Solares Geoengineering – Wikipedia

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Reflexion des Sonnenlichts zur Reduzierung der globalen Erwärmung

siehe Bildunterschrift und Bildbeschreibung

Vorgeschlagenes SPICE-Solar-Geoengineering-Projekt unter Verwendung eines Fesselballons zur Injektion von Sulfataerosolen in die Stratosphäre.

Solares Geoengineering, oder Modifikation der Sonnenstrahlung (SRM) ist eine vorgeschlagene Art der Klimatechnik, bei der Sonnenlicht (Sonnenstrahlung) zurück in den Weltraum reflektiert wird, um den vom Menschen verursachten Klimawandel zu begrenzen oder umzukehren. Die meisten Methoden würden die planetare Albedo (Reflexionsvermögen) erhöhen, zum Beispiel mit stratosphärischer Aerosolinjektion. Obwohl die meisten Techniken globale Auswirkungen haben würden, wurden auch lokale Schutz- oder Wiederherstellungsmethoden vorgeschlagen, um natürliche Wärmereflektoren einschließlich Meereis, Schnee und Gletscher zu schützen.[1][2][3]

Solares Geoengineering scheint in der Lage zu sein, einen Teil oder einen Großteil des Klimawandels zu verhindern.[4] Klimamodelle zeigen durchweg, dass es in der Lage ist, globale, regionale und lokale Temperaturen und Niederschläge näher an das vorindustrielle Niveau zu bringen. Die Hauptvorteile von Solar Geoengineering sind die Geschwindigkeit, mit der es eingesetzt und aktiv werden kann, und die Reversibilität seiner direkten Klimawirkungen. Die stratosphärische Aerosolinjektion, die am häufigsten untersuchte Methode, erscheint technisch machbar und im Hinblick auf die direkten finanziellen Kosten kostengünstig. Solares Geoengineering könnte als Antwort dienen, wenn die Auswirkungen des Klimawandels größer als erwartet sind, oder als vorübergehende, ergänzende Maßnahme, während die atmosphärischen Treibhausgaskonzentrationen durch Emissionsreduktionen und Kohlendioxidentfernung gesenkt werden. Solares Geoengineering würde die Kohlendioxidkonzentration in der Atmosphäre nicht direkt reduzieren und befasst sich daher nicht mit der Versauerung der Ozeane. Die übermäßige, schlecht verteilte oder plötzliche und anhaltende Beendigung des Solar-Geoengineerings würde ernsthafte Umweltrisiken mit sich bringen. Andere negative Auswirkungen sind möglich. Die Steuerung von Solar-Geoengineering ist aus mehreren Gründen eine Herausforderung.

Überblick[edit]

Betriebsmittel[edit]

Gemittelt über das Jahr und den Standort erhält die Erdatmosphäre 340 W/m2 der Sonneneinstrahlung von der Sonne.[5] Aufgrund erhöhter atmosphärischer Treibhausgaskonzentrationen ist die Nettodifferenz zwischen der von der Erde absorbierten Sonnenlichtmenge und der in den Weltraum zurückgestrahlten Energiemenge von 1,7 W/m² gestiegen2 1980 auf 3,1 W/m2 im Jahr 2019.[6] Dieses Ungleichgewicht – Strahlungsantrieb genannt – bedeutet, dass die Erde mehr Energie aufnimmt als sie abgibt, was zu einem Anstieg der globalen Temperaturen führt.[7] Das Ziel des solaren Geoengineerings wäre es, den Strahlungsantrieb durch die Erhöhung der Albedo (Reflexionsvermögen) der Erde zu reduzieren. Eine Zunahme der einfallenden Sonnenstrahlung um etwa 1% würde ausreichen, um den aktuellen Strahlungsantrieb und damit die globale Erwärmung zu eliminieren, während eine Zunahme der Albedo um 2% den Effekt einer Verdoppelung der atmosphärischen Kohlendioxidkonzentration in etwa halbieren würde.[8] Da jedoch die Erwärmung durch Treibhausgase und die Abkühlung durch solares Geoengineering je nach Breitengrad und Jahreszeit unterschiedlich wirken, wäre dieser Gegeneffekt unvollkommen.

Mögliche Rollen[edit]

Solares Geoengineering ist fast allgemein dazu gedacht, die Reduzierung von Treibhausgasemissionen, die Entfernung von Kohlendioxid (diese beiden zusammen werden als “Mitigation” bezeichnet) und Anpassungsbemühungen zu ergänzen und nicht zu ersetzen. Die Royal Society stellte beispielsweise in ihrem wegweisenden Bericht von 2009 fest: “Geoengineering-Methoden sind kein Ersatz für den Klimaschutz und sollten nur als Teil eines umfassenderen Pakets von Optionen zur Bekämpfung des Klimawandels betrachtet werden.”[9] Solche Aussagen sind in Solar-Geoengineering-Publikationen sehr verbreitet.

Potenzielle ergänzende Antworten auf den Klimawandel: Verringerung der Treibhausgasemissionen, Entfernung von Kohlendioxid, solares Geoengineering und Anpassung. Ursprünglich “Serviettendiagramm” genannt und von John Shepherd gezeichnet.[10]

Die Wirkungsgeschwindigkeit von Solar Geoengineering gibt ihm zwei potenzielle Rollen bei der Bewältigung von Risiken durch den Klimawandel. Erstens, wenn Abschwächung und Anpassung weiterhin unzureichend sind und/oder wenn die Auswirkungen des Klimawandels aufgrund einer unerwartet starken Klimasensitivität, Kipppunkte oder Verwundbarkeit schwerwiegend sind, könnte Solar Geoengineering diese unerwartet schwerwiegenden Auswirkungen reduzieren. Auf diese Weise würde das Wissen, Solar Geoengineering als Backup-Plan zu implementieren, als eine Art Risikostreuung oder Versicherung dienen. Zweitens könnte solares Geoengineering zusammen mit aggressiver Minderung und Anpassung implementiert werden, um “Zeit zu gewinnen”, indem die Geschwindigkeit des Klimawandels verlangsamt und/oder die schlimmsten Klimaauswirkungen beseitigt werden, bis die negativen Nettoemissionen die atmosphärischen Treibhausgaskonzentrationen reduzieren. (Siehe Zeichnung.)

Solares Geoengineering wurde als Mittel zur Stabilisierung des regionalen Klimas vorgeschlagen – wie zum Beispiel zur Begrenzung von Hitzewellen,[11] aber die Kontrolle über die geographischen Grenzen des Effekts erscheint sehr schwierig.

Geschichte[edit]

Der bahnbrechende Bericht “Restoring the Quality of Our Environment” aus dem Jahr 1965 des Science Advisory Committee des US-Präsidenten Lyndon B. Johnson warnte vor den schädlichen Auswirkungen von Kohlendioxidemissionen aus fossilen Brennstoffen und erwähnte “das bewusste Herbeiführen von Klimaveränderungen”, einschließlich der “Anhebung der Albedo”. oder Reflexionsvermögen der Erde.”[12] Bereits 1974 schlug der russische Klimatologe Mikhail Budyko vor, dass, wenn die globale Erwärmung jemals zu einer ernsthaften Bedrohung würde, ihr mit Flugzeugflügen in der Stratosphäre begegnet werden könnte, bei denen Schwefel verbrannt wird, um Aerosole herzustellen, die das Sonnenlicht wegreflektieren.[13] Zusammen mit der Kohlendioxid-Entfernung wurde das solare Geoengineering in einem Klimawandelbericht der US National Academies von 1992 gemeinsam als “Geoengineering” diskutiert.[14] Das Thema war in den klimawissenschaftlichen und klimapolitischen Gemeinschaften im Wesentlichen tabu, bis Nobelpreisträger Paul Crutzen 2006 eine einflussreiche wissenschaftliche Arbeit veröffentlichte.[15] Wichtige Berichte der Royal Society (2009)[16] und den US National Academies (2015, 2021)[17][18] gefolgt. Die Forschungsförderung weltweit bleibt mit weniger als 10 Millionen US-Dollar jährlich bescheiden.[19] Nahezu alle Forschungen zum Solar Geoengineering bestanden bisher aus Computermodellen oder Labortests,[20] und es gibt Forderungen nach mehr Forschungsförderung, da die Wissenschaft kaum verstanden wird.[21] Es sind nur wenige Outdoor-Tests und -Experimente durchgeführt worden. In den letzten Jahren hat der US-Präsidentschaftskandidat Andrew Yang die Finanzierung der Solar-Geoengineering-Forschung in seine Klimapolitik aufgenommen und deren potenzielle Nutzung als Notfalloption vorgeschlagen.[22] Große akademische Einrichtungen, darunter die Harvard University, haben mit der Erforschung des solaren Geoengineering begonnen.[23] Der Bericht der US-amerikanischen National Academy of Sciences, Engineering and Medicine von 2021 empfahl eine Anfangsinvestition in die Solar-Geoengineering-Forschung von 100 bis 200 Millionen US-Dollar über fünf Jahre.[24]

Wirksamkeits- und Wirkungsnachweise[edit]

Modellierungsnachweis der Auswirkungen von Treibhausgasen und solarem Geoengineering auf die durchschnittliche Jahrestemperatur (linke Spalte) und Niederschlag (rechte Spalte).[25] Die erste Reihe (a) enthält mäßig hohe anhaltende Treibhausgasemissionen (RCP4.5) am Ende des Jahrhunderts. Die zweite Reihe (b) ist das gleiche Emissionsszenario und die gleiche Zeit, mit solarem Geoengineering, um die globale Erwärmung auf 1,5 Grad C zu reduzieren. Die dritte Reihe (c) ist das gleiche Emissionsszenario, aber in naher Zukunft, wenn die globale Erwärmung 1,5 Grad betragen würde C, ohne Solar-Geoengineering. Die Ähnlichkeit zwischen der zweiten und dritten Reihe deutet darauf hin, dass solares Geoengineering den Klimawandel einigermaßen reduzieren könnte.

Klimamodelle weisen durchweg darauf hin, dass ein moderates solares Geoengineering wichtige Aspekte des Klimas – zum Beispiel Durchschnitts- und Extremtemperatur, Wasserverfügbarkeit, Zyklonintensität – in subregionaler Auflösung ihren vorindustriellen Werten näher bringen würde.[4] (Siehe Abbildung.)

Der Zwischenstaatliche Ausschuss für Klimaänderungen (IPCC) kam in seinem Fünften Sachstandsbericht zu folgendem Schluss:[26]

Modelle legen durchweg nahe, dass SRM im Allgemeinen die Klimaunterschiede im Vergleich zu einer Welt mit erhöhten Treibhausgaskonzentrationen und ohne SRM reduzieren würde; es gäbe jedoch auch verbleibende regionale Unterschiede im Klima (z. B. Temperatur und Niederschlag) im Vergleich zu einem Klima ohne erhöhte Treibhausgase…. Modelle legen nahe, dass SRM-Methoden, wenn sie realisierbar wären, bei steigenden Temperaturen wirksam wären und weniger, aber immer noch wirksamer, um einigen anderen Klimaänderungen entgegenzuwirken. SRM würde nicht allen Auswirkungen des Klimawandels entgegenwirken und alle vorgeschlagenen Geoengineering-Methoden bergen auch Risiken und Nebenwirkungen. Weitere Konsequenzen sind noch nicht absehbar, da der wissenschaftliche Kenntnisstand sowohl über SRM als auch CDR gering ist. Es gibt auch viele (politische, ethische und praktische) Probleme im Zusammenhang mit Geoengineering, die den Rahmen dieses Berichts sprengen würden.

Im Bericht der US-amerikanischen National Academy of Sciences, Engineering, and Medicine von 2021 heißt es: „Die verfügbaren Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass SG die Oberflächentemperaturen senken und möglicherweise einige Risiken mildern könnte, die durch den Klimawandel entstehen (z schädliche Auswirkungen von Wetterextremen).“[18]

Solares Geoengineering würde anthropogene Klimaänderungen nur unvollkommen kompensieren. Treibhausgase erwärmen sich weltweit und ganzjährig, während solares Geoengineering Licht in niedrigen Breitengraden und im hemisphärischen Sommer (aufgrund des Einfallswinkels des Sonnenlichts) effektiver und nur tagsüber reflektiert. Bereitstellungsregime könnten diese Heterogenität kompensieren, indem sie die Injektionsraten nach Breitengrad und Jahreszeit ändern und optimieren.[27][28]

Im Allgemeinen erwärmen Treibhausgase den gesamten Planeten und es wird erwartet, dass sich die Niederschlagsmuster sowohl räumlich als auch zeitlich heterogen ändern, wobei die Niederschlagsmenge insgesamt zunimmt. Modelle deuten darauf hin, dass solares Geoengineering diese beiden Veränderungen kompensieren würde, aber effektiver für die Temperatur als für den Niederschlag wäre. Daher würde der Einsatz von Solar-Geoengineering, um die globale Mitteltemperatur vollständig auf ein vorindustrielles Niveau zurückzuführen, die Niederschlagsänderungen überkorrigieren. Dies hat zu Behauptungen geführt, dass es den Planeten austrocknen oder sogar Dürre verursachen würde, aber dies würde von der Intensität (dh Strahlungsantrieb) des solaren Geoengineerings abhängen. Außerdem ist die Bodenfeuchtigkeit für Pflanzen wichtiger als der durchschnittliche Jahresniederschlag. Da solares Geoengineering die Verdunstung reduzieren würde, gleicht es Veränderungen der Bodenfeuchte genauer aus als den durchschnittlichen Jahresniederschlag.[29] Ebenso wird die Intensität tropischer Monsune durch den Klimawandel erhöht und durch solares Geoengineering verringert.[30] Eine Nettoverringerung der tropischen Monsunintensität könnte sich bei moderatem Einsatz von Solar Geoengineering manifestieren, obwohl die Auswirkungen auf Menschen und Ökosysteme bis zu einem gewissen Grad durch größere Nettoniederschläge außerhalb des Monsunsystems gemildert würden. Dies hat zu Behauptungen geführt, dass solares Geoengineering “den asiatischen und afrikanischen Sommermonsun stören würde”, aber die Auswirkungen würden von dem jeweiligen Umsetzungsregime abhängen.

Die Menschen sind vor allem wegen der Auswirkungen auf Menschen und Ökosysteme besorgt über den Klimawandel. Bei ersteren kommt der Landwirtschaft eine besondere Bedeutung zu. Eine Nettosteigerung der landwirtschaftlichen Produktivität durch erhöhte atmosphärische Kohlendioxidkonzentrationen und solares Geoengineering wurde auch von einigen Studien aufgrund der Kombination von diffuserem Licht und der Düngewirkung von Kohlendioxid vorhergesagt.[31] Andere Studien deuten darauf hin, dass solares Geoengineering nur geringe Nettoeffekte auf die Landwirtschaft haben würde.[32] Das Verständnis der Auswirkungen von Solar Geoengineering auf Ökosysteme befindet sich noch in einem frühen Stadium. Die Reduzierung des Klimawandels würde im Allgemeinen dazu beitragen, Ökosysteme zu erhalten, obwohl das resultierende diffusere einfallende Sonnenlicht das Unterholz im Vergleich zum Baumkronenwachstum begünstigen würde.

Vorteile[edit]

Solares Geoengineering hat bestimmte Vorteile in Bezug auf Emissionsreduzierungen, Anpassung und Kohlendioxidentfernung. Es könnte die Auswirkungen des Klimawandels innerhalb von Monaten nach dem Einsatz verringern,[33] in der Erwägung, dass sich die Auswirkungen von Emissionssenkungen und Kohlendioxidentzug verzögern, weil der Klimawandel, den sie verhindern, selbst verzögert wird. Es wird erwartet, dass die stratosphärische Aerosolinjektion sehr geringe direkte finanzielle Kosten für die Implementierung hat,[34] relativ zu den erwarteten Kosten sowohl des unverminderten Klimawandels als auch des aggressiven Klimaschutzes. Schließlich sind die direkten klimatischen Auswirkungen des solaren Geoengineerings innerhalb kurzer Zeiträume reversibel.[33]

Einschränkungen und Risiken[edit]

Neben der oben beschriebenen unvollkommenen Aufhebung der klimatischen Wirkung von Treibhausgasen gibt es noch weitere erhebliche Probleme beim solaren Geoengineering.

Unvollständige Lösung bei erhöhten Kohlendioxidkonzentrationen[edit]

Solares Geoengineering entfernt keine Treibhausgase aus der Atmosphäre und reduziert somit auch andere Auswirkungen dieser Gase, wie die Ozeanversauerung, nicht.[35] Kein Argument gegen Solar-Geoengineering an sich, ist dies ein Argument dagegen, sich darauf zu verlassen und die Emissionsminderung auszuschließen.

Unsicherheit[edit]

Die meisten Informationen zum solaren Geoengineering stammen aus Klimamodellen und Vulkanausbrüchen, die beide unvollkommene Analoga der stratosphärischen Aerosolinjektion sind. Die Klimamodelle, die in Folgenabschätzungen verwendet werden, sind dieselben, die Wissenschaftler verwenden, um die Auswirkungen des anthropogenen Klimawandels vorherzusagen. Einige Unsicherheiten in diesen Klimamodellen (wie Aerosolmikrophysik, Stratosphärendynamik und Sub-Grid-Scale-Mischung) sind für das solare Geoengineering besonders relevant und ein Ziel für zukünftige Forschungen.[36] Vulkane sind ein unvollkommenes Analogon, da sie das Material in der Stratosphäre in einem einzigen Impuls freisetzen, im Gegensatz zu einer anhaltenden Injektion.[37]

Wartungs- und Beendigungsschock[edit]

Die Auswirkungen des solaren Geoengineerings wären temporär, und daher würde eine langfristige Klimawiederherstellung auf einen langfristigen Einsatz angewiesen sein, bis genügend Kohlendioxid entfernt ist.[38][39] Wenn das solare Geoengineering eine signifikante Erwärmung überdecken würde, abrupt aufhörte und nicht innerhalb eines Jahres wieder aufgenommen würde, würde sich das Klima schnell erwärmen.[40] Die globalen Temperaturen würden schnell auf ein Niveau steigen, das ohne den Einsatz von Solar Geoengineering existiert hätte. Der schnelle Temperaturanstieg könnte schwerwiegendere Folgen haben als ein allmählicher Anstieg in der gleichen Größenordnung. Einige Wissenschaftler haben jedoch argumentiert, dass dieser Beendigungsschock relativ leicht zu verhindern scheint, da es im Interesse der Staaten wäre, jedes beendete Entsenderegime wieder aufzunehmen; und weil Infrastruktur und Wissen redundant und widerstandsfähig gemacht werden könnten, was es den Staaten ermöglicht, auf dieses Interesse zu reagieren und unerwünschtes solares Geoengineering schrittweise auslaufen zu lassen.[41][42]

Einige behaupten, dass Solar-Geoengineering “im Grunde nicht zu stoppen wäre”.[43][44] Dies gilt nur für eine langfristige Bereitstellungsstrategie. Eine kurzfristige, temporäre Strategie würde die Umsetzung auf Jahrzehnte beschränken.[45] Auf jeden Fall könnte das solare Geoengineering auslaufen.

Uneinigkeit und Kontrolle[edit]

Obwohl Klimamodelle des solaren Geoengineerings auf einer optimalen oder konsistenten Implementierung beruhen, sind sich die Staats- und Regierungschefs von Ländern und andere Akteure möglicherweise nicht einig, ob, wie und in welchem ​​Umfang solares Geoengineering eingesetzt wird. Dies könnte zu suboptimalen Einsätzen führen und die internationalen Spannungen verschärfen.[46]

Einige Beobachter behaupten, dass Solar-Geoengineering wahrscheinlich militarisiert oder als Waffe eingesetzt wird. Allerdings ist die Bewaffnung umstritten, da Solar-Geoengineering ungenau wäre.[47] Ungeachtet dessen trat 1978 das UN-Übereinkommen über das Verbot militärischer oder anderer feindlicher Nutzung von Umweltmodifikationstechniken in Kraft, das den Einsatz von Solar-Geoengineering mit Waffen verbieten würde.[48]

Unerwünschter oder vorzeitiger Gebrauch[edit]

Es besteht die Gefahr, dass Länder ohne angemessene Vorsichtsmaßnahmen oder Forschung mit dem Einsatz von Solar-Geoengineering beginnen. Solares Geoengineering, zumindest durch stratosphärische Aerosolinjektion, scheint im Verhältnis zu seinen potenziellen Auswirkungen geringe direkte Implementierungskosten zu haben. Dadurch entsteht eine andere Problemstruktur.[49][50] Während die Bereitstellung von Emissionsreduktionen und Kohlendioxid-Beseitigung Probleme mit kollektiven Maßnahmen darstellt (da die Gewährleistung einer niedrigeren atmosphärischen Kohlendioxidkonzentration ein öffentliches Gut ist), könnte ein einzelnes Land oder eine Handvoll Länder solares Geoengineering implementieren. Mehrere Länder könnten über die finanziellen und technischen Ressourcen verfügen, um Solar-Geoengineering durchzuführen.

David Victor schlägt vor, dass Solar-Geoengineering in Reichweite eines einsamen “Greenfingers” liegt, einer wohlhabenden Person, die es auf sich nimmt, der “selbst ernannte Beschützer des Planeten” zu sein.[51][52] Andere sind anderer Meinung und argumentieren, dass Staaten darauf bestehen werden, die Kontrolle über das solare Geoengineering zu behalten.[53]

Verteilung der Effekte[edit]

Sowohl der Klimawandel als auch das solare Geoengineering würden verschiedene Personengruppen unterschiedlich treffen. Einige Beobachter beschreiben Solar-Geoengineering als notwendigerweise „Gewinner und Verlierer“. Modelle deuten jedoch darauf hin, dass solares Geoengineering bei moderater Intensität wichtige Klimawerte fast aller Regionen der Erde näher an vorindustrielle Bedingungen bringen würde. Das heißt, wenn alle Menschen vorindustrielle Bedingungen bevorzugen, könnte eine so moderate Verwendung eine Pareto-Verbesserung sein.

Entwicklungsländer sind besonders wichtig, da sie durch den Klimawandel anfälliger sind. Bei ansonsten gleichen Bedingungen können sie daher am meisten von einem vernünftigen Einsatz von Solar Geoengineering profitieren. Beobachter behaupten manchmal, dass Solar-Geoengineering für Entwicklungsländer größere Risiken birgt. Es gibt keine Hinweise darauf, dass die unerwünschten Umweltauswirkungen des Solar-Geoengineerings in Entwicklungsländern deutlich größer wären, obwohl potenzielle Störungen des tropischen Monsuns Anlass zur Sorge geben. Aber in gewisser Hinsicht gilt diese Behauptung eines höheren Risikos aus dem gleichen Grund, aus dem sie anfälliger für den durch Treibhausgase verursachten Klimawandel sind: Entwicklungsländer haben eine schwächere Infrastruktur und Institutionen, und ihre Volkswirtschaften sind stärker von der Landwirtschaft abhängig. Sie sind daher anfälliger für alle Klimaveränderungen, sei es durch Treibhausgase oder solares Geoengineering.

Geringere Schadensbegrenzung[edit]

Die Existenz von Solar-Geoengineering kann den politischen und gesellschaftlichen Impuls zur Minderung mindern.[54] Dies wurde im Allgemeinen als potenzielles “moralisches Risiko” bezeichnet, obwohl Risikokompensation ein genauerer Begriff sein kann. Diese Sorge führt dazu, dass viele Umweltgruppen und Aktivisten zögern, Solar-Geoengineering zu befürworten oder zu diskutieren.[55] Mehrere öffentliche Meinungsumfragen und Fokusgruppen haben jedoch Beweise dafür gefunden, dass entweder der Wunsch besteht, die Emissionssenkungen angesichts des solaren Geoengineerings zu erhöhen, oder keine Wirkung zeigt.[56][57][58][59][60][61][62] Ebenso deuten einige Modellierungsarbeiten darauf hin, dass die Bedrohung durch solares Geoengineering tatsächlich die Wahrscheinlichkeit einer Emissionsreduktion erhöhen kann.[63][64][65][66]

Wirkung auf Himmel und Wolken[edit]

Die Steuerung der Sonneneinstrahlung durch Aerosole oder Wolkenbedeckung würde bedeuten, das Verhältnis zwischen direkter und indirekter Sonneneinstrahlung zu ändern. Dies würde das Pflanzenleben beeinträchtigen[67] und Sonnenenergie.[68] Sichtbares Licht, das für die Photosynthese nützlich ist, wird aufgrund des Mechanismus der Mie-Streuung proportional stärker reduziert als der Infrarotanteil des Sonnenspektrums.[69] Infolgedessen würde der Einsatz von atmosphärischem Solar-Geoengineering die Wachstumsraten von Phytoplankton, Bäumen und Nutzpflanzen um mindestens 2-5% reduzieren [70] bis zum Ende des Jahrhunderts.[71] Gleichmäßig reduzierte Netto-Kurzwellenstrahlung würde die Solar-Photovoltaik aufgrund der Bandlücke der Silizium-Photovoltaik um die gleichen >2-5% schädigen.[72]

Vorgeschlagene Formulare[edit]

Atmosphärisch[edit]

Stratosphärische Aerosolinjektion[edit]

Die Injektion von reflektierenden Aerosolen in die Stratosphäre ist die vorgeschlagene Methode des solaren Geoengineerings, die am meisten Aufmerksamkeit erregt hat. Der Zwischenstaatliche Ausschuss für Klimaänderungen kam zu dem Schluss, dass die stratosphärische Aerosolinjektion „die am besten erforschte SRM-Methode ist, mit hohe Zustimmung dass es die Erwärmung auf unter 1,5 °C begrenzen könnte.”[73] Diese Technik würde ein Abkühlungsphänomen nachahmen, das natürlich durch den Ausbruch von Vulkanen auftritt.[74] Sulfate sind das am häufigsten vorgeschlagene Aerosol, da es ein natürliches Analogon zu (und Beweisen von) Vulkanausbrüchen gibt. Alternative Materialien wie die Verwendung von photophoretischen Partikeln, Titandioxid und Diamant wurden vorgeschlagen.[75][76][77][78][79] Die Lieferung durch kundenspezifische Flugzeuge scheint am machbarsten zu sein, wobei manchmal Artillerie und Ballons diskutiert werden.[80][81][82] Die jährlichen Kosten für die Bereitstellung einer ausreichenden Menge Schwefel, um der erwarteten Erwärmung des Treibhauses entgegenzuwirken, werden auf 5 bis 10 Milliarden US-Dollar geschätzt.[83] Diese Technik könnte viel mehr als 3,7 W/m . liefern2 des global gemittelten negativen Antriebs,[84] was ausreicht, um die Erwärmung durch eine Verdoppelung des Kohlendioxids vollständig auszugleichen.

Aufhellung der Meereswolken[edit]

Es wurden verschiedene Methoden des Wolkenreflexionsvermögens vorgeschlagen, wie beispielsweise das von John Latham und Stephen Salter vorgeschlagene, das durch Sprühen von Meerwasser in die Atmosphäre funktioniert, um das Reflexionsvermögen von Wolken zu erhöhen.[85] Die durch das Spray erzeugten zusätzlichen Kondensationskeime würden die Größenverteilung der Tropfen in bestehenden Wolken verändern, um sie weißer zu machen.[86] Die Sprayer würden Flotten unbemannter Rotorschiffe, sogenannte Flettner-Schiffe, verwenden, um aus Meerwasser erzeugten Nebel in die Luft zu sprühen, um die Wolken zu verdicken und so mehr Strahlung von der Erde zu reflektieren.[87] Der Aufhellungseffekt wird durch die Verwendung sehr kleiner Wolkenkondensationskerne erzeugt, die die Wolken aufgrund des Twomey-Effekts aufhellen.

Diese Technik kann mehr als 3,7 W/m . liefern2 des global gemittelten negativen Antriebs,[84] was ausreicht, um den Erwärmungseffekt einer Verdoppelung der atmosphärischen Kohlendioxidkonzentration umzukehren.

Ausdünnung von Cirruswolken[edit]

Von natürlichen Zirruswolken wird angenommen, dass sie eine Nettoerwärmungswirkung haben. Diese könnten durch Einspritzen verschiedener Materialien dispergiert werden. Diese Methode ist streng genommen kein solares Geoengineering, da sie die ausgehende langwellige Strahlung erhöht, anstatt die eingehende kurzwellige Strahlung zu verringern. Da es jedoch einige der physikalischen und insbesondere Governance-Eigenschaften wie die anderen Solar-Geoengineering-Methoden aufweist, wird es häufig einbezogen.[88]

Verbesserung des Schwefelkreislaufs der Ozeane[edit]

Die Verbesserung des natürlichen marinen Schwefelkreislaufs durch Düngung eines kleinen Teils mit Eisen – normalerweise als Methode zur Beseitigung von Treibhausgasen angesehen – kann auch die Reflexion des Sonnenlichts erhöhen.[89][90] Eine solche Düngung, insbesondere im Südpolarmeer, würde die Dimethylsulfidproduktion und folglich das Wolkenreflexionsvermögen erhöhen. Dies könnte möglicherweise als regionales Solar-Geoengineering verwendet werden, um das Schmelzen des antarktischen Eises zu verlangsamen.[citation needed] Solche Techniken neigen auch dazu, Kohlenstoff zu sequestrieren, aber auch die Verbesserung der Wolkenalbedo scheint ein wahrscheinlicher Effekt zu sein.

Terrestrisch[edit]

Die Erhöhung des Reflexionsvermögens von Oberflächen wäre im Allgemeinen ein ineffektiver Ansatz des solaren Geoengineerings, obwohl es eine erhebliche lokale Abkühlung bewirken könnte.

Cooles Dach[edit]

Die Albedo verschiedener Dacharten

Das Streichen von Dachmaterialien in weißen oder blassen Farben, um die Sonneneinstrahlung zu reflektieren, wird in einigen Gebieten (insbesondere Kalifornien) durch die Gesetzgebung gefördert.[91] Diese Technik ist in ihrer endgültigen Wirksamkeit durch den begrenzten Oberflächenbereich begrenzt, der für die Behandlung zur Verfügung steht. Diese Technik kann zwischen 0,01 und 0,19 W/m . ergeben2 des global gemittelten negativen Antriebs, je nachdem, ob Städte oder alle Siedlungen so behandelt werden.[84] Dies ist klein im Vergleich zu den 3,7 W/m2 des positiven Antriebs durch eine Verdoppelung des atmosphärischen Kohlendioxids. Darüber hinaus kann dies in kleinen Fällen durch die einfache Auswahl verschiedener Materialien mit geringen oder keinen Kosten erreicht werden, kann jedoch bei einer Implementierung in größerem Maßstab kostspielig sein. Ein Bericht der Royal Society aus dem Jahr 2009 besagt, dass “die Gesamtkosten einer ‘Weißdachmethode’, die eine Fläche von 1% der Landoberfläche (etwa 1012 m2) würde etwa 300 Milliarden US-Dollar pro Jahr betragen, was diese Methode zu einer der am wenigsten effektiven und teuersten Methoden macht.[92] Es kann jedoch den Bedarf an Klimaanlagen reduzieren, die Kohlendioxid emittieren und zur globalen Erwärmung beitragen.

Ozean- und Eisveränderungen[edit]

Ozeanische Schäume wurden auch vorgeschlagen, bei denen mikroskopisch kleine Blasen verwendet werden, die in den oberen Schichten der photischen Zone suspendiert sind. Ein weniger kostspieliger Vorschlag besteht darin, einfach vorhandene Schiffsschleppwellen zu verlängern und aufzuhellen.[93]

Die Meereisbildung in der Arktis könnte erhöht werden, indem tiefes kühleres Wasser an die Oberfläche gepumpt wird.[1] Meereis (und terrestrisches) Eis kann durch Erhöhung der Albedo mit Silikatkugeln verdickt werden.[2] Gletscher, die ins Meer fließen, können stabilisiert werden, indem der Zufluss von warmem Wasser zum Gletscher blockiert wird.[3] Salzwasser könnte aus dem Meer gepumpt und auf den Eisschild der Westantarktis geschneit werden.[94][95]

Vegetation[edit]

Aufforstung in tropischen Gebieten hat einen kühlenden Effekt. Es wurden Veränderungen im Grünland vorgeschlagen, um die Albedo zu erhöhen.[96] Diese Technik kann 0,64 W/m . ergeben2 des global gemittelten negativen Antriebs,[84] was nicht ausreicht, um die 3,7 W/m . auszugleichen2 des positiven Antriebs durch eine Verdoppelung des Kohlendioxids, könnte aber einen geringen Beitrag leisten. Es wurde vorgeschlagen, kommerzielle Nutzpflanzen mit hoher Albedo auszuwählen oder genetisch zu modifizieren.[97] Dies hat den Vorteil, dass die Umsetzung relativ einfach ist, da die Landwirte einfach von einer Sorte zur anderen wechseln. In gemäßigten Gebieten kann es aufgrund dieser Technik zu einer Abkühlung um 1 °C kommen.[98] Diese Technik ist ein Beispiel für Bio-Geoengineering. Diese Technik kann 0,44 W/m . ergeben2 des global gemittelten negativen Antriebs,[84] was nicht ausreicht, um die 3,7 W/m . auszugleichen2 des positiven Antriebs durch eine Verdoppelung des Kohlendioxids, könnte aber einen geringen Beitrag leisten.

Weltraumbasiert[edit]

Die grundlegende Funktion einer Weltraumlinse zur Abschwächung der globalen Erwärmung. In Wirklichkeit reicht ein Objektiv mit einem Durchmesser von 1000 Kilometern aus, viel kleiner als das, was auf dem vereinfachten Bild gezeigt wird. Außerdem wäre sie als Fresnel-Linse nur wenige Millimeter dick.

Weltraumgestützte Solar-Geoengineering-Projekte werden von den meisten Kommentatoren und Wissenschaftlern als sehr teuer und technisch schwierig angesehen als anwendbar (Jahrzehnte statt Jahrhunderte) angesehen würde, würde es wahrscheinlich nicht mit anderen solaren Geoengineering-Ansätzen konkurrieren.”[99]

Mehrere Autoren haben vorgeschlagen, Licht zu zerstreuen, bevor es die Erde erreicht, indem sie ein sehr großes Beugungsgitter (dünnes Drahtgeflecht) oder eine Linse im Weltraum platzieren, möglicherweise am L1-Punkt zwischen Erde und Sonne. Die Verwendung einer Fresnel-Linse auf diese Weise wurde 1989 von JT Early vorgeschlagen,[100] und ein Beugungsgitter aus dem Jahr 1997 von Edward Teller, Lowell Wood und Roderick Hyde.[101] Im Jahr 2004 berechnete der Physiker und Science-Fiction-Autor Gregory Benford, dass eine konkave rotierende Fresnel-Linse mit einem Durchmesser von 1000 Kilometern, aber nur wenigen Millimetern Dicke, am L . im Weltraum schwebt1 Punkt, würde die Sonnenenergie, die die Erde erreicht, um ungefähr 0,5% bis 1% reduzieren. Er schätzte, dass dies rund 10 Milliarden US-Dollar im Voraus und weitere 10 Milliarden US-Dollar an unterstützenden Kosten während der Lebensdauer kosten würde.[102] Ein Thema wäre die Notwendigkeit, den Auswirkungen des Sonnenwinds entgegenzuwirken, der solche Megastrukturen aus der Position bringt. Spiegel, die um die Erde kreisen, sind eine weitere Option.[85][103]

Führung[edit]

Solares Geoengineering stellt aufgrund seiner hohen Hebelwirkung, der geringen scheinbaren direkten Kosten und der technischen Machbarkeit sowie der Macht- und Zuständigkeitsfragen mehrere Herausforderungen an die Governance.[104] Solares Geoengineering erfordert keine breite Beteiligung, obwohl dies wünschenswert sein kann. Da das Völkerrecht im Allgemeinen konsensual ist, stellt dies eine Herausforderung für die Beteiligung dar, die derjenigen der Mitigation zur Reduzierung des Klimawandels entgegengesetzt ist, wo eine umfassende Beteiligung erforderlich ist. Im Großen und Ganzen wird darüber diskutiert, wer die Kontrolle über den Einsatz von Solar-Geoengineering haben wird und unter welchem ​​Governance-Regime der Einsatz überwacht und überwacht werden kann. Ein Governance-Rahmen für das Solar-Geoengineering muss nachhaltig genug sein, um ein multilaterales Engagement über einen langen Zeitraum zu enthalten, und dennoch flexibel sein, wenn Informationen erfasst werden, sich die Techniken weiterentwickeln und sich die Interessen im Laufe der Zeit ändern.

Rechts- und Regulierungssysteme können vor einer erheblichen Herausforderung stehen, wenn es darum geht, Solar Geoengineering effektiv so zu regulieren, dass ein akzeptables Ergebnis für die Gesellschaft erzielt wird. Einige Forscher haben vorgeschlagen, dass der Aufbau einer globalen Vereinbarung über den Einsatz von Solar-Geoengineering sehr schwierig sein wird und stattdessen wahrscheinlich Stromblöcke entstehen werden.[105] Es gibt jedoch erhebliche Anreize für Staaten, bei der Wahl einer bestimmten Solar-Geoengineering-Politik zusammenzuarbeiten, was einen einseitigen Einsatz eher unwahrscheinlich macht.[106]

Im Jahr 2021 veröffentlichten die National Academies of Sciences, Engineering and Medicine ihren Konsensus-Studienbericht Empfehlungen für Solar-Geoengineering-Forschung und Forschungs-Governance, abschließend:[107]

[A] strategische Investitionen in die Forschung sind erforderlich, um das Verständnis der politischen Entscheidungsträger für die Optionen der Klimareaktion zu verbessern. Die Vereinigten Staaten sollten in Zusammenarbeit mit anderen Nationen ein transdisziplinäres Forschungsprogramm entwickeln, um das Verständnis der technischen Machbarkeit und Wirksamkeit von Solar Geoengineering, möglicher Auswirkungen auf Gesellschaft und Umwelt und sozialer Dimensionen wie öffentliche Wahrnehmung, politische und wirtschaftliche Dynamik und ethische und Eigenkapitalüberlegungen. Das Programm sollte einer soliden Forschungssteuerung unterliegen, die Elemente wie einen Verhaltenskodex für die Forschung, ein öffentliches Forschungsregister, Genehmigungssysteme für Freilandexperimente, Leitlinien zu geistigem Eigentum und integrative Verfahren zur Einbindung der Öffentlichkeit und der Interessengruppen umfasst.[107]

Öffentliche Einstellungen und Politik[edit]

Es gibt eine Handvoll Studien über Einstellungen und Meinungen zum solaren Geoengineering. Diese finden im Allgemeinen einen geringen Bekanntheitsgrad, ein Unbehagen bei der Umsetzung von Solar Geoengineering, eine vorsichtige Unterstützung der Forschung und eine Präferenz für die Reduzierung von Treibhausgasemissionen.[108][109] Wie so oft bei öffentlichen Meinungen zu neu auftretenden Themen, sind die Antworten sehr sensibel für die besondere Formulierung und den Kontext der Fragen. Obwohl die meisten öffentlichen Meinungsstudien Einwohner von Industrieländern befragt haben, finden diejenigen, die Einwohner von Entwicklungsländern untersucht haben, die tendenziell anfälliger für die Auswirkungen des Klimawandels sind, dort etwas mehr Unterstützung.[110][111][112]

Es gibt viele Kontroversen zu diesem Thema und daher ist Solar Geoengineering zu einem sehr politischen Thema geworden. Kein Land hat eine explizite Regierungsposition zum solaren Geoengineering.

Die Unterstützung der Solar-Geoengineering-Forschung kommt fast ausschließlich von denen, die sich Sorgen um den Klimawandel machen. Einige Beobachter behaupten, dass politische Konservative, Gegner von Maßnahmen zur Reduzierung des Klimawandels und Unternehmen fossiler Brennstoffe wichtige Befürworter der Solar-Geoengineering-Forschung sind.[113] Allerdings haben nur eine Handvoll Konservative und Gegner des Klimaschutzes ihre Unterstützung zum Ausdruck gebracht, und es gibt keine Beweise dafür, dass Unternehmen fossiler Brennstoffe an der Solar-Geoengineering-Forschung beteiligt sind.[114] Stattdessen werden in diesen Behauptungen oft solares Geoengineering und Kohlendioxidentfernung – wo fossile Brennstofffirmen beteiligt sind – unter dem breiteren Begriff „Geoengineering“ zusammengefasst.

Einige Umweltgruppen haben die Solar-Geoengineering-Forschung unterstützt[115][116][117] während andere dagegen sind.[118]

Wie bereits erwähnt, sind die Interessen und Rollen der Entwicklungsländer besonders wichtig.[119] Die Solar Radiation Management Governance Initiative arbeitet daran, “eine fundierte internationale Diskussion über die SRM-Forschung und ihre Governance auszuweiten und die Kapazitäten der Entwicklungsländer zu stärken, diese umstrittene Technologie zu bewerten”.[120] Es vergibt unter anderem Stipendien an Forschende im Globalen Süden.

Im Jahr 2021 waren Forscher in Harvard gezwungen, Pläne für einen Solar-Geoengineering-Test auf Eis zu legen, nachdem indigene Sámi sich gegen den Test in ihrer Heimat ausgesprochen hatten.[121][122] Obwohl der Test keine unmittelbaren atmosphärischen Experimente beinhaltet hätte, sprachen sich Mitglieder des Saami Council gegen den Mangel an Beratung und Solar-Geoengineering im weiteren Sinne aus. Auf einer vom Zentrum für internationales Umweltrecht und anderen Gruppen organisierten Podiumsdiskussion sagte die Vizepräsidentin des Saami Council, Åsa Larsson Blind: “Dies widerspricht unserer Weltanschauung, dass wir als Menschen leben und uns an die Natur anpassen sollten.”

Siehe auch[edit]

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Weiterlesen[edit]

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