Nouvelles stratégies pour ralentir le changement climatique et lutter
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Nouvelles stratégies pour ralentir le changement climatique et lutter contre le réchauffement planétaire Nouvelles idées pour refroidir Gaïa Privilégier les ponts thermiques radiatifs entre la surface de la planète et la haute atmosphère afin d’obtenir des températures plus froides à la surface de la Terre L'article open source peut être consulté librement sur: http://dx.doi.org/10.1016/j.rser.2013.12.032 Lutte contre le réchauffement de la planète par génie climatique: est-ce que le gestion du rayonnement Terrestre ou la gestion du rayonnement Solaire sont des options possibles pour lutter contre le changement du climat? TZ Ming, R. de_Richter, W. Liu, & S. Caillol. Fighting global warming by climate engineering: Is the Earth radiation management and the solar radiation management any option for fighting climate change? Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2014, 31, 792-834. Les vitres retiennent une partie des Infrarouges en provenance du sol Une partie du rayonnement de longue longueur d’onde s’échappe vers l’atmosphère Courtes longueurs d’onde du rayonnement solaire Les ondes courtes L’air chaud monte réchauffent et réchauffe la serre le sol L'effet de serre est dû au rayonnement de grande longueur d'onde (infrarouges) Image de http://ozclimatesense.com/wpcontent/uploads/2013/07/019-green-house-gases.jpg Géo-ingénierie https://fr.wikipedia.org/wi ki/G% C3%A9o-ing%C3%A9nierie Le concept actuel de géo-ingénierie concerne la manipulation délibérée du climat terrestre pour contrecarrer les effets du réchauffement climatique dû à l'émission de gaz à effet de serre. Cette idée fait suite à la crainte que les changements climatiques ne deviennent tellement importants que des effets graves soient dorénavant inévitables, ou que des mécanismes de rétroaction accélèrent les changements climatiques même si les émissions étaient drastiquement réduites. Il y a également un courant d'opinion qui encourage la géo-ingénierie car elle pourrait éviter ou retarder les difficultés et le prix d'une transition vers une économie à basses émissions de carbone. Cependant, la plupart des scientifiques, des environnementalistes et des ingénieurs qui prennent parti pour la géo-ingénierie le voient comme une mesure additionnelle requise pour stabiliser le climat, et non comme une alternative à une économie à basses émissions de carbone. Sommaire 1 Introduction 2 Les moyens 2.1 Augmentation de la quantité d'aérosols dans l'atmosphère 2.2 Du sulfate de fer pour développer le plancton 2.3 Parasol spatial 2.4 Création de puits de carbone 2.5 Géo-ingénierie saharienne 2.6 Limites morales de la géo-ingénierie 3 Notes et références 3.1 Sources 4 Annexes 4.1 Bibliographie 4.2 Articles connexes Introduction Dans un contexte de prise de conscience des phénomènes climatiques mis en jeu sur Terre, un certain nombre d'entreprises émettrices de fortes émissions polluantes, de scientifiques et hommes politiques s'interrogent sur la possibilité de sciemment les modifier au moyen de la technologie disponible aujourd'hui. Les moyens Un certain nombre de méthodes seraient disponibles pour modifier le climat et notamment pour lutter contre le changement climatique observé aujourd'hui. Augmentation de la quantité d'aérosols dans l'atmosphère À la suite de l'éruption du Mont Pinatubo en 1991, Paul Crutzen développa l'idée d'utiliser du soufre ou certains dérivés soufrés pour produire massivement des aérosols qui limiteraient l'éclairement en surface de la Terre. Une étude scientifique menée aux États-Unis a montré qu’une diminution de 1,8 % de la luminosité solaire peut suffire à compenser le réchauffement climatique qui est dû à un doublement de la quantité de dioxyde de carbone (CO2) atmosphérique. Plusieurs études montrent que, bien que la solution soit non triviale, les obstacles logistiques semblent facilement surmontables. Cette option a même été qualifiée "d'extraordinairement bon marché" par l'économiste Scott Barrett ref1. Le coût estimé entre 1 et 8 milliards de dollars par an est jugé insignifiant à l'échelle de l'économie mondiale et comparé aux investissements nécessaires pour réduire les émissions de CO2. À cause de ses implications mondiales, le déploiement de cette technologie et même les premiers tests posent de graves problèmes de gouvernance. L'absence d'autorité mondiale et les faibles coûts induits pourraient virtuellement autoriser un pays, ou un petit groupe de pays, à décider seuls du lancement d'un tel projet malgré les possibles conséquences physiques, chimiques ou climatiques qui pourraient découler de cette méthode de production d'aérosols. Si cette méthode permet certainement d'éviter un réchauffement climatique, les modèles informatiques de la stratosphère montrent qu'elle n'évite en rien un changement climatique. Même si la température moyenne de la Terre reste constante par rapport à son niveau actuel, elle peut être localement changée. Les modèles suggèrent un réchauffement des pôles et un rafraîchissement des tropiques, ainsi qu'une réduction des précipitations moyennes ref2. En fait, plus que des questions techniques, la grande question politique est de savoir qui contrôlerait ce filtre solaire ? A qui devrait-on donner la responsabilité de ce thermostat géant ? Du sulfate de fer pour développer le plancton 20 % de l’océan sont recouverts de déserts planctoniques, principalement autour de l’Antarctique, qui constituent des zones pauvres en chlorophylle et riches en nutriments. Victor Smetacek part de ce constat pour développer un projet de fertilisation de l’océan Austral. En effet, selon lui, il suffirait de déverser du sulfate de fer dans le sillage d’un tanker dans cette zone du globe pour permettre le développement d’algues planctoniques capables de stocker d’impressionnantes quantités de carbone provenant du CO2 dissous dans l’eau. D’après les calculs de M. Smetacek, cette technique permettrait de faire disparaître un milliard de tonnes de carbone par an, dès aujourd’hui, ce qui représente 15 % des émissions de gaz carbonique actuelles. Les conséquences écologiques de l'application de cette technique n'ont pas été étudiées. En 2008 lors de la conférence sur la biodiversité de Bonn les gouvernements appelèrent à un moratoire sur la fertilisation des océans. L’année suivante l’Allemagne lança une douzième injection mondiale de particules de fer ref3. Celle-ci déboucha sur un désastre scientifique ce qui contribua à renforcer le moratoire. À la convention de Londres le moratoire fut confirmé. Une variante consisterait à tapisser le sol des océans de calcaire pour éviter une trop grande variation du pH de l'eau, synonyme de destruction des coraux et de l'écosystème marin. Les océans éviteraient ainsi l'acidification et seraient à même de continuer à capturer le CO2 ref4. Parasol spatial Pour contrer le réchauffement climatique, on pourrait envoyer dans l’espace, à 1,5 million de kilomètres de la Terre, 1 600 milliards d’écrans de 60 cm de diamètre, pesant chacun 1 gramme. Ceux-ci ne dévieraient alors qu’une partie des rayons solaires avant qu’ils n’atteignent la Terre. L’instigateur de ce projet est le professeur Roger Angel, soutenu par la NASA. Ce bouclier spatial permettrait d’atténuer les rayons du Soleil et donc de diminuer la température de la Terre. Pour le professeur, il n’est pas question de construire une structure complexe dans l’espace ou d’utiliser la Lune comme base d’assemblage et de lancement. En effet, l’idée consiste à déployer dans l’espace une multitude de petits écrans indépendants les uns des autres, très légers et munis d’un système de positionnement. Création de puits de carbone L'idée est de stocker le CO2 sous une forme évitant sa fuite dans l'atmosphère ref5. La création de puits de carbone peut se faire selon différents moyens. Une solution apparemment simple pour stocker du carbone serait de planter des arbres. Cependant cette technique suggère deux éléments difficiles à mettre en œuvre : couper systématiquement tout arbre ayant terminé sa croissance, car au-delà la respiration et l'absorption équilibrent le bilan carbone de la plante. trouver une manière de stocker le bois sans que celui-ci soit brûlé (CO2) ou livré à la décomposition (dégagement de CO2 et de CH4) ref6. Géo-ingénierie saharienne La désertification, qui affecte le quotidien de deux milliards de personnes, est-elle réversible ? Le Sahara, qui couvre presque un tiers de l'Afrique, est le plus vaste désert aride du monde. La Grande barrière verte trans-saharienne est-ouest : 7000 km de long, 15 km de large, à travers 11 pays, est conçue pour stopper la désertification du Sahel. Le projet Roudaire-Lesseps, peut être amélioré, avec de puissantes pompes pour remplir le Chott El-Djérid : inondation d'environ 8000 km² de zones dépressives, à l'ouest du golfe de Gabès. Cela permettrait la création de très vastes zones d'évaporation, pour plus de précipitations alentours, y compris la rosée. De plus les quantités d'eau utilisées contribueraient à lutter contr e la montée des eaux océaniques. Les dépressions de Qattara ont une superficie de 2000 à 3000 km2 et la plus proche est à une quarantaine de km de la Méditerranée... Sahara Center City est un projet de ville nouvelle à vocation internationale et serait un élément déterminant en faveur d'un ré-équilibrage géopolitique. Ces éléments de solution multi-factorielle pourraient aisément être financés par une taxe Tobin de 1 % . Limites morales de la géo-ingénierie Articles détaillés : Ethos de la science et Sociologie des sciences. De nombreux chercheurs et associations (Etc group - Canada) s'élèvent contre le développement de la géo-ingénierie. Cette question de l'aléa moral (effet pervers induit par les changements scientifiques) a été soulevée par le canadien David Keith ref7 et par Martin Bunzl ref8. De leur point de vue, au lieu de tenter de corriger leurs erreurs en réduisant les émissions de gaz à effet de serre, la géo-ingénierie s'apparenterait à une fuite en avant : la technologie de demain est censée résoudre les désordres engendrés par la technologie d'hier. Au-delà de l'aspect moral, ces critiques mettent en avant l'absence de connaissance des effets secondaires de la géo-ingénierie, étant donnée la complexité du système climatique. Notes et références ↑ http://ideas.repec.org/a/kap/enreec/v39y2008i1p45-54.html [archive] ↑ The Economist, http://www.economis t.com/node/17414216 [archive] ↑ Alternatives sud, p. 165 [archive] ↑ Les 7 projets de géo-ingénierie dont on parle, 24 mars 2010 [archive] ↑ "Réparer la planète : La révolution de l'économie positive - Prix du Livre Environnement 2008" de Maximilien Rouer et Anne Gouyon - Éditeur : Jean-Claude Lattès et BeCitizen (coédition) (2007) ↑ Géo-ingénierie, l’ultime recours ? : Que propose-t-on de faire ? [archive] ↑ DOI:10.1038/463426a [archive] ↑ DOI:10.1088/1748-9326/4/4/045104 [archive] Sources S&V hors série n°240 pages 158 à 162 S&V n° 1071, pages 56 à 67 http://www.globalresearc h.ca/index.php?context= va&aid=1120 http://www.lefigaro.fr/sci ences/20061028.FIG000000624_poll uer_davantage_pour_contrer _le_rec hauffement.html http://www.lemonde.fr/web/artic le/0,1-0@2-3244,36-818555@51-816848,0.html http://www.chemtrails-fr ance.com/geoingenierie/index.htm http://www.planetenonviolence.org/Notre-Planete-Ter re-Bientot-Cli matisee-Joelle-Penoc het_a1157.html http://www.savegaia.fr/fl owers war/Sahara.html Bibliographie Scénarios d'avenir, futurs possibles du climat et de la technologie par Valéry Laramée de Tannenberg et Bertrand Guillaume, Editions Armand Colin, 2012. Alternatives Sud, Economie verte : marchandiser la planète pour la sauver ?, Volume 20-2013/1, Éditions Syllepse, 2013 Clive Hamilton, Les apprentis sorciers du climat, collection Anthropocène, Éditions du Seuil, 2013, (ISBN 9782021120264) http://www.les-crises.fr/climat-1-gaz-a-effet-de-serre/ Rayonnement solaire => lumière visible Effet de serre => rayonnement IR Le rayonnement solaire que reçoit la Terre est composé d'ondes électromagnétiques dont la longueur d'onde est courte (inférieure à 4 µm et majoritairement située dans le domaine visible). Une partie (environ 30%) est réfléchie vers l'espace par l'atmosphère et par la surface. Le reste (environ 70%) est absorbé en partie par l'atmosphère (23%) et en partie par la surface (sol et océans) (47%) qui sont ainsi chauffés. Cette énergie absorbée est réémise sous forme d'un rayonnement électromagnétique de grande longueur d'onde (supérieure à 4 µm), c'est-à-dire dans l'infrarouge dit 'thermique'. En moyenne, la Terre est en équilibre thermique (elle ne se refroidit ni ne se réchauffe), elle émet donc, dans l'infrarouge thermique, vers l'espace une énergie égale à celle qu'elle a absorbée. http://www-loa.univ-lille1.fr/Campagnes/banquise/ess.htm http://energiesolaire.wordpress.com/interets-de-lenergie-solaire/ La géo-ingénierie climatique cible la gestion du rayonnement solaire (courtes longueurs d’onde) Source http://www.ac-nancy-metz.fr/enseign/svt/program/fichacti/fich2/effet-serre/effet-serre.htm La gestion de la convection atmosphérique et la gestion du rayonnement terrestre ciblent les IR (longues longueurs d’onde) Longueur d’onde courte ou longue du rayonnement Image from http://www.3m.co.uk/intl/uk/3mworldly-wise/carbon-footprint-greenhouse-effect-p2.htm Les gaz a effet de serre GES absorbent très bien les longues longueurs d’onde (IR thermiques) et se réchauffent. Les GES de l’atmosphère réémettent ensuite cette chaleur (IR) dans toutes les directions, de sorte qu’une partie du rayonnement descend vers la surface de la terre et l’autre partie s’en va vers l’espace. Au bilan une partie de la chaleur n’a pas quitté la terre et celle-ci se réchauffe par «effet de serre». Dans une serre de type agricole, en fait les vitrages ne réémettent pas beaucoup d’IR vers l’intérieur, l’effet de serre est surtout du au fait que les parois empêchent l’air chaud de s’échapper à l’extérieur et limitent la convection. Sur terre la convection a bien lieu mais l’effet de serre accroit la radiation IR. Nous proposons la gestion de la convection atmosphérique (ACM) et la gestion de la radiation terrestre (ERM) de manière à augmenter la quantité de rayonnement de longue longueur d’onde vers l’espace. Isolant thermique Image from http://tiki.oneworld.net/global_warming/climate3.html Dans un immeuble ou une maison les nombreuses interruptions de l'isolation par les éléments de charpente, les fenêtres ou les étages agissent comme des "ponts thermiques" directs entre l'intérieur et l'extérieur. Pour mieux isoler un bâtiment il fait non seulement empêcher la convection de l’air sous le toit, mais également éliminer les ponts thermiques, si possible par une couche continue et ininterrompue d'isolation. Les GES de la troposphère agissent sur la Terre comme une "isolation continue". L'augmentation de la concentration de GES dans l'atmosphère agit comme un isolant qui empêche les ponts thermiques et comme si on remplaçait du simple vitrage par du double, puis du triple… Image du WWF Norvège http://vimeo.com/40078998 Ponts thermiques Photo de Dryvit Systems, Inc. et The Dow Chemical Company Les ponts thermiques se situent généralement aux points de raccord des différentes parties de la construction : nez de planchers, linteaux audessus des ouvertures, nez de refends ou de cloisons en cas d’isolation par l’intérieur… Un pont thermique est une zone ponctuelle ou linéaire de la construction où la barrière isolante est rompue de manière non souhaitée et présente une variation non voulue de résistance thermique (par conduction). La chaleur peut donc s'échapper facilement à ces endroits (par rayonnement IR). Les ponts thermiques représentent en France plus de 40% des déperditions des bâtiments. http://fr.wikipedia.org/wiki/Pont_thermique Afin de lutter contre le réchauffement climatique, nous devons «refroidir la planète».Nous proposons de rompre volontairement la barrière isolante en créant des «raccourcis thermiques» entre la surface terrestre et l’espace extraatmosphérique afin d’accroitre les pertes de chaleur. Nous proposons pour cela deux stratégies que nous dénommons gestion radiative de la terre ERM (Earth Radiation Management) et gestion de la convection atmosphérique ACM. Concepts de gestion de la convection atmosphérique et de gestion du rayonnement Terrestre Si on prend l'exemple d'une maison où d’un immeuble, pour avoir une bonne isolation thermique, une épaisse couche d'isolant est nécessaire sous la toiture (pour empêcher la convection de l’air), mais il est également nécessaire d'éviter les ponts thermiques (qui agissent par un processus de conduction). Dans le cas de la Terre, c'est le contraire qui est nécessaire ! Les gaz a effet de serre GES agissent comme de très bons isolants qui empêchent la chaleur terrestre de s'échapper de l'atmosphère vers l'espace extraatmosphérique. Notre planète Gaïa subit le réchauffement climatique car l'isolation produite par les GES est très efficace et trop performante (processus de radiation). Une solution pour refroidir la planète est de créer des «raccourcis thermiques» ou des «ponts thermiques radiatifs» ainsi que des « accélérateurs de mouvements convectifs » entre la surface et la haute atmosphère, afin de permettre aux IR dits thermiques d’être évacués de la Terre vers l'espace. La ACM ou l'amélioration de la convection atmosphérique en augmentant la convection naturelle (par les vortex atmosphériques ou tornades artificielles, par les cheminées solaires à air chaud ascendant, par les tours d'énergie à air froid descendant, etc.) permet d’augmenter la quantité de chaleur transférée de la surface de Gaïa en haute altitude, puis vers l’espace. La ERM ou gestion radiative de la Terre en augmentant le rayonnement de chaleur sortante (par la fenêtre atmosphérique au moyen du refroidissement radiatif nocturne par ciel clair, ainsi qu’au moyen de thermosiphons ou caloducs, ...) vise à transférer directement la chaleur de la surface terrestre vers l'espace. ERM et ACM sont différents de SRM Les réacteurs météorologiques (MR) décrits dans http://www.tour-solaire.fr/ peuvent fournir les «raccourcis thermiques radiatifs» nécessaires et accroître les mouvements convectifs qui transfèrent la chaleur de la surface de la Terre à la haute atmosphère. Ils permettent au rayonnement thermique infrarouge (ondes longues) terrestre de s'échapper plus facilement vers l’espace, et donnent les moyens aux humains d'effectuer de la ACM et de la ERM. La Géo-ingénierie propose la gestion du rayonnement solaire SRM pour empêcher la lumière du soleil (ondes courtes), d'atteindre la surface de la Terre et agit par effet parasol. Les stratégies de SRM font partie des propositions d’ingénierie climatique visant à intervenir dans le système climatique en modifiant délibérément l'équilibre énergétique de la Terre. La SRM vise à diminuer l'ampleur du changement climatique en réduisant artificiellement la température de la planète. La SRM réduit le rayonnement solaire net entrant reçu par la planète en réfléchissant la lumière du soleil, ou en augmentant la réflectivité (albédo) de l'atmosphère, des nuages, des océans, ou de la surface de la Terre… sans diminuer les émissions de CO2. Pas de chemtrails – pas de géo-ingénierie par aérosols stratosphériques Bilan radiatif annuel moyen de la Terre Les flèches représentent les flux énergétiques en proportion de leurs intensités. Dans le domaine des « ondes longues », le rayonnement émis par la surface (396 W • m–2) est, en partie, transmis directement au sommet de l’atmosphère sans être absorbé au passage (soit 40 W • m–2). Le reste est absorbé par l’atmosphère et les nuages. Une partie du rayonnement « ondes longues » est ainsi émise vers l’espace par l’atmosphère (169 W • m–2) et par les nuages (30 W • m–2). Ce bilan « ondes longues » vient pratiquement équilibrer le bilan du rayonnement « ondes courtes » qui résulte de la différence entre ce qui est reçu du Soleil (341 W • m–2) et ce qui est réfléchi (102 W • m– 2). Au final, l’équilibre entre ces deux bilans peut s’écrire : 40+169+30=341-102=239. Bilan radiatif moyen de la Terre pour la période mars 2000 - mars 2004 (en W • m–2). D’après Trenberth et al. (2009). Adaptation graphique : Elsa Godet. Extrait de : Jeandel C. et R. Mosseri (dir.), Le Climat à découvert, Paris, CNRS Éditions, 2011, p. 47. https://www.ipsl.fr/Pour-tous/Foire-aux-questions-sur-le-climat/Le-bilan-radiatif-de-la-Terre Cibles pour ERM, ACM et SRM Bilan énergétique planétaire et bilan radiatif régional Le bilan énergétique planétaire est constitué de l’équilibre radiatif entre flux solaire incident et flux infrarouge émis, complété part les échanges de chaleur depuis les surface vers l’atmosphère grâce à la nature convective. Le bilan énergétique planétaire est équilibré, ce qui n’est pas le cas du bilan radiatif régional qui fait apparaître des zones excédentaires en énergie (Tropiques, hémisphère d’été) et des zones déficitaires en énergie (hautes latitudes, hémisphère d’hiver). Les Fluides terrestres (air et eau) prennent en charge le transport d’énergie nécessaire à l’équilibrage du bilan énergétique régional. Le rôle des circulations des océans et de l’atmosphère est de transporter de l’énergie des zones excédentaires vers les zones déficitaires. Le rayonnement solaire incident de courte longueur d’onde est ciblé par la gestion du rayonnement solaire SRM («Solar Radiation Management» également dénommé «Sunlight Reflection Methods» ou «méthodes de réflexion solaire») Toutes les sources (tous les types) de rayonnements de grande longueur d'onde quittant la terre sont ciblés par la gestion de la convection atmosphérique ACM (atmospheric convection management) et la gestion du rayonnement terrestre ERM (Earth radiation management) Image de https://proxy.reeds.uvsq.fr/broceliande/?q=node/1711/1765/grain Gestion du rayonnement solaire (SRM) La SRM vise le rayonnement solaire incident à ondes courtes. Mais bloquer la lumière du soleil n’aidera pas les humains à arrêter d’injecter des milliards de tonnes de CO2 dans l'atmosphère La SRM agit par effet parasol Image de la revue MIT technology http://www.technologyreview.com/review/522676/the-geopolitics-of-geoengineering/ La gestion du rayonnement Terrestre agit en augmentant le flux sortant d’Infrarouges vers l’Espace Image de http://gartroquisa.blogspot.fr/2012/03/leffet-de-serre.html Parmi nos propositions pour gérer les ondes longues cibler la fenêtre atmosphérique 8-12 µm faciliter les « raccourcis thermiques » entre la surface terrestre et la haute atmosphère diminuer la couverture nuageuse par les cumulus, … … et pour gérer la convection atmosphérique produire des courants thermiques ascendants créer des courants d'air froid descendants augmenter le transfert en altitude de chaleur latente de surface produire plus de glace, … Quelques exemples de ACM et de ERM Les Réacteurs Météorologiques permettent simultanément d’accroître le rayonnement sortant d’IR, de refroidir la surface de la Terre et de produire la totalité des besoins mondiaux en électricité de-carbonée 21 énergies renouvelables insolites pour le 21ème siècle Auteurs : Denis Bonnelle, Renaud de Richter Editions Ellipses, 176 pages, ISBN : 9782729854072 Conclusion: en remplaçant progressivement les centrales thermiques à combustibles fossiles, les « énergies renouvelables insolites » peuvent produire de l'électricité sans émissions de CO2 et sont donc en mesure de réduire le réchauffement climatique, de refroidir la planète, de stopper l'élévation du niveau de la mer, d’arrêter l'acidification des océans... Diversification du portefeuille énergétique Les « énergies renouvelables insolites » de la famille des réacteurs météorologiques comprend un ensemble de processus alternatifs de production d'énergie verte et propre. Elles enrichissent la gamme des énergies renouvelables dé-carbonisées et permettent d’élargir le portefeuille pour le mix énergétique futur. Les réacteurs météorologiques comprennent de nombreuses technologies innovantes de pointe qui peuvent augmenter la production d'électricité à partir de sources renouvelables et ainsi de créer un portefeuille de sources d'énergie plus diversifiées et durables. En transférant la chaleur de la surface terrestre en haute altitude, les réacteurs météorologiques augmentent le flux du rayonnement à ondes longues sortant, refroidissant ainsi la surface de la planète et en même temps ils fournissent progressivement aux humains tous leurs besoins énergétiques, tout en dé-carbonisant le secteur de l'énergie. Carbon Dioxide Removal (CDR) or Carbon Geoengineering Extra slides Diapositives additionnelles The concepts of Atmospheric Convection Management and Earth Radiation Management GHGs act as very good insulators that prevent heat to escape from the planet atmosphere to the outer space. Taking the example of a house/building: to have a good insulation, a thick insulator layer is indeed needed (to prevent convection), but it is also necessary to prevent thermal bridges (conduction process). In the case of the Earth, it is the contrary that is needed! Gaïa experiences global warming because the insulation provided by GHGs is too good and too powerful. A solution to cool down the planet can be to create “IR thermal shortcuts” or “radiative thermal bridges”, and “enhance convective movements” between the surface and altitude in order to allow the IR to be evacuated out to space. Atmospheric convection enhancement (i.e. increasing natural convection by atmospheric vortex engines, solar chimneys, energy towers, …) increases the amount of heat transferred from surface to outer space. Earth Radiation management (i.e. increasing outgoing thermal heat radiation by clear sky cooling by the atmospheric window, heat pipe thermosyphons, …) aims to transfer heat from surface to outer space. Geoengineering Solar Radiation Management prevents incoming solar radiation from reaching the Earth surface by modifying the albedo. SRM Targets ERM Targets CDR & GHGR Targets ≠ CCS ACM Targets Solar radiation management SRM and Carbon dioxide removal CDR are considered Geoengineering. CDR is complementary from Carbon capture and sequestration CCS. Greenhouse gas removal GHGR targets the other GHGs (CH4, N2O, CFCs, etc.). SRM targets short wave radiation. Earth radiation management ERM targets long wave radiation. Atmospheric convection management ACM aims to enhance natural atmospheric convection processes… Like ERM, as a result, ACM increases heat release to the outer space and cools the Earth Solar radiation management From Wikipedia, the free encyclopedia http://en.wikipedia.org/wi ki/Solar_radiation_management Removing trees from snowy landscapes can help reflect more sunlight into space[1] Solar radiation management[2] (SRM) projects are a largely theoretical type of geoengineering which seek to reflect sunlight and thus reduce global warming.[3] Proposed examples include the creation of stratospheric sulfur aerosols. They would not reduce greenhouse gas concentrations in the atmosphere, and thus do not address problems such as ocean acidification caused by these gases. Their principal advantages as an approach to geoengineering is the speed with which they can be deployed and become fully active, as well as their low financial cost. By comparison, other geoengineering techniques based on greenhouse gas remediation, such as ocean iron fertilization, need to sequester the anthropogenic carbon excess before they can arrest global warming. Solar radiation management projects can therefore be used as a geoengineering 'quick fix' while levels of greenhouse gases can be brought under control by greenhouse gas remediation techniques. A study by Lenton and Vaughan suggest that marine cloud brightening and stratospheric sulfur aerosols are each capable of reversing the warming effect of a doubling of the level of CO2 in the atmosphere (when compared to pre-industrial levels).[4] Contents 1 Background 2 Limitations 3 Atmospheric projects 3.1 Stratospheric aerosols 3.2 Cloud whitening / marine cloud brightening / cloud reflectivity enhancement 3.3 Ocean sulfur cycle enhancement 3.4 Reflective balloons 3.5 Cloud seeding 4 Terrestrial albedo modification 4.1 Cool roof 4.2 Reflective sheeting 4.3 Ocean changes 5 Farming, forestry, and land management 5.1 Forestry 5.2 Grassland management 5.3 High-albedo crop varieties 6 Space projects 6.1 Space mirrors 6.2 Moon dust 6.3 Dispersive solutions 7 Public attitudes 8 See also 9 References 10 Further reading Background The phenomenon of global dimming is widely known, and is not necessarily a geoengineering technique. It occurs in normal conditions, due to aerosols caused by pollution, or caused naturally as a result of volcanoes and major forest fires. However, its deliberate manipulation is a tool of the geoengineer. The majority of recent global dimming has been in the troposphere, except that resulting from volcanos, which affect mainly the stratosphere. By intentionally changing the Earth's albedo, or reflectivity, scientists propose that we could reflect more heat back out into space, or intercept sunlight before it reaches the Earth through a literal shade built in space. A 0.5% albedo increase would roughly halve the effect of CO2 doubling.[5] These geoengineering projects have been proposed in order to reduce global warming. The effect of rising greenhouse gas concentrations in the atmosphere on global climate is a warming effect on the planet. By modifying the albedo (whiteness) of the Earth's surface, or by preventing sunlight reaching the Earth by using a solar shade, this warming effect can be cancelled out — although the cancellation is imperfect, with regional discrepancies remaining.[6] The applicability of many techniques listed here has not been comprehensively tested. Even if the effects in computer simulation models or of small-scale interventions are known, there may be cumulative problems such as ozone depletion, which only become apparent from large scale experiments.[7] Various small-scale experiments have been carried out on techniques such as cloud seeding, increasing the volume of stratospheric sulfur aerosols and implementing cool roof technology. As early as 1974, Russian expert Mikhail Budyko suggested that if global warming became a problem, we could cool down the planet by burning sulfur in the stratosphere, which would create a haze. Paul Crutzen suggests that this would cost 25 to 50 billion dollars per year. It would, however, increase the environmental problem of acid rain.[8][9][10] However, this is now believed to be a minor side effect.[11] A preliminary study by Edward Teller and others in 1997 presented the pros and cons of various relatively "low-tech" proposals to mitigate global warming through scattering/reflecting sunlight away from the Earth via insertion of various materials in the upper stratosphere, low earth orbit, and L1 locations.[12] Limitations As well as the imperfect cancellation of the effect of greenhouse gases on global warming, there are other significant problems with solar radiation management as a form of geoengineering not least of these are effects on the global hydrological cycle[13][14] and the inability of such techniques to reduce ocean acidification. Particular to solar radiation management, a risk of abrupt cessation exists. If SRM were to abruptly stop, the climate would rapidly warm.[15] This would cause a sudden rise in global temperatures towards levels which would have existed without the use of the geoengineering technique. The rapid rise in temperature may lead to more severe consequences than a gradual rise of the same magnitude.[15] SRM has been suggested to control regional climate,[16] but precise control over the geographical boundaries of the effect is not possible. Atmospheric projects These projects seek to modify the atmosphere, either by enhancing natural processes such as the sulfur cycle, or by using artificial techniques such as reflective balloons. Stratospheric aerosols Stratospheric Particle Injection for Climate Engineering Main article: Stratospheric sulfate aerosols (geoengineering) See also: Stratospheric Particle Injection for Climate Engineering Methods based on increasing the aerosol content in the lower stratosphere for climate modification were proposed by a Russian scientist, Budyko.[17] Stratospheric sulfur aerosols: proposed by Paul Crutzen,[9] with the purpose to modify the Earth's albedo with reflective or absorptive materials spread over portions of its surface. This would typically be achieved using hydrogen sulfide or sulfur dioxide, delivered using artillery, aircraft (such as the high-flying F15-C) or balloons.[9][18][19][20] [21] (Alternative approaches using photophoretic particles have been proposed.[22]) Ozone depletion is a risk of such techniques,[23] but only if high enough quantities of aerosols drift to, or are deposited in, polar stratospheric clouds before the levels of CFCs and other ozone destroying gases fall naturally to safe levels because CFCs can settle on larger sulfate particles, increasing their ozone destroying potential.[24] This proposal, not unlike the others, carries with it considerable risks, including increased drought[25] or acid rain.[26] Broadly speaking, this technique is seen as a credible geoengineering scheme, although not one without major risks, and challenges for its implementation. This technique can give >3.7W/m2 of globally averaged negative forcing,[4] which is sufficient to entirely offset the warming caused by a doubling of CO2. Sulfate is the most commonly proposed aerosol for geoengineering, since there is a good natural analogue with volcanic eruptions. Explosive eruptions inject large amounts of sulfur dioxide gas into the stratosphere, which form sulfate aerosol. Studies of the Earth's climate have shown that such aerosol can achieve significant cooling. Sulfate aerosols have been shown to enhance ozone depletion. However, other aerosol types may be more efficient at cooling the climate or less damaging to the ozone layer. Such aerosols include the highly reflective titanium dioxide. United States Patent 5003186 suggested that tiny metal flakes could be "added to the fuel of jet airliners, so that the particles would be emitted from the jet engine exhaust while the airliner was at its cruising altitude." Alternative proposals, not known to have been published in peer-reviewed journals, include the addition of silicon compounds to jet fuel to make silicon dioxide particles in the exhaust.[27] A more sophisticated approach, using multi-layered nanoparticles (consisting of aluminum and barium titanate), was published by David Keith in 2010. He suggests utilizing the effects of photophoresis to increase the amount of time the aerosols stay airborne.[28] David Keith has also developed an experiment involving the release of sun-reflecting sulphate from a balloon more than 80,000 feet above Fort Sumner in New Mexico to replicate the cooling effects of volcanoes.[29] Alleged secret experiments with aircraft exhaust modification are one version of the Chemtrail conspiracy theory.[30] In 1992, a report by the US National Academy of Sciences (NAS)[31] on geoengineering noted that dust is a better choice compared to sulphur, because dust is from natural soil and so should have no noticeable effect on the ground as it gradually falls into the troposphere and rains out. It estimated that about 1010 kg dust would be required to mitigate the warming from a doubling of atmospheric CO2 or about 1 kg dust per 100 t of carbon emissions. [32] An example of the effects of the imposition of aerosol particles in the atmosphere can be found in history. Comets have been blamed for the dramatic but brief cooling period which commenced in 1159 BCE, and resulted in widespread disruption to civilisations at the time.[33] However, this mechanism, and even the involvement of a comet, is not universally accepted. If a comet was indeed to blame, the action of its aerosols could also have been by the mechanism of cloud condensation nuclei. Other examples of climate change events linked to comets include the famines around 536 CE.[34] Cloud whitening / marine cloud brightening / cloud reflectivity enhancement Rotor ship Buckau - modern versions of such ships could spray seawater into the air to create clouds, shielding the earth from the sun. Main article: cloud reflectivity enhancement Various schemes have been suggested,[35][36][37] such as that proposed by John Latham and Stephen Salter,[38][39] which works by spraying seawater in the atmosphere to increase the reflectiveness of clouds.[19] The extra condensation nuclei created by the spray will change the size distribution of the drops in existing clouds to make them whiter.[40] The sprayers would use fleets of unmanned Rotor ships known as Flettner vessels to spray mist created from seawater into the air to thicken clouds and thus reflect more radiation from the Earth.[35][41] The whitening effect is created by using very small cloud condensation nuclei, which whiten the clouds due to the Twomey effect. This technique can give >3.7W/m2 of globally averaged negative forcing,[4][41] which is sufficient to reverse the warming effect of a doubling of CO2. Ocean sulfur cycle enhancement Main articles: cloud reflectivity enhancement and sulfur cycle Enhancing the natural sulfur cycle in the Southern Ocean[42] ocean by fertilizing a small portion with iron in order to enhance dimethyl sulfide production and cloud reflectivity. The goal is to slow Antarctic ice from melting and raising sea level.[43][44] Such techniques also tend to sequester carbon, but in this specific project the enhancement of cloud albedo was both the desired outcome and measured result.[21] An alternative technique proposes the vertical mixing of ocean water, to bring deep-water nutrients to surface plankton.[45][46] This technique can give only 0.016W/m2 of globally averaged negative forcing, which is essentially insignificant for geoengineering purposes.[4] Reflective balloons Placing billions of aluminized, hydrogen-filled balloons in the stratosphere has been suggested to provide a reflective screen.[12][40][47][48] These reflectors would be placed at a high enough altitude so that they do not interfere with air traffic. The cost estimate is about 20 times as much as the distribution of dust in the stratosphere,[31] making these schemes economically nonviable. The large number of reflectors and the trash problem posed by their fall make the system unattractive. Cloud seeding Main article: Cloud Seeding Cloud seeding has been proposed using various methods to distribute the cloud-seeding materials, including airliners[49] and ships or power plants.[50] Reck (1978) studied the effect of increases in cloud cover and, using a radiative-convecti ve atmospheric model, found that a 4 to 5 percent increase in low-level cloud cover would be sufficient to offset the warming predicted from a doubling of preindustrial CO2. This value is in reasonable agreement with Randall et al. (1984), who estimated that a 4 percent increase was required in the amount of marine stratocumulus, which comprises the bulk of the low clouds on a global basis."[40] Terrestrial albedo modification Cool roof The albedo of several types of roofs Main article: cool roof Painting roof materials in white or pale colours to reflect solar radiation, known as 'cool roof' technology, and encouraged by legislation in some areas (notably California).[51] This is a benign technique,[52] although limited in its ultimate effectiveness by the costrained surface area available for treatment. This technique can give between 0.01-0.19W/m2 of globally averaged negative forcing, depending on whether cities or all settlements are so treated.[4] This is generally insignificant when compar ed to the 3.7W/m2 of positive forcing from a doubling of CO2. However, in many cases it can be achieved at little or no cost by simply selecting different materials. Further, it can reduce the need for air conditioning, which causes CO2 emissions which worsen global warming. Reflective sheeting Adding reflective plastic sheets covering 67,000 square miles (170,000 km2) of desert every year between 2010 and 2070 to reflect the Sun’s energy.[53][54] This technique can give globally averaged 1.74W/m2 of negative forcing,[4] which is insufficient to offset the 3.7W/m2 of positive forcing from a doubling of CO2, but is still a very significant contribution and is sufficient to offset the current level of warming (approx. 1.7W/m2). However, the effect would be strongly regional, and would not be ideal for controlling Arctic shrinkage, which is one of the most significant problems resulting from global warming. Furthermore, the total area required during 2010-70 is larger than all non-polar deserts combined. Ocean changes An early geoengineering idea was to use pale coloured floating litter within certain stable oceanic gyres.[55] This litter would tend to group into large and stable areas, such as the Great Pacific Garbage Patch.[56] Oceanic foams have also been suggested,[57] using microscopic bubbles suspended in the upper layers of the photic zone. Farming, forestry, and land management Forestry Reforestation in tropical areas has a cooling effect. Deforestation of high-latitude and high-altitude forests exposes snow and this increases albedo.[1] Grassland management Changes to grassland have been proposed to increase albedo.[58] This technique can give 0.64W/m2 of globally averaged negative forcing,[4] which is insufficient to offset the 3.7W/m2 of positive forcing from a doubling of CO2, but could make a minor contribution towards it. High-albedo crop varieties Selecting or genetically modifying commercial crops with high albedo has been suggested.[59] This has the advantage of being relatively simple to implement, with farmers simply switching from one variety to another. Temperate areas may experience a 1°C cooling as a result of this technique.[60] This technique is an example of bio-geoengineering. This technique can give 0.44W/m2 of globally averaged negative forcing,[4] which is insufficient to offset the 3.7W/m2 of positive forcing from a doubling of CO2, but could make a minor contribution towards it. Space projects Main article: Space sunshade Space-based geoengineering projects are seen by many commentators and scientists as being far-fetched at present.[55] Space mirrors Mirrors in space: proposed by Roger Angel with the purpose to deflect a percentage of solar sunlight into space, using mirrors orbiting around the Earth.[19][61] Moon dust Mining moon dust to create a shielding cloud was proposed by Curtis Struck at Iowa State University in Ames [62][63][64] Dispersive solutions The basic function of a space lens to mitigate global warming. In reality, a 1000 kilometre diameter lens is enough, much smaller than what is shown in the simplified image. In addition, as a Fresnel lens it would only be a few millimeters thick. Several authors have proposed dispersing light before it reaches the Earth by putting a very large diffraction grating (thin wire mesh) or lens in space, perhaps at the L1 point between the Earth and the Sun. Using a Fresnel lens in this manner was proposed in 1989 by J. T. Early.[65] Using a diffraction grating was proposed in 1997 by Edward Teller, Lowell Wood, and Roderick Hyde.[12] In 2004, physicist and science fiction author Gregory Benford calculated that a concave rotating Fresnel lens 1000 kilometres across, yet only a few millimeters thick, floating in space at the L1 point, would reduce the solar energy reaching the Earth by approximately 0.5% to 1%. He estimated that this would cost around US$10 billion up front, and another $10 billion in supportive cost during its lifespan.[66] One issue with implementing such a solution is the need to counteract the effects of the solar wind moving such megastructures out of position. Side-effects include that, if this lens were built and global warming were avoided, there would be less incentive to reduce greenhouse gases, and humans might continue to produce too much carbon dioxide until it caused some other environmental catastrophe, such as an chemical change in ocean water that could be disastrous to ocean life.[67] Public attitudes There have been a limited number of studies into attitudes to SRM. Notable examples include Mercer et al.[68] See references at http://en.wikipedia.org/wi ki/Solar_r adiation_management SRM Targets • • • • • ACM Targets ERM Targets CDR & GHGR Targets ≠ CCS CCS (carbon capture and sequestration) is not considered geoengineering as it is supposed to prevent new CO 2 releases in the atmosphere from fossil fuels. CDR (carbon dioxide removal) deals with CO2 which is already in the atmosphere, but also needs a similar sequestration step like in CCS. Some authors like Mitchell (2009, 2011) have classified CDR in ERM. ACM and ERM are mitigation strategies, not geoengineering IPPC has listed strategies to reduce the other GHGs emissions at their source GHGR (greenhouse gas removal) is a complementary concept to CDR that will be developed in a forthcoming paper, and which goal is to deal with (remove or destroy) other GHGs like N2O, CFCs, CH4, etc.
