Mikami Environmental Blog


Publicado em 12 maio 2021

Por Marcos Pivetta | revista Pesquisa FAPESP


Against global warming

US science academies advocate creating research program to study feasibility of measures with the potential to cool the Earth

By Marcos Pivetta

The so-called solar geoengineering is an umbrella term used to designate controversial climate interventions, with intentional and side effects not yet fully understood by science, but which could be deliberately promoted by man to try to cool the planet. This concept encompasses different techniques that, in theory, could act as forces against global warming. At the end of March, the national academies of science, medicine and engineering in the United States released a joint report in which they stand in favor of creating a national research program in solar geoengineering to study the impacts of three types of interventions: injecting aerosols (solid or liquid particles) in the stratosphere, above 11 kilometers (km) in altitude; stimulate the formation of marine clouds, up to 3 km above the oceans; and thinning cirrus clouds, located between 6 and 13 km in altitude.

The injection of aerosols in the stratosphere and the stimulation of clouds over the sea could increase the Earth's ability to reflect the sun's rays, a modification that could cause a temporary cooling, locally or even globally. The third modality of intervention would act by a different mechanism. Formed by ice crystals, cirrus clouds work as a blanket over the Earth. They hinder the escape of heat from its surface and regulate the temperature. Making them less dense would cause more thermal radiation to escape from the planet, making it colder. According to the document, these lines of research should receive investments between US $ 100 and 200 million over the next five years.

A policy in favor of more research in solar geoengineering does not mean supporting the implementation of procedures to intentionally change the climate, emphasize the authors of the text. Nor should it serve as an excuse to abandon or loosen targets for reducing the emission of greenhouse gases, whose gradual accumulation in the atmosphere is the primary cause of global warming. Since the end of the 19th century, the average global temperature has risen 1.1 degrees Celsius (° C), which is changing the climate across the planet. If greenhouse gas emissions do not fall quickly, the Earth could heat up to 4 ° C over the course of this century, with possible catastrophic consequences for humanity (see report), according to projections from the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC).

"The research program should focus on helping society to make more conscious decisions," says environmental biologist Chris Field, director of the Stanford Woods Institute for the Environment and chairman of the committee that wrote the report, in a press release. . “As we continue to make slow progress in tackling climate change, we urgently need to understand the full range of options available to alleviate its damage. Based on evidence from the social sciences, natural sciences and technology, this research program may indicate that solar geoengineering should no longer be considered or, on the contrary, conclude that it justifies an additional effort. ” The report does not address another aspect of climate geoengineering, which studies the removal of greenhouse gases from the atmosphere, especially carbon dioxide, and their storage in different parts of the planet (in the soil, in the oceans or in plants).

The first two types of intervention dealt with in the document are inspired by phenomena observed by man in nature. The ashes of large volcanic eruptions, such as that of Mount Pinatubo, in the Philippines, in 1991, act as aerosols in the upper atmosphere and reflect sunlight. Thus, a part of the radiation does not reach the Earth, which is temporarily cooler. Pinatubo's activity was able to make the global climate 0.5 ºC less hot for a year. The second procedure, that of stimulating the formation of low-lying marine clouds, is also mirrored in a real phenomenon. The air pollution particles produced by large vessels that cross the oceans function as cloud condensation nuclei. Along the ship's path, white clouds form that make the atmosphere immediately above the surface of the seas whiter rather than bluish. This effect increases the local ability to reflect sunlight and cools the planet.

“Our level of scientific knowledge about the three techniques of solar geoengineering is quite limited and distinct,” explains physicist Sarah Doherty, from the Department of Atmospheric Sciences at the University of Washington, in the United States, in an interview with Pesquisa FAPESP. "We know the effects of aerosol injection reasonably well and not so well that of creating marine clouds, but we understand very little about how to make cirrus clouds thinner." Doherty commands an international initiative, The Marine Cloud Brightening Project, which intends to carry out an experiment with the aim of increasing the amount of aerosols over a stretch of ocean and stimulating the formation of marine clouds. Instead of pollution from ships, the aerosols to be used will be particles of sea salt. There is still no date for the experiment to be done. "We are working on the climate modeling phase," she says. Similar experiments have already been conducted in Australia and California, with inconclusive results.

Marine clouds

NASA’s Goddard Space Flight Center

In addition to the risk of causing a series of undesired climatic side effects, eventual human interventions in the functioning of the atmosphere today are not disciplined by international and multilateral organizations. “There is no global governance in place in this area. There is nothing to prevent the government of a country or a billionaire from deciding to finance an initiative without any scientific basis. If an intervention goes wrong, who bears the consequences? ”, Recalls Paulo Artaxo, from the Institute of Physics at the University of São Paulo (IF-USP), a specialist in the study of aerosols and a member of the coordination of the FAPESP Research Program on Climate Change Global (PFPMCG). "We need serious and comprehensive studies, involving researchers from all over the globe, not just from rich countries." The report by the American academies estimates that 90% of the papers on solar geoengineering were produced in the United States and Europe. In April 2018, Artaxo and 11 other researchers from developing countries published a comment in the journal Nature in which they warned of the risks that the poorest nations could be the most affected by climate change and by possible interventions in the field of solar geoengineering.

Climate modeling studies that simulate the injection of aerosols in the upper atmosphere indicate that this type of intervention may temporarily generate some level of global cooling, but there is great uncertainty about possible side effects. One of the fears is that an extra amount of aerosols could damage the ozone layer, which is found in the stratosphere and protects terrestrial life from ultraviolet radiation from the sun. “Solar geoengineering is very controversial and can be used as an excuse to keep in high levels of greenhouse gas emissions ”, ponders climatologist Carlos Nobre, from the Institute for Advanced Studies at USP. “It can not only change the climate of the stratosphere, but also change atmospheric circulation on a global scale. Even if they slightly reduce the solar radiation that reaches the surface, these changes in circulation can, for example, affect the rainfall regime, in a semi-permanent way. ”

Some research institutions and universities in the United States and Europe have recently created initiatives to research solar geoengineering. These efforts involve a series of studies with different characteristics. There are works that investigate phenomena of nature that change the climate. There are modeling studies that attempt to replicate virtually climate interventions. And there are the field experiments, which are more controversial by definition. After all, they are small-scale changes, of a temporary nature, in a localized region of the planet to study possible local and global effects of this intervention.

Cirrus clouds

Piccolo Namek / Wikimedia Commons infographic Alexandre Affonso

The field experiment that most arouses interest is the Stratospheric Controlled Perturbation Experiment (SCoPEx), coordinated by the German physicist Frank Keutsch, from Harvard University, in the United States. The project was designed to be the first test with aerosol injection into the stratosphere, an atmosphere layer between 7 and 50 km in altitude. With the help of a high-altitude balloon, an aerosol injection equipment will be taken to a height of 20 km and drop 2 kilos of calcium carbonate particles over 1 km in length. “This amount of particles is very small. It is equivalent to the pollution expelled by a commercial jet during just one minute of flight ”, compares Keutsch, in an interview with Pesquisa FAPESP. The inaugural SCoPEx flight was scheduled to take place in the middle of this year in northern Sweden, but was canceled due to protests from environmental groups and indigenous people from the Nordic country. In that first flight, there would be no release of particles. Only a test would be done to see if the instruments were working properly. “The episode teaches us that we have to better inform people about the objectives of our research”, comments the German researcher, who will have to find a new place to carry out the experiment.

For Keutsch, the use of climate geoengineering can only be considered if there is more research that shows its effectiveness and safety and, even so, in a complementary way to other actions. He likes to use a medical analogy to highlight the limits and dangers of humanity depending only on this type of intervention to combat climate change. He says there is a moral risk that man will relax from his tenuous efforts to mitigate the effects of climate change and bet only on temporary action of palliative measures. Like painkillers that take the pain away, but do not fight its cause, these actions alleviate the problem without, however, attacking its origin. “The world needs invasive surgery, a drastic reduction in greenhouse gas emissions, not just morphine”, compares Keutsch. In the best of scenarios, climate geoengineering interventions can be helpful in decreasing pain while the operation is performed.

Published by Revista Pesquisa FAPESP, May issue, 2021

(Until next Wednesday, May 19, 2021)

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Contra o aquecimento global

Academias de ciências dos Estados Unidos defendem criação de programa de pesquisas para estudar viabilidade de medidas com potencial para resfriar a Terra

Por Marcos Pivetta

A chamada geoengenharia solar é uma expressão guarda-chuva usada para designar intervenções climáticas polêmicas, com efeitos intencionais e colaterais ainda não totalmente compreendidos pela ciência, mas que poderiam ser promovidas deliberadamente pelo homem para tentar resfriar o planeta. Esse conceito abarca diferentes técnicas que, em tese, poderiam atuar como forças contrárias ao aquecimento global. No final de março, as academias nacionais de ciência, medicina e engenharia dos Estados Unidos divulgaram um relatório conjunto em que se posicionam a favor da criação de um programa nacional de pesquisa em geoengenharia solar para estudar os impactos de três tipos de intervenções: injetar aerossóis (partículas sólidas ou líquidas) na estratosfera, acima de 11 quilômetros (km) de altitude; estimular a formação de nuvens marinhas, até 3 km acima dos oceanos; e tornar mais finas as nuvens do tipo cirrus, situadas entre 6 e 13 km de altitude.

A injeção de aerossóis na estratosfera e o estímulo à formação de nuvens sobre o mar poderiam aumentar a capacidade da Terra de refletir os raios solares, modificação que poderia causar um resfriamento temporário, em nível local ou até global. A terceira modalidade de intervenção atuaria por um mecanismo diferente. Formadas por cristais de gelo, as nuvens do tipo cirrus funcionam como um cobertor sobre a Terra. Dificultam o escape de calor de sua superfície e regulam a temperatura. Torná-las menos densas faria com que mais radiação térmica escapasse do planeta, tornando-o mais frio. Segundo o documento, essas linhas de pesquisa deveriam receber investimentos entre US$ 100 e 200 milhões nos próximos cinco anos.

Uma política a favor de mais pesquisa em geoengenharia solar não significa apoio à implementação de procedimentos para mudar intencionalmente o clima, enfatizam os autores do texto. Tampouco deve servir como pretexto para abandonar ou afrouxar metas de redução da emissão de gases de efeito estufa, cujo acúmulo gradativo na atmosfera é a causa primária do aquecimento global. Desde o final do século XIX, a temperatura média global subiu 1,1 grau Celsius (°C), o que está alterando o clima em todo o planeta. Se as emissões de gases de efeito estufa não caírem rapidamente, a Terra poderá aquecer até 4 ºC ao longo deste século, com possíveis consequências catastróficas para a humanidade (ver reportagem), de acordo com projeções do Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC).

“O programa de pesquisa deve se concentrar em ajudar a sociedade a tomar decisões mais conscientes”, diz, em comunicado para a imprensa, o biólogo ambiental Chris Field, diretor do Instituto Stanford Woods para o Meio Ambiente e presidente do comitê que escreveu o relatório. “À medida que continuamos a progredir lentamente no enfrentamento das mudanças climáticas, precisamos urgentemente entender toda a gama de opções disponíveis para aliviar seus danos. Com base em evidências das ciências sociais, ciências naturais e tecnologia, esse programa de pesquisa pode indicar que a geoengenharia solar não deve mais ser cogitada ou, ao contrário, concluir que ela justifica um esforço adicional.” O relatório não aborda outra vertente da geoengenharia climática, que estuda a retirada de gases de efeito estufa da atmosfera, sobretudo o dióxido de carbono, e seu armazenamento em diferentes pontos do planeta (no solo, nos oceanos ou nas plantas).

Os dois primeiros tipos de intervenção de que trata o documento são inspirados em fenômenos observados pelo homem na natureza. As cinzas de grandes erupções vulcânicas, como a do monte Pinatubo, nas Filipinas, em 1991, atuam como aerossóis na alta atmosfera e refletem a luz solar. Dessa forma, uma parte da radiação não chega à Terra, que fica mais fria temporariamente. A atividade do Pinatubo foi capaz de tornar o clima global 0,5 ºC menos quente por um ano. O segundo procedimento, o de estimular a formação de nuvens marinhas de baixa altitude, também se espelha em um fenômeno real. As partículas de poluição atmosférica produzidas por grandes embarcações que cruzam os oceanos funcionam como núcleos de condensação de nuvens. Ao longo do trajeto dos navios, formam-se nuvens brancas que tornam a atmosfera imediatamente acima da superfície dos mares mais alva em vez de azulada. Esse efeito aumenta a capacidade local de refletir a luz solar e esfria o planeta.

“Nosso nível de conhecimento científico sobre as três técnicas de geoengenharia solar é bastante limitado e distinto”, explica, em entrevista a Pesquisa FAPESP, a física Sarah Doherty, do Departamento de Ciências Atmosféricas da Universidade de Washington, nos Estados Unidos. “Conhecemos razoavelmente bem os efeitos da injeção de aerossóis e não tão bem o da criação de nuvens marinhas, mas entendemos muito pouco sobre como tornar as nuvens do tipo cirrus mais finas.” Doherty comanda uma iniciativa internacional, The Marine Cloud Brightening Project, que pretende realizar um experimento com o intuito de aumentar a quantidade de aerossóis sobre um trecho de oceano e estimular a formação de nuvens marinhas. Em vez da poluição dos navios, os aerossóis a serem usados serão partículas de sal marinho. Ainda não há data para o experimento ser feito. “Estamos trabalhando na fase de modelagem climática”, diz. Alguns experimentos similares já foram conduzidos na Austrália e na Califórnia, com resultados inconclusivos.

Nuvens marinhas

NASA’s Goddard Space Flight Center

Além do risco de provocar uma série de efeitos colaterais climáticos indesejados, eventuais intervenções humanas no funcionamento da atmosfera hoje não são disciplinadas por organismos internacionais e multilaterais. “Não há nenhuma governança global instituída nessa área. Nada impede que o governo de um país ou um bilionário resolva financiar uma iniciativa sem nenhuma base científica. Se uma intervenção der errado, quem arca com as consequências?”, lembra Paulo Artaxo, do Instituto de Física da Universidade de São Paulo (IF-USP), especialista no estudo de aerossóis e membro da coordenação do Programa FAPESP de Pesquisa sobre Mudanças Climáticas Globais (PFPMCG). “Precisamos de estudos sérios e abrangentes, que envolvam pesquisadores de todo o globo, não apenas dos países ricos.” O relatório das academias norte-americanas estima que 90% dos papers sobre geoengenharia solar foram produzidos nos Estados Unidos e na Europa. Em abril de 2018, Artaxo e mais 11 pesquisadores de países em desenvolvimento publicaram um comentário na revista Nature em que alertavam para os riscos de que as nações mais pobres poderiam ser as mais afetadas pelas mudanças climáticas e por eventuais intervenções no âmbito da geoengenharia solar.

Os estudos de modelagem climática que simulam a injeção de aerossóis na alta atmosfera indicam que esse tipo de intervenção talvez possa gerar temporariamente algum nível de resfriamento global, mas há grande incerteza sobre eventuais efeitos colaterais. Um dos temores é que uma quantidade extra de aerossóis possa danificar a camada de ozônio, que se encontra na estratosfera e protege a vida terrestre da radiação ultravioleta vinda do Sol. “A geoengenharia solar é muito controversa e pode ser usada como desculpa para manter em níveis altos as emissões de gases de efeito estufa”, pondera o climatologista Carlos Nobre, do Instituto de Estudos Avançados da USP. “Ela pode não só modificar o clima da estratosfera, mas alterar as circulações atmosféricas em escala global. Mesmo que reduzam um pouquinho a radiação solar que chega à superfície, essas mudanças de circulação podem, por exemplo, afetar o regime de chuvas, de forma semipermanente.”

Algumas instituições de pesquisa e universidades dos Estados Unidos e da Europa criaram recentemente iniciativas para pesquisar a geoengenharia solar. Esses esforços envolvem uma série de estudos com características distintas. Há trabalhos que averiguam fenômenos da natureza que alteram o clima. Existem estudos de modelagem que tentam reproduzir virtualmente intervenções sobre o clima. E há os experimentos de campo, mais controversos por definição. Afinal, são alterações de pequena escala, de caráter temporário, em uma região localizada do planeta para estudar possíveis efeitos locais e globais dessa intervenção.

Nuvens do tipo cirrus

Piccolo Namek?/?Wikimedia Commons infográfico Alexandre Affonso

O experimento de campo que mais desperta interesse é o Stratospheric Controlled Perturbation Experiment (SCoPEx), coordenado pelo físico-químico alemão Frank Keutsch, da Universidade Harvard, dos Estados Unidos. O projeto foi concebido para ser o primeiro ensaio com injeção de aerossóis na estratosfera, camada da atmosfera entre 7 e 50 km de altitude. Com a ajuda de um balão de alta altitude, um equipamento de injeção de aerossóis vai ser levado a uma altura de 20 km e soltar 2 quilos de partículas de carbonato de cálcio ao longo de 1 km de extensão. “Essa quantidade de partículas é ínfima. Equivale à poluição expelida por um jato comercial durante apenas um minuto de voo”, compara Keutsch, em entrevista a Pesquisa FAPESP. O voo inaugural do SCoPEx estava programado para ocorrer em meados deste ano no norte da Suécia, mas foi cancelado devido a protestos de grupos ambientais e de indígenas do país nórdico. Nesse primeiro voo, não haveria liberação de partículas. Seria feito apenas um teste para ver se os instrumentos estariam funcionando a contento. “O episódio nos ensina que temos de informar melhor as pessoas sobre os objetivos da nossa pesquisa”, comenta o pesquisador alemão, que terá de encontrar um novo lugar para realizar o experimento.

Para Keutsch, o uso da geoengenharia climática só pode ser cogitado se houver mais pesquisas que mostrem sua eficácia e segurança e, ainda assim, de forma complementar a outras ações. Ele gosta de usar uma analogia médica para destacar os limites e os perigos de a humanidade depender apenas desse tipo de intervenção para combater as mudanças climáticas. Diz que há o risco moral de o homem relaxar de seus tênues esforços para mitigar os efeitos das mudanças climáticas e apostar apenas na ação temporária de medidas paliativas. Como analgésicos que tiram a dor, mas não combatem sua causa, essas ações amenizam o problema sem, no entanto, atacar a sua origem. “O mundo precisa de uma cirurgia invasiva, de uma drástica redução nas emissões de gases de efeito estufa, não somente de morfina”, compara Keutsch. No melhor dos cenários, as intervenções de geoengenharia climática podem ser úteis para diminuir a dor enquanto a operação é feita.

Publicado por Revista Pesquisa FAPESP, edição de Maio, 2021

(Até a próxima Quarta-Feira, 19 de Maio, 2021)

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