Солнечная геоинженерия. Искусственные космические пузыри для охлаждения Земли
Сегодня океаны теплее, сильные засухи, уровень моря поднимается, ледяные щиты сокращаются, а ледники отступают. Средняя температура поверхности Земли повысилась на 0,9 ℃ с конца XIX века, и большая часть повышения температуры произошла за последние 35 лет. За последние десять лет было зафиксировано пять самых тёплых лет на планете. Согласно исследованию НАСА, нынешняя тенденция к потеплению с вероятностью 95% вызвана деятельностью человека. Повышение температуры на поверхности Земли уносит жизни людей: 5 миллионов человек за последние 20 лет, согласно исследованию. В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature Medicine, международная группа исследователей подсчитала, что почти 900 000 смертей в период между 2002 и 2015 годами связаны только с экстремальными температурами в крупных южноамериканских городах. Это самая подробная оценка для Латинской Америки. Аналогичные исследования проводятся и для Европы, Азии и других континентов.
В связи с этим группа учёных из Массачусетского технологического института изучает революционную идею торможения глобального потепления: использование «космических пузырей» для отражения солнечного света от нашей планеты.
Рост температуры по всему миру
План «Б»
Статистические данные об изменении климата стимулировали инициативы, изложенные в Парижском соглашении, в котором страны всего мира согласились предпринять активные шаги, чтобы ограничить повышение глобальной температуры не более чем на 1,5 ℃ выше доиндустриального уровня. К разочарованию климатологов и экологов, страны пока не готовы отказываться от ископаемого топлива, поэтому некоторые исследователи изучают радикальный «план Б» для борьбы с глобальным потеплением: солнечную геоинженерию.
Концепция солнечной геоинженерии заключается в том, что можно охлаждать Землю, отражая от неё часть солнечного излучения. Хотя есть несколько разных способов сделать это, наиболее широко изученный метод включает введение отражающих аэрозольных частиц в верхние слои атмосферы. Однако после того, как эти аэрозоли будут выпущены, не будет простого способа вернуть их обратно, если этот план не сработает или будет иметь непредвиденные негативные последствия.
Большинство геоинженерных гипотез связаны с исследованиями непосредственно на Земле, а космические решения были бы безопаснее. Вместо того, чтобы распылять частицы в атмосфере Земли для отражения солнечного излучения, междисциплинарная группа исследователей Массачусетского технологического института предлагает перенести солнечную геоинженерию в открытый космос. В частности, группа разрабатывает проект о размещении щита, собранную из пузырьков, в точку Лагранжа L1 — точку в космосе, где гравитационное притяжение Земли и Солнца образует своего рода равновесие, которое будет удерживать щит на орбите, уменьшая солнечное излучение на 1,8%. Поскольку пузыри будут находиться в миллионе километров от Земли, команда MIT говорит, что этот подход к солнечной геоинженерии не будет таким рискованным, как методы, которые напрямую связаны с земной атмосферой.
Предлагаемый щит будет сопоставим с площадью Бразилии, а пузыри для него можно будет производить и размещать в космосе, возможно, из кремния — группа уже экспериментировала с созданием этих «космических пузырей» в лаборатории. Основополагающим этапом этого проекта является выбор правильного материала и технологии для изготовления и обслуживания тонкоплёночных материалов. В предварительных экспериментах удалось надуть тонкоплёночный пузырь при давлении 0,0028 атм и поддерживать его при температуре -50 °C (чтобы приблизиться к космическим условиям нулевого давления и почти нулевой температуры). Дальнейшие исследования будут посвящены изучению использования других типов материалов с низким давлением пара для быстрого надувания и сборки (включая сплавы на основе кремния и армированные графеном ионные жидкости, которые имеют сверхнизкое давление паров и относительно низкую плотность).
В качестве рабочей гипотезы предложено исследовать идею экранирования солнечного излучения путём развёртывания набора пузырчатых плотов, состоящих из массивов связанных между собой небольших надувных пузырей вблизи точки Лагранжа L1 между Солнцем и Землей. Надувание тонкоплёночных сфер непосредственно в космосе из однородного расплавленного материала, такого как кремний, может обеспечить оптимальное преломление солнечного света и позволяет избежать необходимости запуска крупных конструкционных плёночных элементов, оптимизируя стоимость доставки. Более того, поскольку пузыри можно намеренно разрушить, нарушив равновесие на их поверхности, это сделает решение солнечной геоинженерии полностью обратимым и значительно уменьшит космический мусор.
Устройство пузырей
Ключевые показатели конструкции включают вязкостные, межфазные тепловые свойства формирователей пузырей во время надувания, а также оптические и структурные свойства пузырьковых плотов при воздействии солнечного излучения. При надувании тонких жидких сфер минимальная толщина плёнки жидкости, образующей оболочку, теоретически может быть всего 20 нм из-за поверхностного расклинивающего давления и эффекта Марангони. Однако, чтобы отклонить солнечный свет, толщина пузырей должна быть сравнима с длиной волны солнца (т.е. порядка 400–600 нм). Первоначальные расчёты с учётом сферических пузырьков на жидкой основе предполагают, что ожидаемая массовая плотность получившегося плота будет
Пузыри можно быстро надуть внутри производственной установки, затем быстро заморозить и выпустить в космос с нулевым давлением и низкой температурой. Координация процесса доставки, передачи сырья, надувания и координация получившихся пузырьковых плотов будет подробнее изучена. Более того, появятся новые способы доставки материала с Земли.
Однако, идея космических пузырей на данный момент является лишь рабочей гипотезой, и она может быть пересмотрена во время подготовки окончательного плана. Междисциплинарный проект включает в себя комплекс исследовательских проблем в ряде дисциплин, от оптики до механики тонких плёнок в космосе, влияние затенения на Землю, реализация государственной политики и др. Необходимы дополнительные исследования и эксперименты, чтобы точно определить, как можно создавать, развёртывать и уничтожать космические пузыри. Надо заручиться поддержкой, необходимой для этого исследования — на тот случай, если в конечном итоге понадобится развернуть это план Б. Продвижение технико-экономических обоснований солнечного экрана на следующий уровень может помочь принимать более обоснованные решения в ближайшие годы, если геоинженерные подходы станут актуальными.
Несмотря на удалённость от атмосферы Земли, некоторые исследования показывают, что
в климате Земли могут возникать сложные явления вследствие уменьшения солнечной радиации, такие как ослабление внетропических штормов. Этот аспект будет дополнительно исследован. Более того, будет разработан подход поэтапного отказа от космических пузырей, чтобы избежать потрясения экосистемы Земли в результате внезапного прекращения программы геоинженерных работ, когда в ней отпадет необходимость (исследования определяют необходимое время жизни программы в диапазоне от 50 до 200 лет).
В наибольшей степени система может компенсировать 100% воздействия парниковых газов на окружающую среду. Как только техническое решение будет найдено, его реализация может произойти до конца XXI века. С точки зрения стоимости за 50 лет была предложена первоначальная смета в сумму примерно 0,5% мирового ВВП. Короче говоря, продвижение возможностей солнечного щита на следующий уровень может представлять собой
дополнительный план перехода к низкоуглеродному режиму на Земле — и в любом случае поможет принимать более обоснованные решения в последующие годы.
Хотя эта концепция солнечной геоинженерии так и не была реализована, кроме небольших экспериментов, критики утверждают, что она уже зашла слишком далеко. Скептики описывают технологии как «опасно глупые». Несмотря на это, в 2020 году правительство США выделило Национальному управлению океанических и атмосферных исследований 9 миллионов долларов на исследование технологий, что более чем в два раза больше, чем в 2019 году. И только за 2021 год национальная академия наук США рекомендовала потратить от 100 до 200 миллионов долларов в течение пяти лет, чтобы лучше понять потенциальные риски и выгоды.
