El Gambito de la Geoingeniería

Los ríos alimentados por la nieve derretida y los glaciares suministran agua a más de una sexta parte de la población mundial, más de mil millones de personas. Pero estas fuentes de agua están desapareciendo rápidamente: los glaciares del Himalaya que alimentan los ríos en India, China y otros países asiáticos podrían desaparecer en 25 años ( Después de que esta historia apareció impresa, los científicos se retractaron de esta afirmación: ver corrección ). Tales efectos del cambio climático ya no sorprenden a los científicos. Pero la velocidad a la que están sucediendo sí lo hace. La tierra parece estar cambiando más rápido de lo que predijeron los modelos climáticos, dice Daniel Schrag, profesor de ciencias terrestres y planetarias en la Universidad de Harvard, quien asesora al presidente Obama sobre cuestiones climáticas.

Los niveles atmosféricos de dióxido de carbono ya han subido a 385 partes por millón, muy por encima de las 350 partes por millón que, según muchos científicos, es el límite superior para un clima relativamente estable. Y a pesar de los esfuerzos dirigidos por el gobierno para limitar las emisiones de carbono en muchos países, las emisiones anuales de la combustión de combustibles fósiles están aumentando, no disminuyendo: en las últimas dos décadas, han aumentado un 41 por ciento. En los últimos 10 años, la concentración de dióxido de carbono en la atmósfera ha aumentado en casi dos partes por millón cada año. A este ritmo, serán el doble de los niveles preindustriales a finales de siglo. Mientras tanto, los investigadores están cada vez más convencidos de que el clima podría ser más sensible a los gases de efecto invernadero a este nivel de lo que se pensaba. La probabilidad de que evitemos daños graves parece bastante baja, dice Schrag. Lo mejor que haremos probablemente no será lo suficientemente bueno.

Esta historia fue parte de nuestro número de enero de 2010

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Esta impactante comprensión ha hecho que muchos científicos influyentes, incluidos los asesores de Obama como Schrag, cambien fundamentalmente su forma de pensar sobre cómo responder al cambio climático. Han comenzado a pedir al gobierno que comience a financiar la investigación en geoingeniería: esquemas a gran escala para enfriar rápidamente la tierra.

Las estrategias para la geoingeniería varían ampliamente, desde el lanzamiento de billones de escudos solares al espacio hasta la activación de vastas floraciones de algas en los océanos. El que ha ganado más atención en los últimos años consiste en inyectar millones de toneladas de dióxido de azufre en la atmósfera para formar partículas microscópicas que darían sombra al planeta. Muchas propuestas de geoingeniería se remontan a décadas, pero hasta hace unos pocos años, la mayoría de los científicos climáticos las consideraban algo entre la arrogancia de la alta tecnología y la ciencia ficción. De hecho, el tema era territorio prohibido, dice Ronald Prinn, profesor de ciencias atmosféricas en el MIT. No solo no está claro cómo se llevarían a cabo tales hazañas de ingeniería y si, de hecho, moderarían el clima, sino que a la mayoría de los científicos les preocupa que puedan tener consecuencias desastrosas no deseadas. Es más, confiar en la geoingeniería para enfriar la tierra, en lugar de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero, comprometería a las generaciones futuras a mantener estos esquemas indefinidamente. Por estas razones, la mera discusión sobre geoingeniería se consideró una distracción peligrosa para los responsables de la formulación de políticas que estaban considerando cómo lidiar con el calentamiento global. Prinn dice que hasta hace unos años, pensaba que sus defensores estaban fuera de lugar.

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Ya no es solo una idea marginal. La Royal Society del Reino Unido publicó un informe sobre geoingeniería en septiembre que describía los desafíos de investigación y políticas que se avecinan. Las Academias Nacionales de Estados Unidos están trabajando en un estudio similar. Y John Holdren, director de la Oficina de Política Científica y Tecnológica de la Casa Blanca, abordó la idea poco después de su nombramiento. El cambio climático está sucediendo más rápido de lo que nadie había predicho anteriormente, dijo durante una charla. Si nos desesperamos lo suficiente, es posible que intentemos dedicarnos a la geoingeniería para intentar crear efectos de enfriamiento. Para prepararnos, dijo, debemos comprender las posibilidades y los posibles efectos secundarios. Incluso el Congreso de los EE. UU. Se ha interesado y ha celebrado sus primeras audiencias sobre geoingeniería en noviembre.

La geoingeniería podría ser una idea terrible, pero podría ser mejor que no hacer nada, dice Schrag. A diferencia de muchos defensores anteriores, no cree que sea una alternativa para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. No es una solución técnica. No es una tirita. Es un torniquete, dice. Hay efectos secundarios potenciales, sí. Pero puede ser mejor que la alternativa, que se está desangrando.

CINCO ESQUEMAS DE GEOINGENIERÍA
Los investigadores y empresarios han propuesto enfoques que van desde los relativamente baratos y simples hasta los elaborados. Estos son los que han recibido más atención hasta ahora.
Inyección de sulfato: Las aeronaves, o una manguera suspendida por cientos de globos con forma de alas, podrían inyectar aerosoles en la atmósfera superior. Las partículas reflejarían la luz y darían sombra a la tierra. Ventajas: Podría ser barato y de acción rápida, enfriando la tierra en meses. Contras: Podría provocar sequías. Es posible que sea necesario continuar con las inyecciones durante cientos de años. Crédito de la foto: Brown Bird Design

Tormentas del domingo

La idea de la geoingeniería tiene una larga historia. En la década de 1830, James Espy, el primer meteorólogo financiado con fondos federales en los Estados Unidos, quería quemar grandes franjas de bosque de los Apalaches todos los domingos por la tarde, suponiendo que el calor de los incendios provocaría tormentas regulares. Más de un siglo después, meteorólogos y físicos en los Estados Unidos y la Unión Soviética consideraron por separado una variedad de esquemas para cambiar el clima, a menudo con el objetivo de calentar las latitudes del norte para extender las temporadas de crecimiento y despejar las rutas de navegación a través del Ártico.

En 1974, un científico soviético, Mikhail Budyko, sugirió por primera vez lo que probablemente sea hoy el plan principal para enfriar la tierra: inyectar gases en los tramos superiores de la atmósfera, donde

formarían partículas microscópicas para bloquear la luz solar. La idea se basa en un fenómeno natural. Cada pocas décadas, un volcán entra en erupción tan violentamente que envía varios millones de toneladas de azufre, en forma de dióxido de azufre, a más de 10 kilómetros hacia los tramos superiores de la atmósfera, una región llamada estratosfera. Las partículas de sulfato resultantes se esparcen rápidamente y permanecen suspendidas durante años. Reflejan y difunden la luz del sol, creando una neblina que blanquea los cielos azules y provoca espectaculares puestas de sol. Al disminuir la cantidad de luz solar que llega a la superficie, la neblina también reduce su temperatura. Esto es lo que sucedió después de la erupción del monte Pinatubo en las Filipinas en 1991, que liberó alrededor de 15 millones de toneladas de dióxido de azufre a la estratosfera. Durante los siguientes 15 meses, las temperaturas medias bajaron medio grado Celsius. (En unos pocos años, los sulfatos se asentaron fuera de la estratosfera y el efecto de enfriamiento desapareció).

Los científicos estiman que compensar el aumento de los niveles de dióxido de carbono esperado durante este siglo requeriría bombear entre un millón y cinco millones de toneladas de azufre a la estratosfera cada año. Se han propuesto diversas estrategias para hacer subir todo ese azufre. El inversor multimillonario Nathan Myhrvold, ex director de tecnología de Microsoft y fundador y director ejecutivo de Intellectual Ventures, con sede en Bellevue, WA, ha pensado en varios, uno de los cuales aprovecha el hecho de que las centrales eléctricas de carbón ya emiten grandes cantidades. de dióxido de azufre. Estas emisiones permanecen cerca del suelo y la lluvia las elimina de la atmósfera en un par de semanas. Pero si la contaminación pudiera llegar a la estratosfera, circularía durante años, multiplicando enormemente su impacto al reflejar la luz solar. Para llevar el azufre a la estratosfera, sugiere Myhrvold, ¿por qué no usar una chimenea de globo de aire caliente inflable flexible de 25 kilómetros de altura? Las emisiones de solo dos plantas de carbón podrían resolver el problema, dice. Estima que su solución costaría menos de $ 100 millones al año, incluido el costo de reemplazar los globos dañados por las tormentas.

Brillo de nubes: Las diminutas gotas que se forman al rociar una neblina extremadamente fina de agua de mar en las nubes bajas podrían hacer que reflejen más luz solar que las nubes ordinarias. Ventajas: el sombreado podría tener como objetivo, por ejemplo, detener el derretimiento del hielo del mar Ártico. Contras: los científicos no saben cómo afectaría la precipitación y las temperaturas sobre la tierra, donde más importaría.

No es sorprendente que los científicos del clima no estén preparados para aprobar un plan de este tipo. Algunos problemas son obvios. Nadie ha intentado nunca construir una chimenea de 25 kilómetros, para empezar. Además, los científicos no comprenden la química atmosférica lo suficientemente bien como para estar seguros de lo que sucedería; lejos de aliviar el cambio climático, disparar toneladas de sulfatos a la estratosfera podría tener consecuencias desastrosas. La química es demasiado compleja para que podamos estar seguros, y los modelos climáticos no son lo suficientemente poderosos como para contar toda la historia.

Sabemos que Pinatubo enfrió la tierra, pero esa no es la cuestión, dice Schrag. La temperatura media no es el único problema. También hay que tener en cuenta las variaciones regionales de temperatura y los efectos sobre la precipitación, explica, las mismas cosas que los modelos climáticos son notoriamente malos para explicar. Prinn está de acuerdo: si reducimos los niveles de luz solar, no estamos seguros de la respuesta exacta del sistema climático al hacerlo, por la misma razón que no sabemos exactamente cómo responderá el clima a un nivel particular de gases de efecto invernadero. Y agrega, ese es el gran problema. ¿Cómo se puede diseñar un sistema que no comprende completamente?

Los efectos reales del monte Pinatubo fueron, de hecho, complejos. Los modelos climáticos en ese momento predijeron que al disminuir la cantidad de luz solar que golpea la superficie de la tierra, la neblina de sulfatos producida en tal erupción reduciría la evaporación, lo que a su vez disminuiría la cantidad de precipitación en todo el mundo. Las precipitaciones disminuyeron, pero mucho más de lo que los científicos esperaban. El año siguiente al Monte Pinatubo tuvo, con mucho, la cantidad más baja de lluvia registrada, dice Kevin Trenberth, científico principal del Centro Nacional de Investigación Atmosférica en Boulder, Colorado. De hecho, fue un 50 por ciento más bajo que el mínimo anterior de cualquier año. . Sin embargo, los efectos no fueron uniformes; en algunos lugares, las precipitaciones en realidad aumentaron. Una neblina de sulfato creada por humanos podría tener resultados igualmente impredecibles, advierten los científicos.

Fertilización del océano: Agregar hierro u otros nutrientes al océano podría promover la proliferación de algas, que capturarían dióxido de carbono y almacenarían parte de él en las profundidades del océano. Ventajas: Abordaría directamente la raíz del cambio climático: el dióxido de carbono en la atmósfera. Contras: en el mejor de los casos, podría compensar una octava parte de las emisiones de gases de efecto invernadero atribuidas a los humanos y podría dañar los ecosistemas.

Incluso en el mejor de los casos, donde los efectos secundarios

son pequeños y manejables, enfriar el planeta al desviar la luz solar no reduciría el dióxido de carbono en la atmósfera, y los niveles elevados de ese gas tienen consecuencias más allá del aumento de la temperatura. Una es que el océano absorbe más dióxido de carbono y, como resultado, se vuelve más ácido. Eso daña los mariscos y algunas formas de plancton, una fuente clave de alimento para peces y ballenas. La industria pesquera podría quedar devastada. Es más, los niveles de dióxido de carbono seguirán aumentando si no los abordamos directamente, por lo que cualquier tecnología que reduzca la luz solar tendría que incrementarse continuamente para compensar sus efectos de calentamiento.

Y si la geoingeniería tuviera que detenerse, digamos, por razones ambientales o económicas, los niveles más altos de gases de efecto invernadero causarían un calentamiento abrupto. Incluso si la geoingeniería funcionó a la perfección, dice Raymond Pierrehumbert, profesor de ciencias geofísicas en la Universidad de Chicago, todavía estás en la situación en la que todo el planeta está a solo una guerra global o depresión de ser golpeado con tal vez cien años ' valor del calentamiento global en menos de una década, lo que sin duda es catastrófico. La geoingeniería, si se llevara a cabo, pondría a la Tierra en un estado extremadamente precario.

Sulfatos más inteligentes

Descubrir las consecuencias de varios planes de geoingeniería y desarrollar estrategias para hacerlos más seguros y efectivos llevará años, o incluso décadas, de investigación. Por cada dólar que gastamos en averiguar cómo hacer realmente geoingeniería, dice Schrag, necesitamos gastar 10 dólares en aprender cuáles serán los impactos.

Sombras espaciales: Trillones de discos lanzados al espacio podrían reflejar la luz solar entrante. Ventajas: los sistemas basados ​​en el espacio no contaminan la atmósfera. Una vez en su lugar, enfriarían la tierra rápidamente. Contras: La tecnología podría tardar décadas en desarrollarse. Y lanzar billones de discos es increíblemente caro.

Para empezar, los científicos ni siquiera están seguros de que los sulfatos suministrados a lo largo de décadas, en lugar de una breve explosión volcánica, sirvan para enfriar el planeta. Una pregunta clave es cómo interactúan las partículas microscópicas en la estratosfera. Es posible que las partículas de sulfato agregadas repetidamente a la misma área con el tiempo se agrupen. Si eso sucediera, las partículas podrían comenzar a interactuar con la radiación de onda más larga que solo las longitudes de onda de la energía electromagnética en la luz visible. Esto atraparía parte del calor que se escapa naturalmente al espacio, provocando un efecto de calentamiento neto en lugar de un efecto de enfriamiento. O las partículas más grandes podrían caer del cielo antes de que tuvieran la oportunidad de desviar el calor del sol. Para estudiar tales fenómenos, David Keith, director del Grupo de Sistemas de Energía y Medio Ambiente de la Universidad de Calgary, prevé experimentos en los que un avión rociaría un gas a baja presión de vapor sobre un área de 100 kilómetros cuadrados. El gas se condensaría en partículas en la estratosfera y el avión volaría de regreso a través de la nube de partículas para tomar medidas. La alteración sistemática del tamaño de las partículas, la cantidad de partículas en un área determinada, el momento de su liberación y otras variables podría revelar detalles clave sobre sus interacciones a microescala.

Sin embargo, incluso si el comportamiento de las partículas de sulfato puede entenderse y gestionarse, no está nada claro cómo su inyección en la estratosfera afectaría a los vastos y complejos sistemas climáticos. Hasta ahora, la mayoría de los modelos han sido toscos; sólo recientemente, por ejemplo, empezaron a tener en cuenta el movimiento del hielo y las corrientes oceánicas. Los sulfatos enfrían el planeta durante el día, pero no hacen ninguna diferencia cuando el sol no brilla. Como resultado, las noches probablemente serían más cálidas en relación con los días, pero los científicos han hecho poco para modelar este efecto y estudiar cómo podría afectar a los ecosistemas. De manera similar, podría afectar las estaciones, dice Schrag: los sulfatos bajarían menos las temperaturas durante el invierno (cuando hay menos luz del día) y más durante el verano. Y los científicos han hecho poco para comprender cómo cambiarían los patrones de circulación estratosférica con la adición de sulfatos, o precisamente cómo cualquiera de estas cosas podría afectar dónde y cuándo podríamos experimentar sequías, inundaciones y otros desastres.

Si los científicos pudieran aprender más sobre los efectos de los sulfatos en la estratosfera, podría plantear la intrigante posibilidad de una geoingeniería inteligente, dice Schrag. Las erupciones volcánicas son herramientas rudimentarias que liberan mucho azufre en el transcurso de unos pocos días.

y todo desde un solo lugar. Pero los geoingenieros podrían elegir exactamente dónde enviar sulfatos a la estratosfera, así como cuándo y con qué rapidez.

Artificial Trees: Se pueden utilizar varias reacciones químicas para capturar el dióxido de carbono de la atmósfera para su almacenamiento permanente. Ventajas: A largo plazo, esto podría reducir las concentraciones atmosféricas de dióxido de carbono. No existe un límite obvio para la cantidad de gas de efecto invernadero que se puede almacenar. Contras: Podría ser muy caro y consumir mucha energía, y llevaría mucho tiempo reducir las temperaturas.

Hasta ahora estamos pensando en algo muy simplista, dice Schrag. Estamos hablando de inyectar cosas en la estratosfera de manera uniforme. Sin embargo, los efectos que se han predicho hasta ahora no se distribuyen de manera uniforme. Los cambios en la evaporación, por ejemplo, podrían ser devastadores si causaron sequías en la tierra, pero si cae menos lluvia sobre el océano, no es tan importante. Aprovechando los patrones de circulación estratosférica y las variaciones estacionales del clima, podría ser posible limitar las consecuencias más dañinas. Puedes pulsar inyecciones, dice. Podría construir sistemas inteligentes que podrían cancelar algunos de esos efectos negativos.

En lugar de contaminar intencionalmente la estratosfera, un enfoque diferente y potencialmente menos riesgoso de la geoingeniería es extraer dióxido de carbono del aire. Pero la tecnología necesaria sería un desafío para desarrollar e implementar a gran escala.

En su laboratorio del décimo piso en el vecindario de Manhattan de Morningside Heights, Klaus Lackner, profesor de geofísica en el Departamento de Ingeniería de la Tierra y el Medio Ambiente de la Universidad de Columbia, está experimentando con un material que se une químicamente al dióxido de carbono en el aire y luego, cuando se moja en agua, libera el gas en una forma concentrada que se puede capturar fácilmente. El trabajo se encuentra en una etapa inicial. Los dispositivos de captura de carbono de Lackner parecen cepillos de probeta deformados; Deben sumergirse a mano en agua y es difícil sellarlos rápidamente en la cámara improvisada que se usa para medir el dióxido de carbono que liberan. Pero imagina sistemas automatizados, millones de ellos, cada uno del tamaño de una pequeña cabaña, esparcidos por el campo cerca de depósitos geológicos que podrían almacenar los gases que capturan. Un sistema basado en este material, calcula, podría eliminar el dióxido de carbono del aire mil veces más rápido que los árboles ahora. Otros en Columbia están trabajando en formas de aprovechar el hecho de que la roca de peridotita reacciona con el dióxido de carbono para formar carbonato de magnesio y otros minerales, eliminando el gas de efecto invernadero de la atmósfera. Los investigadores esperan acelerar estas reacciones naturales.

No está nada claro que estas ideas para capturar carbono sean prácticas. Algunos incluso pueden requerir tanta energía que crean un aumento neto de dióxido de carbono. Pero incluso si nos lleva cien años aprender a hacerlo, dice Pierrehumbert, sigue siendo útil, porque el CO2, naturalmente, tarda mil años en salir de la atmósfera.

Las semillas de la guerra

Sin embargo, varios esquemas de geoingeniería existentes podrían intentarse de forma relativamente barata y sencilla. E incluso si nadie sabe si serían seguros o efectivos, eso no significa que no serán juzgados.

David Victor, director del Laboratorio de Regulación y Derecho Internacional de la Universidad de California en San Diego, ve dos escenarios en los que podría suceder. Primero, el paso desesperado del Ave María: un país bastante vulnerable al cambio climático está desesperado por alterar los resultados y ve que los esfuerzos para reducir las emisiones no están dando frutos. Los esquemas de geoingeniería crudos podrían ser muy económicos y, por lo tanto, esta opción podría incluso estar disponible para Trinidad o Bangladesh: el primero rico en exportaciones de gas y bastante vulnerable, y el segundo pobre pero lo suficientemente grande como para hacer algo que se considere esencial para la supervivencia. Y, en segundo lugar, el escenario de la ingeniería arrogante al estilo soviético: un país dirigido por ingenieros y no demasiado expuesto a la opinión pública ni a las voces disidentes emprende la geoingeniería como una misión nacional, al igual que la construcción masiva de reactores nucleares mal diseñados, proyectos de desviación de ríos, reasentamiento de poblaciones y otras misiones nacionales que son difíciles de llevar a cabo cuando el público está informado, receptivo y en el poder. En cualquier caso, un solo país actuando solo podría influir en el clima de todo el mundo.

¿Cómo reaccionaría el mundo? En casos extremos, dice Víctor, podría conducir a una guerra. Algunos paises

podrían oponerse a enfriar la tierra, especialmente si las temperaturas más altas les han traído ventajas como temporadas de crecimiento más largas e inviernos más suaves. Y si la geoingeniería disminuye las precipitaciones, los países que han experimentado sequías debido al calentamiento global podrían sufrir aún más.

Ninguna ley o acuerdo internacional vigente impediría claramente que un país iniciara unilateralmente un proyecto de geoingeniería. Y ahora se sabe muy poco para que un organismo rector como las Naciones Unidas establezca regulaciones sólidas, regulaciones que, en cualquier caso, podrían ser ignoradas por un país decidido a intentar salvarse de un desastre climático. Víctor dice que la mejor esperanza es que los principales científicos de todo el mundo colaboren para establecer de la manera más clara posible qué peligros podrían estar involucrados en la geoingeniería y cómo, si es que se usa, podría usarse. A través de la investigación internacional abierta, dice, podemos aumentar las probabilidades, no al 100 por ciento, de que surjan normas responsables.

Listo o no

En 2006, Paul Crutzen, el científico holandés que ganó el Premio Nobel de Química por sus descubrimientos sobre el agotamiento de la capa de ozono estratosférico, escribió un ensayo en la revista Cambio climático en el que declaró que los esfuerzos para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero han sido totalmente infructuosos. Pidió una mayor investigación sobre la viabilidad y las consecuencias ambientales de la ingeniería climática, aunque reconoció que la inyección de sulfatos en la estratosfera podría dañar la capa de ozono y causar efectos secundarios grandes e impredecibles. A pesar de estos peligros, dijo, la ingeniería climática podría ser, en última instancia, la única opción disponible para reducir rápidamente los aumentos de temperatura.

En ese momento, el ensayo de Crutzen era controvertido y muchos científicos lo calificaron de irresponsable. Pero desde entonces ha servido para sacar a la luz la geoingeniería, dice David Keith, quien comenzó a estudiar el tema en 1989. Después de que un científico con las credenciales de Crutzen, que entendía la estratosfera tan bien como cualquiera, se pronunciara a favor de estudiar la inyección de sulfato como una forma de enfriar la tierra, muchos otros científicos estaban dispuestos a empezar a hablar de ello.

Entre los conversos más recientes se encuentra David Battisti, profesor de ciencias atmosféricas en la Universidad de Washington. Un problema en particular le preocupa. Los estudios de las olas de calor muestran que los rendimientos de los cultivos disminuyen drásticamente cuando las temperaturas suben de 3 ° C a 4 ° C por encima de lo normal, las temperaturas que Prinn del MIT predice que podríamos alcanzar incluso con controles estrictos de emisiones. Al hablar en el simposio de ingeniería genética en el MIT este otoño, Battisti dijo: Para fines de siglo, solo debido a la temperatura, estamos viendo una reducción del 30 al 40 por ciento en los rendimientos [de los cultivos], mientras que en los próximos 50 años la demanda de se espera que la comida aumente a más del doble.

Battisti es muy consciente de las incertidumbres que rodean a la geoingeniería. Según una investigación que ha realizado recientemente, los primeros modelos informáticos que intentaron mostrar cómo el sombreado de la tierra afectaría el clima se desviaron entre 2 ° C y 3 ° C en las predicciones del cambio de temperatura regional y hasta en un 40 por ciento en las predicciones de precipitaciones regionales. . Pero con mil millones de personas ya desnutridas y miles de millones más que podrían pasar hambre si el calentamiento global perturba la agricultura, Battisti ha admitido a regañadientes que es posible que debamos considerar un parche de ingeniería climática. Mejores datos y mejores modelos ayudarán a aclarar los efectos de la geoingeniería. Danos 30 o 40 años y estaremos allí, dijo en el simposio del MIT. Pero en 30 a 40 años, al nivel en el que estamos aumentando el CO2, lo vamos a necesitar, estemos listos o no.

Kevin Bullis es Revisión de tecnología Editor de energía.

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