Brillo de nubes marinas - Marine cloud brightening
El brillo de las nubes marinas, también conocido como siembra de nubes marinas e ingeniería de nubes marinas, es una técnica de ingeniería climática de gestión de la radiación solar propuesta que haría que las nubes fueran más brillantes, reflejando una pequeña fracción de la luz solar entrante de regreso al espacio para compensar el calentamiento global antropogénico . Junto con la inyección de aerosol estratosférico , es uno de los dos métodos de gestión de la radiación solar que pueden tener un impacto climático sustancial de manera más factible. La intención es que el aumento del albedo de la Tierra , en combinación con la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero , la eliminación de dióxido de carbono y la adaptación , reduciría el cambio climático y sus riesgos para las personas y el medio ambiente . Si se implementa, se espera que el efecto de enfriamiento se sienta rápidamente y sea reversible en escalas de tiempo bastante cortas. Sin embargo, siguen existiendo barreras técnicas para el brillo de las nubes marinas a gran escala. También existen riesgos con tal modificación de sistemas climáticos complejos.
Principios básicos
El brillo de las nubes marinas se basa en fenómenos que se observan actualmente en el sistema climático. Hoy en día, las partículas de emisiones se mezclan con las nubes en la atmósfera y aumentan la cantidad de luz solar que reflejan, reduciendo el calentamiento. Este efecto de 'enfriamiento' se estima entre 0,5 y 1,5 ° C, y es una de las incógnitas más importantes del clima. El brillo de las nubes marinas propone generar un efecto similar utilizando material benigno (por ejemplo, sal marina) entregado a las nubes que son más susceptibles a estos efectos (estratocúmulos marinos).
La mayoría de las nubes son bastante reflectantes y devuelven la radiación solar entrante al espacio. El aumento del albedo de las nubes aumentaría la porción de radiación solar entrante que se refleja, enfriando a su vez el planeta. Las nubes consisten en gotas de agua y las nubes con gotas más pequeñas son más reflectantes (debido al efecto Twomey ). Los núcleos de condensación de las nubes son necesarios para la formación de gotas de agua. La idea central que subyace al brillo de las nubes marinas es agregar aerosoles a las ubicaciones atmosféricas donde se forman las nubes. Estos actuarían entonces como núcleos de condensación de nubes, aumentando el albedo de las nubes .
El medio marino tiene un déficit de núcleos de condensación de nubes debido a niveles más bajos de polvo y contaminación en el mar, por lo que el brillo de las nubes marinas sería más efectivo sobre el océano que sobre la tierra. De hecho, el brillo de las nubes marinas a pequeña escala ya ocurre involuntariamente debido a los aerosoles en los gases de escape de los barcos , dejando huellas de barcos . Es probable que los diferentes regímenes de nubes tengan diferente susceptibilidad a las estrategias de brillo, siendo las nubes de estratocúmulos marinos ( nubes bajas en capas sobre las regiones oceánicas) más sensibles a los cambios de aerosoles. Por lo tanto, estas nubes de estratocúmulos marinos se proponen típicamente como el objetivo adecuado. Son comunes en las regiones más frías de los océanos subtropicales y de latitudes medias, donde su cobertura puede superar el 50% de la media anual.
La principal fuente posible de núcleos de condensación de nubes adicionales es la sal del agua de mar , aunque hay otras.
Aunque, en general, se comprende bien la importancia de los aerosoles para la formación de nubes, persisten muchas incertidumbres. De hecho, el último informe del IPCC considera las interacciones aerosol-nube como uno de los principales desafíos actuales en el modelado climático en general. En particular, el número de gotitas no aumenta proporcionalmente cuando hay más aerosoles presentes e incluso puede disminuir. Extrapolar los efectos de las partículas en las nubes observadas en la escala microfísica a la escala regional, climáticamente relevante, no es sencillo.
Impactos climáticos
Reducción del calentamiento global
La evidencia de modelos de los efectos climáticos globales del brillo de las nubes marinas sigue siendo limitada. La investigación de modelos actual indica que el brillo de las nubes marinas podría enfriar sustancialmente el planeta. Un estudio estimó que podría producir 3,7 W / m 2 de forzamiento negativo promediado a nivel mundial. Esto contrarrestaría el calentamiento causado por una duplicación de la concentración de dióxido de carbono atmosférico preindustrial , o un estimado de 3 grados Celsius, aunque los modelos han indicado una menor capacidad. Un estudio de 2020 encontró un aumento sustancial en la reflectividad de las nubes por el transporte marítimo en la cuenca del Atlántico sureste, lo que sugiere que una prueba a escala regional de MCB en regiones dominadas por estratocúmulos podría tener éxito.
Los impactos climáticos del brillo de las nubes marinas responderían rápidamente y serían reversibles. Si la actividad de brillo cambiara de intensidad, o se detuviera por completo, entonces el brillo de las nubes respondería en unos pocos días o semanas, ya que las partículas de los núcleos de condensación de las nubes se precipitarían de forma natural.
Una vez más, a diferencia de la inyección de aerosol estratosférico, el aclaramiento de nubes marinas podría usarse regionalmente, aunque de manera limitada. Las nubes de estratocúmulos marinos son comunes en regiones particulares, específicamente el Océano Pacífico oriental y el Océano Atlántico sur oriental. Un hallazgo típico entre los estudios de simulación fue un enfriamiento persistente del Pacífico, similar al fenómeno de “La Niña” y, a pesar de la naturaleza localizada del cambio de albedo, un aumento del hielo marino polar. Los estudios recientes tienen como objetivo hacer comparables los resultados de la simulación derivados de diferentes modelos.
Efectos secundarios
Existe cierta posibilidad de cambios en los patrones y la amplitud de las precipitaciones, aunque los modelos sugieren que los cambios son probablemente menores que los de la inyección de aerosoles estratosféricos y considerablemente más pequeños que los del calentamiento global antropogénico constante.
Investigar
El brillo de las nubes marinas fue sugerido originalmente por John Latham en 1990.
Debido a que las nubes siguen siendo una fuente importante de incertidumbre en el cambio climático, algunos proyectos de investigación sobre la reflectividad de las nubes en el contexto general del cambio climático han proporcionado información sobre el brillo de las nubes marinas específicamente. Por ejemplo, un proyecto soltó humo detrás de los barcos en el Océano Pacífico y monitoreó el impacto de las partículas en las nubes. Aunque esto se hizo para comprender mejor las nubes y el cambio climático, la investigación tiene implicaciones para el brillo de las nubes marinas.
Se formó una coalición de investigación llamada Marine Cloud Brightening Project para coordinar las actividades de investigación. Su programa propuesto incluye modelado, experimentos de campo, desarrollo de tecnología e investigación de políticas para estudiar los efectos de los aerosoles en las nubes y el brillo de las nubes marinas. El programa propuesto actualmente sirve como modelo para programas experimentales a nivel de proceso (ambientalmente benignos) en la atmósfera. Formado en 2009 por Kelly Wanser con el apoyo de Ken Caldeira , el proyecto ahora se encuentra en la Universidad de Washington. Sus codirectores son Robert Wood, Thomas Ackerman, Philip Rasch, Sean Garner (PARC) y Kelly Wanser (Silver Lining). El proyecto está dirigido por Sarah Doherty.
Es posible que la industria del transporte marítimo haya estado llevando a cabo un experimento involuntario de brillo de las nubes marinas debido a las emisiones de los barcos y provocando una reducción de la temperatura global de hasta 0,25 ˚C más baja de lo que hubieran sido de otra manera. Un estudio de 2020 encontró un aumento sustancial en la reflectividad de las nubes por el transporte marítimo en la cuenca del Atlántico sureste, lo que sugiere que una prueba a escala regional de MCB en regiones dominadas por estratocúmulos podría tener éxito.
El brillo de las nubes marinas se está examinando como una forma de dar sombra y enfriar los arrecifes de coral como la Gran Barrera de Coral .
Métodos propuestos
El método principal propuesto para el brillo de las nubes marinas es generar una fina niebla de sal a partir del agua de mar y distribuirla en bancos específicos de estratocúmulos marinos desde los barcos que atraviesan el océano. Esto requiere tecnología que pueda generar partículas de sal marina de tamaño óptimo (~ 100 nm) y entregarlas con suficiente fuerza y escala para penetrar las nubes marinas bajas. La neblina de pulverización resultante debe administrarse continuamente a las nubes objetivo sobre el océano.
En los primeros estudios publicados, John Latham y Stephen Salter propusieron una flota de alrededor de 1500 barcos Rotor no tripulados , o barcos Flettner, que rociarían la niebla creada a partir del agua de mar en el aire. Los barcos rociarían gotas de agua de mar a una velocidad de aproximadamente 50 metros cúbicos por segundo sobre una gran parte de la superficie del océano de la Tierra. La energía para los rotores y el barco podría generarse a partir de turbinas submarinas. Salter y sus colegas propusieron el uso de láminas hidráulicas activas con paso controlado para obtener potencia. [1]
Investigadores posteriores determinaron que la eficiencia del transporte solo era relevante para su uso a escala, y que para los requisitos de investigación, los barcos estándar podrían usarse para el transporte. (Algunos investigadores consideraron la aeronave como una opción, pero concluyeron que sería demasiado costosa. La tecnología de generación y entrega de gotas es fundamental para el progreso, y la investigación tecnológica se ha centrado en resolver este desafiante problema.
Se propusieron y descartaron otros métodos, que incluyen: (1) Usar pequeñas gotas de agua de mar en el aire a través de espumas oceánicas. Cuando las burbujas de las espumas revientan, arrojan pequeñas gotas de agua de mar. (2) Utilizando transductor piezoeléctrico . Esto crearía ondas de faraday en una superficie libre. Si las olas son lo suficientemente empinadas, se arrojarán gotas de agua de mar desde las crestas y las partículas de sal resultantes pueden entrar en las nubes. Sin embargo, se requiere una cantidad significativa de energía. (3) Atomización electrostática de gotas de agua de mar. Esta técnica utilizaría plataformas de aspersión móviles que se mueven para adaptarse a las condiciones climáticas cambiantes. Estos también podrían estar en barcos no tripulados. (4) Utilizar las emisiones de humo o del motor como fuente de CCN. También se han propuesto partículas de aceite de parafina, aunque se ha descartado su viabilidad.
Costos
Los costos del brillo de las nubes marinas siguen siendo en gran parte desconocidos. Un artículo académico implicó costos anuales de aproximadamente 50 a 100 millones de libras esterlinas (aproximadamente 75 a 150 millones de dólares estadounidenses ). Un informe de las Academias Nacionales de EE. UU. Sugirió aproximadamente cinco mil millones de dólares estadounidenses al año para un gran programa de despliegue (reduciendo el forzamiento radiativo en 5 W / m 2 ).
Gobernancia
El brillo de las nubes marinas se regiría principalmente por el derecho internacional porque probablemente tendría lugar fuera de las aguas territoriales de los países y porque afectaría el medio ambiente de otros países y de los océanos. En su mayor parte, se aplicaría el derecho internacional que rige la gestión de la radiación solar en general. Por ejemplo, de acuerdo con el derecho internacional consuetudinario , si un país llevara a cabo o aprobara una actividad de aclarado de nubes marinas que representaría un riesgo significativo de daño al medio ambiente de otros países o de los océanos, ese país estaría obligado a minimizar este riesgo. de conformidad con un estándar de diligencia debida . En esto, el país necesitaría requerir autorización para la actividad (si fuera a ser realizada por un actor privado), realizar una evaluación de impacto ambiental previa , notificar y cooperar con los países potencialmente afectados, informar al público y desarrollar planes para una posible emergencia.
Las actividades de aclaración de las nubes marinas se regirán por el derecho internacional del mar y, en particular, por la Convención de las Naciones Unidas sobre el Derecho del Mar (UNCLOS). Las partes de la UNCLOS están obligadas a "proteger y preservar el medio ambiente marino", incluso previniendo, reduciendo y controlando la contaminación del medio marino de cualquier fuente. El "medio ambiente marino" no está definido, pero se interpreta ampliamente en el sentido de que incluye el agua del océano, las formas de vida y el aire de arriba. La "contaminación del medio marino" se define de una manera que incluye el calentamiento global y los gases de efecto invernadero. Por lo tanto, la CONVEMAR podría interpretarse en el sentido de que obliga a las Partes involucradas a utilizar métodos como el aclaramiento de nubes marinas si se determina que estos son efectivos y ambientalmente benignos. No está claro si el brillo de las nubes marinas podría ser tal contaminación del medio marino. Al mismo tiempo, al combatir la contaminación, las Partes "no deben transferir, directa o indirectamente, daños o peligros de un área a otra ni transformar un tipo de contaminación en otro". Si se determina que el brillo de las nubes marinas causa daños o peligros, la UNCLOS podría prohibirlo. Si las actividades de aclaramiento de nubes marinas fueran "investigación científica marina", también un término indefinido, las Partes de la CONVEMAR tienen derecho a realizar la investigación, sujeto a algunas calificaciones. Como todos los demás barcos, aquellos que realizarían el aclarado de nubes marinas deben llevar la bandera del país que les ha dado permiso para hacerlo y con el que el barco tiene un vínculo genuino, incluso si el barco no está tripulado o está automatizado. El estado del pabellón debe ejercer su jurisdicción sobre esos barcos. Las implicaciones legales dependerían, entre otras cosas, de si la actividad ocurriera en aguas territoriales , una zona económica exclusiva (ZEE) o en alta mar ; y si la actividad era investigación científica o no. Los estados costeros tendrían que aprobar cualquier actividad de aclarado de nubes marinas en sus aguas territoriales. En la ZEE, el barco debe cumplir con las leyes y regulaciones del estado costero. Parece que el estado que lleva a cabo actividades de aclarado de nubes marinas en la ZEE de otro estado no necesitaría el permiso de este último, a menos que la actividad fuera investigación científica marina. En ese caso, el estado costero debería otorgar permiso en circunstancias normales. En general, los estados tendrían libertad para realizar actividades de aclarado de nubes marinas en alta mar, siempre que se haga con "la debida consideración" por los intereses de otros estados. Existe cierta falta de claridad legal con respecto a los barcos no tripulados o automatizados.
Ventajas y desventajas
El brillo de las nubes marinas parece tener la mayoría de las ventajas y desventajas de la gestión de la radiación solar en general. Por ejemplo, actualmente parece ser económico en relación con los daños que sufre el cambio climático y la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero, de acción rápida y reversible en sus efectos climáticos directos. Algunas ventajas y desventajas le son específicas, en relación con otras técnicas de gestión de la radiación solar propuestas.
En comparación con otros métodos de gestión de la radiación solar propuestos, como la inyección de aerosoles estratosféricos , el brillo de las nubes marinas puede localizarse parcialmente en sus efectos. Esto podría utilizarse, por ejemplo, para estabilizar la capa de hielo de la Antártida occidental . Además, el brillo de las nubes marinas, como se prevé actualmente, utilizaría solo sustancias naturales, agua de mar y viento, en lugar de introducir sustancias artificiales en el medio ambiente.
Ver también
- Ingeniería climática
- Gestión de la radiación solar
- Aerosoles de sulfato estratosférico (geoingeniería)
- Adelgazamiento de los cirros