Геоинженерия — что это?

Геоинженерия - что это?

Человечество столкнулось с глобальной проблемой нашего времени – климатическим кризисом, – и для ее решения нам необходимо проявить неординарное творческое мышление.
В настоящее время существует множество разнообразных геоинженерных проектов: гигантские зеркала в космосе и искусственные извержения вулканов, распрыскивание аэрозолей и увеличение отражающей способности облаков – и это всего лишь небольшая часть предлагаемых идей из большого их количества.

Какие действия хорошо было бы предпринять, чтобы ограничить будущее потепление и спасти планету? И каковы будут последствия от этого для нашего мира?

Содержание:

  1. Проектирование мира
  2. Климат: что это такое?
  3. Насколько мы можем быть уверены?
  4. В чем заключаются проблемы?
  5. Выводы

1. Проектирование мира

1.1 Что такое геоинженерия?

Климатическая инженерия также известна как геоинженерия, и эти два термина используются как взаимозаменяемые. Геоинженерия может быть определена как:

… «преднамеренное и крупномасштабное вмешательство в климатическую систему Земли, направленное на активное изменение климатических условий в отдельном регионе Земли либо на всей планете с целью противодействия вызванному человеком изменению климата».

Для противодействия климатическому кризису, вызванному деятельностью человека, было предложено несколько интересных методов инженерного воздействия на климат.

Существует много антропогенных причин климатического кризиса, но одна из самых важных — выбросы углекислого газа (CO2) в результате такой деятельности, как сжигание ископаемого топлива, что усиливает парниковый эффект и нагревает планету.

1.2 Изменение энергетического баланса Земли

Методы геоинженерии направлены на изменение «энергетического баланса» Земли. Энергетический баланс похож на финансовый бюджет. Если ваши доходы превышают расходы, вы постепенно накапливаете деньги. В настоящее время от Солнца поступает больше энергии, чем уходит обратно в космос, поэтому планета накапливает энергию. Дополнительная энергия нагревает Землю и приводит к изменению климата и к другим изменениям. В том, что энергетический баланс Земли вышел из равновесия, нет ничего необычного, просто человечество своей деятельностью непреднамеренно помогает «склонить чашу весов» в сторону потепления.

Геоинженерия направлена на то, чтобы склонить чашу весов обратно. Если мы сможем вернуть энергетический баланс в равновесие, Земля перестанет нагреваться. Если склонить чашу весов сильнее , так что энергии будет уходить больше, чем приходить, Земля начнет охлаждаться.

Методы геоинжиниринга — это постоянные или длительные действия, направленные на долгосрочное изменение климата. Геоинжиниринг применяется только для изменения Земли (префикс «гео-«, от греческого, означающего «земля«). Это отличается от терраформирования, которое часто встречается в научной фантастике и которое представляет собой идею изменения другой планеты, Луны или другого тела, чтобы оно стало более похожим на Землю и стало пригодным для обитания человека.

Было предложено множество видов геоинженерии. Некоторые из них — такие как запуск гигантских зеркал в космос или создание искусственных извержений вулканов — кажутся совершенно фантастическими, прямо со страниц научной фантастики. Другие уже испытаны или находятся на стадии внедрения.

Но прежде чем приступать к изменению энергетического баланса Земли, необходимо ответить на вопросы: что такое «климат» и чем он отличается от «погоды«?

2 Климат: что это такое?

Чтобы дать определение климату, необходимо сначала дать определение «погоде«.

Погода — это состояние атмосферы: температура, количество осадков, влажность, давление, скорость ветра, солнечный свет и облачность в определенное время и в определенном месте. Ученые измеряют погоду с помощью таких приборов, как термометры, измерители осадков, анемометры и барометры. Мы можем физически ощущать ее кожей, глазами и ушами.

Но климат — это совсем другое.

2.1 Частота встречаемости различных типов погоды

Определений климата много. Одно из определений климата, например, может быть следующим:

«частота встречаемости различных типов погоды в течение определенного периода и в определенном месте».

Это передает идею о том, что климат описывает все возможные типы погоды, а не только средние, и — что важно — учитывает, как часто встречается каждый тип погоды.

В одном месте с течением времени погода может колебаться от мороза до знойной жары, от засухи до проливных дождей. Вы можете записать все эти особенности погоды за один год — скажем, ежедневную температуру и количество осадков — и построить для каждой из них гистограмму (или «частотную диаграмму«) (рис. 1). Гистограмма — способ представления табличных данных в графическом виде — в виде столбчатой диаграммы.

В каждой гистограмме высота каждого прямоугольника дает количество данных в этом диапазоне. Общая площадь гистограммы равна количеству выборок данных (здесь 365 дней).

Геоинженерия - что это?
Рисунок 1 Гистограммы, показывающие один год (абстрактных) ежедневных показаний температуры (a) и осадков (b).

На гистограммепо оси Х или горизонтальной оси отображается температура в °C, а по оси Y или вертикальной оси — продолжительность в днях. Получается распределение температур с максимальным пиком в диапазоне (14-15) °C.
Рисунок 1b — это пример гистограммы, показывающей выдуманное ежедневное количество осадков за год. На этой гистограмме ось Х или горизонтальная ось показывает количество осадков в мм в сутки, а ось Y или вертикальная ось показывает продолжительность в сутках. Самый высокий столбец относится к самому низкому диапазону осадков (0-0,2) мм в сутки, и высота столбцов уменьшается по мере увеличения количества осадков.

К примеру, за год температура находилась в диапазоне 12-13°C в общей сложности 35 суток.

Число дней, когда количество осадков было в диапазоне 0,2-0,4 мм за сутки – примерно 60.

Учет всего диапазона типов погоды дает более полную картину климата. Он позволяет учесть экстремальные явления, чего нельзя было бы сделать, если бы вы рассматривали только «среднюю погоду«.

Использование всех доступных данных о погоде важно, потому что в основе изучения климата лежит предмет статистики: анализ и интерпретация данных. Наука о климате часто связана с поиском едва заметных изменений в данных.

2.2 Вероятность различных типов погоды

Одна из аналогий, отражающая идею о том, что климат — это диапазон различных типов погоды, следующая:

«погода — это то, как вы выбираете себе наряд, климат — это то, как вы выбираете свой гардероб»…

Например, если вы живете в Великобритании, допустим, у вас есть теплая одежда. Но у вас также должна быть одежда, подходящая для жаркого лета и отдыха за границей. Ваш гардероб отражает то, каким, по вашим ожиданиям, будет диапазон типов погоды и как часто они будут возникать. Например, если вы ожидаете, что каждый день будет жарко, вы можете купить шорты, но если жарко будет только один день, стоит ли это делать? Этот диапазон для теплой одежды можно представить в виде следующей гистограммы (рис. 2).

Гистограмма для одежды
Рисунок 2 Пример гистограммы, показывающей вымышленные данные для одежды с различными уровнями защиты от холода. По оси Х или горизонтальной оси показан условный индекс теплоты одежды (от 1 до 10, без единиц измерения); по оси Y или вертикальной оси показана частота (дни). В распределении есть два пика — один на типе одежды 7, а другой на типе одежды 3.

Похожая аналогия:

«Погода — это как ваше настроение. Климат — это как ваша личность»…

Джеймс Маршалл Шепард (2013).

Как и в случае с одеждой, можно представить своё настроение в виде гистограммы (рис. 3).

Гистограммы типов настроений
Рисунок 3 Пример гистограммы, показывающей вымышленные абстрактные данные для типов настроения, варьирующихся от негативного до нейтрального и позитивного. По оси Х или горизонтальной оси показан условный индекс настроения (от -6 до +6, без единиц измерения); по оси Y или вертикальной оси показана частота наступления таких настроений. Имеется четыре пика, с одним положительным, двумя отрицательными и одним нейтральным значениями настроения.

Эти две аналогии намекают на тонкость, которая удивительным образом важна для определения климата и того, как мы его изучаем.

Вторая аналогия — «климат как ваша личность» — подразумевает, что климат — это своего рода история прошлой погоды. Какую часть времени в течение последней недели вы были в хорошем, нейтральном или плохом настроении? Сколько ураганных ветров разной силы наблюдалось в вашей местности за последнее десятилетие? Это в точности похоже на примеры гистограмм, показанных на рисунке 3.

Но первая аналогия — «климат — это то, как вы выбираете свой гардероб» — подразумевает, что климат — это своего рода предсказание будущей погоды. Какова вероятность того, что сегодня пойдет дождь? Возможно, с вероятностью 80%, глядя на эти темно-серые небеса. Сколько дней следующим летом, по вашим прогнозам, будет облачными? Разницу между климатом и погодой удобно резюмировать популярной фразой: «Климат — это то, что вы ожидаете, погода — это то, что вы получаете».

И то, и другое — это утверждения о том, насколько вероятно то или иное событие. Таким образом, мы также можем думать о климате не только как о кратком описании того, что произошло, но и как о «вероятности различных типов погоды«.

Но разница между ними показывает, что на самом деле существует два значения слова вероятность:

1. Относительная частота того, что происходит.

2. Утверждение веры или прогноз вероятности того, что что-то может произойти.

Климатологи используют оба значения. Они проводят измерения (частоты) для изучения климата прошлого, чтобы оценить вероятность того, какие типы погоды были в прошлом. Это похоже на определение «частота различных типов погоды«, о котором было написано в предыдущем разделе. Климатологи также делают прогнозы относительно будущего климата: предсказывают, как изменится вероятность различных типов погоды.

Вполне понятно, что все это может показаться довольно непонятным и неясным. Но вы увидите, какое значение имеют эти два разных подхода к климату, когда мы прогнозируем изменение климата.

2.3 Климат — это распределение различных типов погоды

Наряду с частотой (т.е. количеством случаев наступления определенного типа погоды), распределение погоды также важно для климатологов.

На рисунке 4 показан другой способ выражения информации, которую вы видели на рисунке 3. Но на этот раз данные представлены в виде «вероятностных распределений». Шкала на вертикальной оси Y изменилась. Теперь вертикальная ось обозначена как «плотность распределения вероятностей».

Распределение вероятностей

Рисунок 4 Пример распределения вероятностей, показывающий абстрактные ежедневные температуру (a) и осадки (b).

Рисунок 4aЭто пример графика распределения вероятностей, показывающий один год придуманной ежедневной температуры. На оси Х или горизонтальной оси показана температура от 8 до 22 °C с шагом в 2 °C. По вертикальной оси Y показана плотность распределения вероятностей от 0 до 0,25 с шагом 0,05. График представляет собой колоколообразную кривую с пиком в диапазоне (14-15) °C.

Рисунок 4bЭто пример графика распределения вероятностей, показывающий количество ежедневных осадков за год. По оси Х или горизонтальной оси показано количество осадков в мм в сутки от (0 до 4) мм. Вертикальная ось Y показывает частоту в днях, от 0 до 3,5. График представляет собой плавную кривую, экспоненциально уменьшающуюся от максимума, когда количество осадков равно 0 мм в день, до нуля при 4 мм в сутки.

Например, значение плотности распределения вероятности того, что температура будет находиться в диапазоне 14°C составляет приблизительно 0,18.

Значение плотности распределения вероятностей при дожде 1 мм в сутки составляет приблизительно 0,25.

По так называемой «плотности распределения вероятности» мы можем определить, сколько случаев наступления определенного события нам следует ожидать. Например, на рисунке 4 вы видели, что плотность при температуре 14°C составляет примерно 0,18. Но поскольку в наборе данных было одно измерение в день, распределение состоит из 365 измерений. Итак, количество раз, когда мы ожидаем температуру 14°C равно количеству измерений помноженное на плотность распределения вероятности:

365 × 0,18 = 65,7

На рисунке 1а видно, что высота столбика равна приблизительно 65.

Форма распределений на рисунке может не только отражать фактические данные, но и представлять суждение климатолога о вероятности температуры или осадков в будущем. Чем лучше знания или опытность ученого, тем больше вероятность того, что распределение окажется верным.

Прогнозы формируется на основе различных источников информации, таких как первичные данные, теория, компьютерные модели, прошлый опыт и обсуждение с другими людьми. Оно также может включать в себя обоснованную догадку.

2.4 Климат — это больше, чем просто погода

Остается добавить последний аспект. Если погода — это состояние атмосферы, то климат относится ко всей системе Земли. Мы также должны учитывать другие части планеты, которые влияют на атмосферу или подвержены ее влиянию, такие как океаны, ледники и ледяные щиты Гренландии и Антарктиды (мы называем это криосферой), и, конечно, жизнь в океанах и на суше.

Взаимодействие атмосферы
Рисунок 5 Простая диаграмма, показывающая взаимодействие атмосферы, биосферы (живые существа), гидросферы (жидкая вода), криосферы (замерзшая вода) и поверхности суши. Красные стрелки нарисованы, чтобы показать, что каждая область взаимодействует с другими.

Итак, важно помнить, что климат связан не только с погодой, но и со всей системой Земли.

Читать также: Климат Земли. Факторы, влияющие на климат

3 Насколько мы можем быть уверены?

В климатологии используются как имеющиеся данные, так и прогнозы. Но с прогнозами приходит неопределенность.

Насколько мы можем быть уверены в своей науке? В конце концов, мир зависит от того, насколько мы правы!

Ключом к оценке правильного прогноза является статистика: сбор, анализ, интерпретация и представление данных измерений. Ученые используют различные статистические методы для анализа данных и оценки своей неопределенности в отношении результатов предсказаний.

Дело в том, что чем больше данных вы собираете, тем больше вероятность того, что вы сможете найти в них закономерности. Чем больше у вас данных, тем увереннее вы можете быть в своих прогнозах, и тем выше уровень достоверности.

4 В чем заключаются проблемы?

Климат — это математическое понятие, а не то, что можно наблюдать непосредственно, и его определение не является точным или фиксированным. Тот факт, что климат представляет собой распределение — набор вероятностей — лежит в основе многих трудностей в изучении климатического кризиса. Он также влияет на общественное понимание и принятие решений по данному вопросу.

4.1 Определение изменений

Для того чтобы сравнить два набора вероятностей друг с другом и решить, отличаются ли они, нам необходимо измерить или спрогнозировать различия между распределениями в каждой области науки и техники об изменении климата. Таким образом, нам необходимо:

• оценить прошлые изменения климата;

• понимать причины изменений климата в прошлом;

• предсказать будущее изменение климата при различных уровнях парниковых газов или геоинженерии;

• проверить, насколько климатические прогнозы соответствуют реальному миру.

Для всего вышеперечисленного мы должны решить, являются ли два распределения достаточно «разными», чтобы назвать это изменением.

Это сложно, потому что изменения могут быть очень незаметными или медленными, поэтому мы должны принять решения, которые помогут нам определиться, например:

• какой статистический метод следует использовать для сравнения?

• какая разница может «считаться» изменением климата?

• за сколько лет нам нужно данных, чтобы быть уверенными в своих выводах?

На эти вопросы не всегда есть простые ответы — решения могут быть несколько произвольными или субъективными — поэтому они часто оспариваются противниками теории глобального потепления.

4.2 Сложность климата

Геоинжиниринг можно рассматривать как способ охлаждения планеты, чтобы противостоять глобальному потеплению. Но, как видно из рисунка 5, необходимо учитывать не только температуру воздуха.

Если бы вы проектировали идеальный климат: сосредоточились бы вы только на охлаждении планеты? Или вы поставили бы перед собой цель усовершенствовать муссонные дожди, или сохранить в неизменном виде Гренландский ледяной щит? Или создать идеальные климатические условия для определенного исчезающего вида, или для лесов Амазонки, или для людей, живущих в менее развитых странах? Все это может иметь различные геоинженерные решения.

Эти вопросы являются источником многих трудностей в изучении климатического кризиса и в отношениях между климатологией и обществом. Тот факт, что климат является абстрактным математическим понятием, напрямую приводит ко многим общественным противоречиям, связанным с изменением климата, а тот факт, что климат — это нечто большее, чем просто погода, приводит к осложнениям и этическим проблемам, связанным с идеей геоинженерии.

5 Выводы

Климатическая инженерия, также известная как «геоинженерия«, — это преднамеренное крупномасштабное манипулирование планетарной средой с целью противодействия антропогенному изменению климата. Это может быть сделано путем изменения энергетического баланса Земли, либо уменьшая поступление энергии, либо увеличивая ее отток.

Климат иногда называют «средней погодой«, но полезнее включать в него весь спектр погоды — экстремальные явления и все, что между ними. Одно из возможных определений климата — это «распределение погоды«, где «распределение» может означать как известную погоду в прошлом, так и неопределенные прогнозы на будущее.

Чем больше данных у вас есть, тем лучше вы можете оценить форму этого распределения. Всемирная метеорологическая организация рекомендует использовать не менее 30 лет. Тот факт, что климат представляет собой распределение, приводит к трудностям в оценке, понимании и прогнозировании изменения климата, использование прогнозов. Это также затрудняет прогнозирование и измерение эффектов любой будущей потенциальной геоинженерии.

Источник

Продолжение в следующей статье: Меняющийся климат планеты


c-sin






Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.