Intensificação de nuvem marinha - Marine cloud brightening

A exaustão dos navios já causa nuvens cada vez mais brilhantes sobre os oceanos.

O clareamento de nuvens marinhas, também conhecido como semeadura de nuvens marinhas e engenharia de nuvens marinhas, é uma técnica proposta de engenharia climática de gerenciamento de radiação solar que tornaria as nuvens mais brilhantes, refletindo uma pequena fração da luz solar que entra de volta ao espaço para compensar o aquecimento global antropogênico . Junto com a injeção de aerossol estratosférico , é um dos dois métodos de gerenciamento da radiação solar que pode ter um impacto substancial sobre o clima. A intenção é que o aumento do albedo da Terra , em combinação com a redução das emissões de gases de efeito estufa , remoção de dióxido de carbono e adaptação , reduza as mudanças climáticas e seus riscos para as pessoas e o meio ambiente . Se implementado, espera-se que o efeito de resfriamento seja sentido rapidamente e seja reversível em escalas de tempo razoavelmente curtas. No entanto, permanecem barreiras técnicas para o aumento do brilho das nuvens marinhas em grande escala. Também existem riscos com essa modificação de sistemas climáticos complexos.

Princípios básicos

O clareamento de nuvens marinhas é baseado em fenômenos que são atualmente observados no sistema climático. Hoje, as partículas de emissões se misturam às nuvens na atmosfera e aumentam a quantidade de luz solar que refletem, reduzindo o aquecimento. Este efeito de 'resfriamento' é estimado entre 0,5 e 1,5 ° C, e é uma das incógnitas mais importantes no clima. O clareamento de nuvens marinhas propõe a geração de um efeito semelhante usando material benigno (por exemplo, sal marinho) entregue a nuvens que são mais suscetíveis a esses efeitos (estratocúmulos marinhos).

A maioria das nuvens é bastante reflexiva , refletindo a radiação solar de volta para o espaço. O aumento do albedo das nuvens aumentaria a porção da radiação solar incidente que é refletida, por sua vez, resfriando o planeta. Nuvens consistem em gotículas de água e nuvens com gotículas menores são mais reflexivas (por causa do efeito Twomey ). Os núcleos de condensação de nuvem são necessários para a formação de gotículas de água. A ideia central subjacente ao clareamento das nuvens marinhas é adicionar aerossóis aos locais atmosféricos onde as nuvens se formam. Estes atuariam então como núcleos de condensação das nuvens, aumentando o albedo das nuvens .

O ambiente marinho tem um déficit de núcleos de condensação de nuvens devido aos níveis mais baixos de poeira e poluição no mar, portanto, o clareamento das nuvens marinhas seria mais eficaz sobre o oceano do que sobre a terra. Na verdade, o clareamento das nuvens marinhas em pequena escala já ocorre de forma não intencional devido aos aerossóis na exaustão dos navios , deixando seus rastros . É provável que diferentes regimes de nuvens tenham suscetibilidade diferente a estratégias de clareamento , com nuvens estratocúmulos marinhas ( nuvens baixas em camadas sobre regiões do oceano) mais sensíveis às mudanças de aerossol. Essas nuvens estratocúmulos marinhas são, portanto, tipicamente propostas como o alvo adequado. São comuns nas regiões mais frias dos oceanos subtropicais e latitudes médias, onde sua cobertura pode ultrapassar 50% na média anual.

A principal fonte possível de núcleos adicionais de condensação de nuvem é o sal da água do mar , embora existam outros.

Embora a importância dos aerossóis para a formação de nuvens seja, em geral, bem compreendida, muitas incertezas permanecem. Na verdade, o último relatório do IPCC considera as interações aerossol-nuvem como um dos principais desafios atuais na modelagem climática em geral. Em particular, o número de gotas não aumenta proporcionalmente quando mais aerossóis estão presentes e pode até diminuir. Extrapolar os efeitos das partículas nas nuvens observadas na escala microfísica para a escala regional, climática relevante, não é simples.

Impactos climáticos

Redução do aquecimento global

A evidência de modelagem dos efeitos climáticos globais do aumento do brilho das nuvens marinhas permanece limitada. A pesquisa de modelagem atual indica que o aumento do brilho das nuvens marinhas pode resfriar substancialmente o planeta. Um estudo estimou que poderia produzir 3,7 W / m ² de forçante negativa em média global. Isso neutralizaria o aquecimento causado por uma duplicação da concentração de dióxido de carbono atmosférico pré-industrial , ou uma estimativa de 3 graus Celsius, embora os modelos tenham indicado menos capacidade. Um estudo de 2020 encontrou um aumento substancial na refletividade da nuvem do transporte marítimo na bacia do Atlântico sudeste, sugerindo que um teste em escala regional de MCB em regiões dominadas por estratocúmulos poderia ser bem-sucedido.

Os impactos climáticos do aumento do brilho das nuvens marinhas seriam rapidamente responsivos e reversíveis. Se a atividade de clareamento mudasse de intensidade, ou parasse completamente, então o brilho das nuvens responderia dentro de alguns dias ou semanas, à medida que as partículas do núcleo de condensação da nuvem precipitam naturalmente.

Novamente, ao contrário da injeção de aerossol estratosférico, o clareamento de nuvem marinha pode ser usado regionalmente, embora de forma limitada. Nuvens estratocúmulos marinhas são comuns em determinadas regiões, especificamente no leste do Oceano Pacífico e no leste do Oceano Atlântico Sul. Um achado típico entre os estudos de simulação foi um resfriamento persistente do Pacífico, semelhante ao fenômeno “La Niña” e, apesar da natureza localizada da mudança de albedo, um aumento no gelo marinho polar. Estudos recentes visam tornar comparáveis os resultados da simulação derivados de diferentes modelos.

Efeitos colaterais

Existe algum potencial para mudanças nos padrões de precipitação e amplitude, embora a modelagem sugira que as mudanças são provavelmente menores do que aquelas para a injeção de aerossol estratosférico e consideravelmente menores do que para o aquecimento global antropogênico constante.

Pesquisar

O aumento do brilho da nuvem marinha foi originalmente sugerido por John Latham em 1990.

Como as nuvens continuam sendo uma grande fonte de incerteza nas mudanças climáticas, alguns projetos de pesquisa sobre a refletividade das nuvens no contexto geral das mudanças climáticas forneceram uma visão específica do aumento do brilho das nuvens marinhas. Por exemplo, um projeto liberou fumaça atrás de navios no Oceano Pacífico e monitorou o impacto das partículas nas nuvens. Embora isso tenha sido feito para entender melhor as nuvens e as mudanças climáticas, a pesquisa tem implicações para o aumento do brilho das nuvens marinhas.

Uma coalizão de pesquisa chamada Marine Cloud Brightening Project foi formada para coordenar as atividades de pesquisa. Seu programa proposto inclui modelagem, experimentos de campo, desenvolvimento de tecnologia e pesquisa de política para estudar os efeitos de aerossóis de nuvem e clareamento de nuvem marinha. O programa proposto atualmente serve como um modelo para programas experimentais em nível de processo (ambientalmente benignos) na atmosfera. Formado em 2009 por Kelly Wanser com apoio de Ken Caldeira , o projeto agora está sediado na Universidade de Washington. Seus co-diretores são Robert Wood, Thomas Ackerman, Philip Rasch, Sean Garner (PARC) e Kelly Wanser (Silver Lining). O projeto é gerenciado por Sarah Doherty.

A indústria naval pode ter realizado um experimento não intencional de aumento do brilho de nuvens marinhas devido às emissões dos navios e causando uma redução da temperatura global de até 0,25 ˚C mais baixa do que seria de outra forma. Um estudo de 2020 encontrou um aumento substancial na refletividade da nuvem do transporte marítimo na bacia do Atlântico sudeste, sugerindo que um teste em escala regional de MCB em regiões dominadas por estratocúmulos poderia ser bem-sucedido.

O aumento do brilho das nuvens marinhas está sendo examinado como uma forma de sombrear e resfriar os recifes de coral, como a Grande Barreira de Corais .

Métodos propostos

O principal método proposto para o clareamento de nuvens marinhas é gerar uma névoa fina de sal da água do mar e distribuí-los em bancos de nuvens estratocúmulos marinhos de navios que cruzam o oceano. Isso requer tecnologia que pode gerar partículas de sal marinho de tamanho ideal (~ 100 nm) e distribuí-las com força e escala suficientes para penetrar nas nuvens marinhas baixas. A névoa de pulverização resultante deve então ser distribuída continuamente nas nuvens-alvo sobre o oceano.

Nos primeiros estudos publicados, John Latham e Stephen Salter propuseram uma frota de cerca de 1.500 navios Rotor não tripulados , ou navios Flettner, que pulverizariam a névoa criada a partir da água do mar para o ar. As embarcações pulverizariam gotas de água do mar a uma taxa de aproximadamente 50 metros cúbicos por segundo sobre uma grande parte da superfície oceânica da Terra. A energia para os rotores e o navio poderia ser gerada a partir de turbinas subaquáticas. Salter e colegas propuseram o uso de hidrofolhas ativas com pitch controlado para potência. [1]

Pesquisadores subsequentes determinaram que a eficiência do transporte só era relevante para uso em escala e que, para requisitos de pesquisa, navios padrão podiam ser usados para transporte. (Alguns pesquisadores consideraram a aeronave uma opção, mas concluíram que seria muito caro. A tecnologia de geração e entrega de gotículas é crítica para o progresso, e a pesquisa em tecnologia tem se concentrado em resolver esse problema desafiador.

Outros métodos foram propostos e descontados, incluindo: (1) Usar pequenas gotas de água do mar no ar por meio de espumas oceânicas. Quando as bolhas estouram, elas liberam pequenas gotas de água do mar. (2) Usando transdutor piezoelétrico . Isso criaria ondas faraday em uma superfície livre. Se as ondas forem íngremes o suficiente, gotas de água do mar serão lançadas das cristas e as partículas de sal resultantes podem entrar nas nuvens. No entanto, uma quantidade significativa de energia é necessária. (3) Atomização eletrostática de gotas de água do mar. Esta técnica utilizaria plataformas móveis de pulverização que se movem para se ajustar às mudanças nas condições climáticas. Estes também podem estar em navios não tripulados. (4) Usando o motor ou emissões de fumaça como uma fonte para CCN. Partículas de óleo de parafina também foram propostas, embora sua viabilidade tenha sido desconsiderada.

Custos

Os custos do aumento do brilho das nuvens marinhas permanecem em grande parte desconhecidos. Um artigo acadêmico implicava em custos anuais de aproximadamente 50 a 100 milhões de libras esterlinas (cerca de 75 a 150 milhões de dólares americanos ). Um relatório das Academias Nacionais dos EUA sugeriu cerca de cinco bilhões de dólares americanos anualmente para um grande programa de implantação (reduzindo o forçamento radiativo em 5 W / m ² ).

Governança

O aumento do brilho das nuvens marinhas seria regido principalmente pela lei internacional porque provavelmente ocorreria fora das águas territoriais dos países e porque afetaria o meio ambiente de outros países e dos oceanos. Para a maior parte, a lei internacional que rege o gerenciamento da radiação solar em geral se aplicaria. Por exemplo, de acordo com o direito internacional consuetudinário , se um país conduzisse ou aprovasse uma atividade de branqueamento de nuvens marinhas que representasse um risco significativo de danos aos ambientes de outros países ou dos oceanos, então esse país seria obrigado a minimizar esse risco de acordo com um padrão de due diligence . Nesse caso, o país precisaria solicitar autorização para a atividade (se ela fosse conduzida por um ator privado), realizar uma avaliação de impacto ambiental prévia , notificar e cooperar com os países potencialmente afetados, informar o público e desenvolver planos para um possível emergência.

As atividades de abrilhantamento de nuvens marinhas seriam regidas pelo direito internacional do mar e, em particular, pela Convenção das Nações Unidas sobre o Direito do Mar (UNCLOS). As Partes da UNCLOS são obrigadas a "proteger e preservar o meio ambiente marinho", inclusive prevenindo, reduzindo e controlando a poluição do meio ambiente marinho de qualquer fonte. O "ambiente marinho" não é definido, mas é amplamente interpretado como incluindo a água do oceano, as formas de vida e o ar acima. A "poluição do meio ambiente marinho" é definida de uma forma que inclui o aquecimento global e os gases de efeito estufa. A UNCLOS poderia, portanto, ser interpretada como obrigando as Partes envolvidas a usar métodos como o clareamento de nuvens marinhas, se estes fossem considerados eficazes e ambientalmente benignos. Não está claro se o aumento do brilho das nuvens marinhas pode causar a poluição do meio ambiente marinho. Ao mesmo tempo, no combate à poluição, as Partes “não devem transferir, direta ou indiretamente, danos ou perigos de uma área para outra, nem transformar um tipo de poluição em outro”. Se o clareamento de nuvem marinha causar danos ou perigos, o UNCLOS pode proibi-lo. Se as atividades de intensificação de nuvens marinhas fossem "pesquisa científica marinha" - também um termo indefinido - então as Partes UNCLOS têm o direito de conduzir a pesquisa, sujeito a algumas qualificações. Como todos os outros navios, aqueles que realizam o abrilhantamento de nuvens marinhas devem ostentar a bandeira do país que lhes deu permissão para fazê-lo e para o qual o navio tenha um vínculo genuíno, mesmo que o navio não seja tripulado ou automatizado. O Estado de bandeira deve exercer sua jurisdição sobre esses navios. As implicações legais dependeriam, entre outras coisas, se a atividade ocorreria em águas territoriais , uma zona econômica exclusiva (ZEE) ou em alto mar ; e se a atividade era pesquisa científica ou não. Os estados costeiros precisariam aprovar qualquer atividade de aumento de nuvens marinhas em suas águas territoriais. Na ZEE, o navio deve cumprir as leis e regulamentos do estado costeiro. Parece que o estado que realiza atividades de abrilhantamento de nuvens marinhas na ZEE de outro estado não precisaria da permissão deste último, a menos que a atividade fosse pesquisa científica marinha. Nesse caso, o estado costeiro deve conceder permissão em circunstâncias normais. Os estados seriam geralmente livres para conduzir atividades de aumento de nuvens marinhas em alto mar, desde que isso seja feito com a "devida consideração" pelos interesses de outros estados. Existe alguma falta de clareza jurídica em relação a navios não tripulados ou automatizados.

Vantagens e desvantagens

O clareamento de nuvens marinhas parece ter muitas das vantagens e desvantagens do gerenciamento da radiação solar em geral. Por exemplo, atualmente parece ser barato em relação aos danos causados pela mudança climática e redução das emissões de gases de efeito estufa, de ação rápida e reversível em seus efeitos climáticos diretos. Algumas vantagens e desvantagens são específicas a ele, em relação a outras técnicas propostas de gerenciamento de radiação solar.

Comparado com outros métodos de gerenciamento de radiação solar propostos, como injeção de aerossóis estratosféricos , o clareamento de nuvens marinhas pode ser parcialmente localizado em seus efeitos. Isso poderia, por exemplo, ser usado para estabilizar a camada de gelo da Antártica Ocidental . Além disso, o aumento do brilho das nuvens marinhas, como está previsto atualmente, usaria apenas substâncias naturais, água do mar e vento, em vez de introduzir substâncias de origem humana no meio ambiente.

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