسیار وحشتناکی است.»

علاوه‌ بر‌ این، هیئت بین‌ دولتی تغییرات اقلیمی در بحثی در سال ۲۰۱۸ با موضوع اصلاح تابش‌های خورشیدی (SRM)، نتیجه‌گیری کرد که عدم قطعیت‌ در مواردی از جمله بلوغ فناوری، درک فیزیکی، اثرات بالقوه و چالش‌های مدیریتی موجب می‌شود امکان اجرای SRM در آینده نزدیک وجود نداشته باشد.

اما کیت استدلال می‌کند خطر واقعی مربوط به برخی سازمان‌ها است که بدون داده‌های حاصل از آزمایش‌هایی که در شرایط واقعی انجام می‌شود، بخواهند این روش را عملی کنند. دومین مشکل بزرگ این است که دولت‌ها و شرکت‌هایی که تمایلی به کاهش انتشار کربن‌ دی‌اکسید ندارند، از ایده‌ی SAI سوء استفاده کنند و بگویند دیگر نیازی نیست که حجم انتشار کربن‌ دی‌اکسید کم شود. این وضعیت می‌تواند مزیت‌های احتمالی SAI را خنثی کند.

حتی اگر مأموریت SCoPEx موفقیت‌آمیز باشد و SAI به‌طور کامل اجرا شود، این روش جایگزین کاهش نشر کربن‌ دی‌اکسید نخواهد شد و فقط روشی مکمل است و به گفته‌ی لیزی برنز، مدیرعامل برنامه مهندسی تابش‌های خورشیدی هاروارد:

این روش مانند مسکن است. اگر به جراحی نیاز داشته باشید و داروی ضد درد بخورید، بدان معنا نیست که دیگر به جراحی نیازی ندارید