La geoingeniería solar o modificación de la radiación solar (SRM) es un tipo de ingeniería climática en la que la luz solar (radiación solar) se refleja en el espacio para limitar o revertir el cambio climático causado por el hombre . La mayoría de los métodos propuestos aumentarían el albedo planetario (reflectividad), por ejemplo, con la inyección de aerosol estratosférico . Aunque la mayoría de las propuestas tendrían efectos globales, también se han propuesto métodos localizados de protección o restauración con respecto a la protección de los reflectores de calor naturales, incluidos el hielo marino, la nieve y los glaciares. [1] [2] [3]
La geoingeniería solar parece ser capaz de prevenir parte o gran parte del cambio climático . [4] Los modelos climáticos indican consistentemente que es capaz de devolver temperaturas y precipitaciones globales, regionales y locales más cercanas a los niveles preindustriales. Las principales ventajas de la geoingeniería solar son la rapidez con la que podría desplegarse y activarse, sus bajos costos financieros directos y la reversibilidad de sus efectos climáticos directos. La inyección de aerosol estratosférico, el método más estudiado, parece técnicamente viable. La geoingeniería solar podría servir como una respuesta si los impactos del cambio climático son mayores de lo esperado o como una medida complementaria temporal, mientras que las concentraciones atmosféricas de gases de efecto invernadero se reducen mediante la reducción de emisiones y la eliminación de dióxido de carbono . La geoingeniería solar no reduciría directamente las concentraciones de gases de efecto invernadero en la atmósfera y, por lo tanto, no aborda la acidificación de los océanos , que es causada por el exceso de dióxido de carbono . El uso excesivo, mal distribuido o interrumpido repentinamente de la geoingeniería solar plantearía graves riesgos medioambientales. Son posibles otros impactos negativos. Gobernar la geoingeniería solar es un desafío por múltiples razones.
Descripción general
Medios de operación
En promedio durante el año y la ubicación, la atmósfera de la Tierra recibe 340 W / m 2 de irradiancia solar del sol. [5] Debido a las elevadas concentraciones atmosféricas de gases de efecto invernadero, la diferencia neta entre la cantidad de luz solar absorbida por la Tierra y la cantidad de energía irradiada al espacio ha aumentado de 1,7 W / m 2 en 1980 a 3,1 W / m 2 en 2019. [6] Este desequilibrio, llamado forzamiento radiativo , significa que la Tierra absorbe más energía de la que libera, lo que hace que aumenten las temperaturas globales. [7] El objetivo de la geoingeniería solar sería reducir el forzamiento radiativo aumentando la reflectancia de la Tierra (albedo). Un aumento de la reflectancia en aproximadamente un 1% de la radiación solar incidente sería suficiente para eliminar el forzamiento radiativo y, por lo tanto, el calentamiento global. Sin embargo, debido a que el calentamiento de los gases de efecto invernadero y el enfriamiento de la geoingeniería solar operan de manera diferente en las latitudes y estaciones, este efecto contrario sería imperfecto. El método de geoingeniería solar más considerado sería esparcir aerosoles reflectantes en la estratosfera .
Roles potenciales
La geoingeniería solar tiene la intención casi universal de ser un complemento, no un sustituto, de la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero, la eliminación de dióxido de carbono (estos dos juntos se denominan " mitigación ") y los esfuerzos de adaptación . Por ejemplo, la Royal Society declaró en su histórico informe de 2009: "Los métodos de geoingeniería no son un sustituto de la mitigación del cambio climático y solo deben considerarse como parte de un paquete más amplio de opciones para abordar el cambio climático". [8] Tales declaraciones son muy comunes en las publicaciones de geoingeniería solar.
La velocidad de efecto de la geoingeniería solar le otorga dos roles potenciales en la gestión de los riesgos del cambio climático. Primero, si la mitigación y la adaptación continúan siendo insuficientes, o si los impactos del cambio climático son severos debido a una sensibilidad climática , puntos de inflexión o vulnerabilidad mayores de lo esperado , entonces se podría utilizar la geoingeniería solar para reducir estos impactos inesperados. De esta forma, el conocimiento para implementar la geoingeniería solar como plan de respaldo serviría como una especie de diversificación o seguro de riesgos . En segundo lugar, la geoingeniería solar podría implementarse junto con una mitigación y adaptación agresivas para ralentizar la tasa de cambio climático y / o eliminar los impactos climáticos más severos hasta que las emisiones negativas netas reduzcan las concentraciones atmosféricas de gases de efecto invernadero. (Ver diagrama).
Se ha sugerido la geoingeniería solar como un medio para estabilizar los climas regionales, como limitar las olas de calor, [10] pero el control sobre los límites geográficos del efecto parece muy difícil.
Historia
Ya en 1974, el climatólogo ruso Mikhail Budyko sugirió que si el calentamiento global alguna vez se convirtiera en una amenaza seria, podría contrarrestarse con vuelos de aviones en la estratosfera, quemando azufre para producir aerosoles que reflejarían la luz del sol. [11] Junto con la eliminación de dióxido de carbono, la geoingeniería solar se discutió como "geoingeniería" en un informe sobre el cambio climático de 1992 de las Academias Nacionales de EE . UU . [12] El tema era esencialmente tabú en las comunidades de ciencia y políticas climáticas hasta que el Premio Nobel Paul Crutzen publicó un artículo influyente en 2006. [13] Principales informes de la Royal Society (2009) [14] y las Academias Nacionales de EE. UU. (2015, 2021) [15] [16] seguido. La financiación total de la investigación en todo el mundo sigue siendo modesta, menos de 10 millones de dólares estadounidenses al año. [17] Casi toda la investigación se basa en modelos; sólo se han realizado algunas pruebas y experimentos al aire libre. En los últimos años, el candidato presidencial estadounidense Andrew Yang incluyó fondos para la investigación de geoingeniería solar en su política climática y sugirió su uso potencial como una opción de emergencia. [18]
Evidencia de efectividad e impactos
Los modelos climáticos indican consistentemente que una magnitud moderada de la geoingeniería solar acercaría aspectos importantes del clima, por ejemplo, la temperatura media y extrema, la disponibilidad de agua, la intensidad de los ciclones, a sus valores preindustriales en una resolución subregional. [19]
La Academia Nacional de Ciencias, Ingeniería y Medicina de EE. UU. Declara en un informe de 2021: "La investigación disponible indica que la SG podría reducir las temperaturas de la superficie y potencialmente mejorar algunos riesgos planteados por el cambio climático (por ejemplo, para evitar cruzar" puntos de inflexión "climáticos críticos; para reducir los impactos dañinos de las condiciones meteorológicas extremas) ". [dieciséis]
Se ha sugerido que un aumento del albedo del 2% reduciría aproximadamente a la mitad el efecto de duplicar la concentración de dióxido de carbono en la atmósfera. [20]
Ventajas
La geoingeniería solar tiene ciertas ventajas en relación con la reducción de emisiones, la adaptación y la eliminación de dióxido de carbono. Podría reducir el impacto del cambio climático meses después del despliegue, [21] mientras que los efectos de los recortes de emisiones y la eliminación de dióxido de carbono se retrasan porque el cambio climático que previenen se retrasa en sí . Se espera que algunas técnicas de geoingeniería solar propuestas tengan costos financieros directos de implementación muy bajos, [22] en relación con los costos esperados tanto del cambio climático constante como de la mitigación agresiva. Esto crea una estructura de problema diferente. [23] [24] Mientras que la reducción de emisiones y la eliminación de dióxido de carbono presentan problemas de acción colectiva (porque garantizar una menor concentración de dióxido de carbono en la atmósfera es un bien público ), un solo país o un puñado de países podrían implementar la geoingeniería solar. Finalmente, los efectos climáticos directos de la geoingeniería solar son reversibles en escalas de tiempo breves. [21]
Limitaciones y riesgos
Además de la imperfecta cancelación del efecto climático de los gases de efecto invernadero, existen otros problemas importantes con la geoingeniería solar. La geoingeniería solar tiene un efecto temporal y, por lo tanto, cualquier restauración a largo plazo del clima dependería de un despliegue a largo plazo, hasta que se elimine suficiente dióxido de carbono . [25] [26]
Solución incompleta a las emisiones de dióxido de carbono.
La geoingeniería solar no elimina los gases de efecto invernadero de la atmósfera y, por lo tanto, no reduce otros efectos de estos gases, como la acidificación de los océanos . [27] Si bien no es un argumento en contra de la geoingeniería solar en sí , es un argumento en contra de depender de ella y excluir la reducción de gases de efecto invernadero.
Control y previsibilidad
La mayor parte de la información sobre geoingeniería solar proviene de modelos climáticos y erupciones volcánicas, que son análogos imperfectos de la inyección de aerosol estratosférico. Los modelos climáticos utilizados en las evaluaciones de impacto son los mismos que utilizan los científicos para predecir los impactos del cambio climático antropogénico. Algunas incertidumbres en estos modelos climáticos (como la microfísica de aerosoles, la dinámica estratosférica y la mezcla de escalas de subred) son particularmente relevantes para la geoingeniería solar y son un objetivo para futuras investigaciones. [28] Los volcanes son un análogo imperfecto ya que liberan el material en la estratosfera en un solo pulso, a diferencia de la inyección sostenida. [29]
Efectos secundarios
Puede haber consecuencias climáticas no deseadas de la geoingeniería solar, como cambios en el ciclo hidrológico . [30] El agotamiento de la capa de ozono es un riesgo de las técnicas que implican el suministro de azufre a la estratosfera . [31] Algunos estudios también han predicho un aumento de la productividad agrícola debido a la combinación de una luz más difusa y una concentración elevada de dióxido de carbono. [32] La deposición superficial de sulfato inyectado en la estratosfera también puede tener un impacto en los ecosistemas. [33]
Choque de terminación
Si la geoingeniería solar enmascarara una cantidad significativa de calentamiento y luego se detuviera abruptamente, el clima se calentaría rápidamente. [34] Esto provocaría un aumento repentino de las temperaturas globales hacia niveles que hubieran existido sin el uso de la técnica de geoingeniería solar. El rápido aumento de la temperatura puede tener consecuencias más graves que un aumento gradual de la misma magnitud.
Desacuerdo
La Convención de la ONU sobre la Prohibición del Uso Militar o de Cualquier Otro Uso Hostil de Técnicas de Modificación Ambiental , que prohibiría el uso de la geoingeniería solar como arma, entró en vigor en 1978. [35] Pero los líderes de los países y otros actores pueden estar en desacuerdo sobre si, cómo, y en qué medida se utilizará la geoingeniería solar, lo que podría exacerbar las tensiones internacionales. [36]
Compensación de riesgo o riesgo moral
La existencia de geoingeniería solar puede reducir el ímpetu político y social para la mitigación. [37] Esto se ha denominado en general un " riesgo moral " potencial , aunque la compensación del riesgo puede ser un término más exacto. Esta preocupación hace que muchos grupos ambientalistas y activistas se muestren reacios a defender o discutir la geoingeniería solar. [38] Sin embargo, varias encuestas de opinión pública y grupos de enfoque han encontrado evidencia de afirmaciones de un deseo de aumentar los recortes de emisiones frente a la geoingeniería solar, o de ningún efecto. [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] Otro trabajo de modelización sugiere que la amenaza de la geoingeniería solar puede, de hecho, aumentar la probabilidad de reducción de emisiones. [46] [47] [48] [49]
Efecto sobre la luz del sol, el cielo y las nubes.
La gestión de la radiación solar mediante aerosoles o nubosidad implicaría cambiar la relación entre la radiación solar directa e indirecta. Esto afectaría la vida vegetal [50] y la energía solar . [51] Habría un efecto en la apariencia del cielo por la inyección de aerosol estratosférico, notablemente un ligero enturbiamiento del cielo azul y un cambio en la apariencia de las puestas de sol . [52] [53] La forma en que la inyección de aerosol estratosférico puede afectar las nubes sigue siendo incierta. [54]
Formas propuestas
Atmosférico
Inyección de aerosol estratosférico
La inyección de aerosoles reflectantes en la estratosfera es el método de geoingeniería solar propuesto que ha recibido la mayor atención. El Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático concluyó que la inyección de aerosol estratosférico "es el método de SRM más investigado, con un alto acuerdo en que podría limitar el calentamiento por debajo de 1,5 ° C". [55] Esta técnica imitaría un fenómeno que ocurre naturalmente por la erupción de volcanes . [56] Esta técnica podría dar mucho más de 3,7 W / m 2 de forzamiento negativo promediado globalmente, [57] que es suficiente para compensar por completo el calentamiento causado por una duplicación del dióxido de carbono (un punto de referencia común para evaluar escenarios climáticos futuros). Los sulfatos son el aerosol propuesto con más frecuencia, ya que existe un análogo natural con (y evidencia de) las erupciones volcánicas. Se han propuesto materiales alternativos como el uso de partículas fotoforéticas , dióxido de titanio y diamante. [58] [59] [60] La entrega por aviones personalizados parece más factible, con artillería y globos a veces discutidos. [61] [62] [63] El costo anual de suministrar una cantidad suficiente de azufre para contrarrestar el calentamiento por efecto invernadero esperado se estima en $ 8 mil millones de dólares estadounidenses. [64]
Brillo de nubes marinas
Se han sugerido varios métodos de reflectividad de las nubes, como el propuesto por John Latham y Stephen Salter , que funciona rociando agua de mar en la atmósfera para aumentar la reflectividad de las nubes. [65] Los núcleos de condensación adicionales creados por el rocío cambiarían la distribución del tamaño de las gotas en las nubes existentes para hacerlas más blancas. [66] Los rociadores utilizarían flotas de naves de rotor no tripuladas conocidas como naves Flettner para rociar la niebla creada a partir del agua de mar en el aire para espesar las nubes y así reflejar más radiación de la Tierra. [67] El efecto blanqueador se crea mediante el uso de núcleos de condensación de nubes muy pequeños , que blanquean las nubes debido al efecto Twomey .
Esta técnica puede dar más de 3,7 W / m 2 de forzamiento negativo promediado globalmente, [57] que es suficiente para revertir el efecto de calentamiento de una duplicación de la concentración atmosférica de dióxido de carbono.
Adelgazamiento de los cirros
Se cree que los cirros naturales tienen un efecto de calentamiento neto. Estos podrían dispersarse mediante la inyección de diversos materiales. Este método no es estrictamente geoingeniería solar, ya que aumenta la radiación saliente en lugar de disminuir la radiación entrante neta. Sin embargo, debido a que comparte muchas de las características físicas y especialmente de gobernanza como los otros métodos de geoingeniería solar, a menudo se incluye. [68]
Mejora del ciclo del azufre del océano
Mejorar el ciclo natural del azufre marino mediante la fertilización de una pequeña porción con hierro, que normalmente se considera un método de remediación de gases de efecto invernadero, también puede aumentar el reflejo de la luz solar. [69] [70] Dicha fertilización, especialmente en el Océano Austral , mejoraría la producción de sulfuro de dimetilo y, en consecuencia, la reflectividad de las nubes . Esto podría usarse potencialmente como geoingeniería solar regional, para frenar el derretimiento del hielo antártico . [ cita requerida ] Estas técnicas también tienden a secuestrar carbono , pero la mejora del albedo de las nubes también parece ser un efecto probable.
Terrestre
Aumentar la reflectividad de las superficies generalmente sería un enfoque de geoingeniería solar ineficaz, aunque podría crear un enfriamiento local significativo.
Techo fresco
En algunas áreas (en particular en California) se recomienda pintar los materiales del techo en colores blancos o pálidos para reflejar la radiación solar, lo que se conoce como tecnología de ' techo frío '. [71] Esta técnica está limitada en su eficacia final por el área de superficie limitada disponible para el tratamiento. Esta técnica puede dar entre 0.01–0.19 W / m 2 de forzamiento negativo promediado globalmente, dependiendo de si las ciudades o todos los asentamientos reciben ese tratamiento. [57] Esto es pequeño en relación con los 3,7 W / m 2 de forzamiento positivo de una duplicación del dióxido de carbono atmosférico. Además, si bien en casos pequeños se puede lograr a un costo mínimo o nulo simplemente seleccionando diferentes materiales, puede ser costoso si se implementa a una escala mayor. Un informe de la Royal Society de 2009 afirma que "el costo total de un 'método de techo blanco' que cubra un área del 1% de la superficie terrestre (aproximadamente 10 12 m 2 ) sería de aproximadamente $ 300 mil millones / año, lo que lo convierte en uno de los los métodos más costosos y efectivos considerados ". [72] Sin embargo, puede reducir la necesidad de aire acondicionado , que emite dióxido de carbono y contribuye al calentamiento global.
Cambios en el océano y el hielo
También se han sugerido espumas oceánicas, utilizando burbujas microscópicas suspendidas en las capas superiores de la zona fótica . Una propuesta menos costosa es simplemente alargar e iluminar las estelas de barcos existentes . [73]
La formación de hielo marino en el Ártico podría incrementarse bombeando agua más fría a la superficie. [74] El hielo marino (y terrestre) puede espesarse aumentando el albedo con esferas de sílice. [75] Los glaciares que desembocan en el mar pueden estabilizarse bloqueando el flujo de agua tibia hacia el glaciar. [76] El agua salada podría ser bombeada fuera del océano y nevada sobre la capa de hielo de la Antártida Occidental. [77] [78]
Vegetación
La reforestación en áreas tropicales tiene un efecto de enfriamiento.
Se han propuesto cambios en los pastizales para aumentar el albedo. [79] Esta técnica puede dar 0,64 W / m 2 de forzamiento negativo promediado globalmente, [57] que es insuficiente para compensar los 3,7 W / m 2 de forzamiento positivo de una duplicación del dióxido de carbono, pero podría hacer una contribución menor.
Se ha sugerido seleccionar o modificar genéticamente cultivos comerciales con alto albedo. [80] Esto tiene la ventaja de ser relativamente sencillo de implementar, ya que los agricultores simplemente cambian de una variedad a otra. Las áreas templadas pueden experimentar un enfriamiento de 1 ° C como resultado de esta técnica. [81] Esta técnica es un ejemplo de biogeoingeniería . Esta técnica puede dar 0,44 W / m 2 de forzamiento negativo promediado globalmente, [57] que es insuficiente para compensar los 3,7 W / m 2 de forzamiento positivo de una duplicación del dióxido de carbono, pero podría hacer una contribución menor.
Basado en el espacio
La mayoría de los comentaristas y científicos consideran que los proyectos de geoingeniería solar basados en el espacio son muy costosos y técnicamente difíciles, y la Royal Society sugiere que "los costos de establecer una armada espacial de este tipo durante el período relativamente corto en que la geoingeniería solar puede ser considerado aplicable (décadas en lugar de siglos) probablemente lo haría no competitivo con otros enfoques de geoingeniería solar ". [82]
Varios autores han propuesto dispersar la luz antes de que llegue a la Tierra colocando una rejilla de difracción muy grande (malla de alambre delgado) o lente en el espacio, quizás en el punto L1 entre la Tierra y el Sol. El uso de una lente Fresnel de esta manera fue propuesto en 1989 por JT Early, [83] y una rejilla de difracción en 1997 por Edward Teller , Lowell Wood y Roderick Hyde. [84] En 2004, el físico y autor de ciencia ficción Gregory Benford calculó que una lente Fresnel giratoria cóncava de 1000 kilómetros de ancho, pero de solo unos pocos milímetros de espesor, flotando en el espacio en el punto L 1 , reduciría la energía solar que llega a la Tierra en aproximadamente 0,5% a 1%. Estimó que esto costaría alrededor de US $ 10 mil millones por adelantado y otros $ 10 mil millones en costos de apoyo durante su vida útil. [85] Un problema sería la necesidad de contrarrestar los efectos del viento solar que mueve tales megaestructuras fuera de posición. Los espejos que orbitan alrededor de la Tierra son otra opción. [65] [86]
Gobernancia
La geoingeniería solar plantea varios desafíos en el contexto de la gobernanza debido a cuestiones de poder y jurisdicción. [35] La geoingeniería solar como respuesta al cambio climático difiere de otras estrategias de mitigación y adaptación. A diferencia de un sistema de comercio de carbono que se centraría en la participación de múltiples partes junto con la transparencia, las medidas de monitoreo y los procedimientos de cumplimiento; esto no es necesariamente requerido por la geoingeniería solar. Bengtsson [87] sostiene que "la liberación artificial de aerosoles de sulfato es un compromiso de al menos varios cientos de años". Sin embargo, esto solo es cierto si se adopta una estrategia de implementación a largo plazo. En cambio, con una estrategia temporal a corto plazo, la implementación se limitaría a décadas. [88] Ambos casos, sin embargo, resaltan la importancia de un marco político que sea lo suficientemente sostenible como para contener un compromiso multilateral durante un período tan largo y, sin embargo, sea flexible a medida que las técnicas innovan a través del tiempo. Hay muchas controversias en torno a este tema y, por lo tanto, la geoingeniería solar se ha convertido en un tema muy político. La mayoría de las discusiones y debates no tratan sobre qué técnica de geoingeniería solar es mejor que la otra, o cuál es más viable económica y socialmente. En general, se debate quién tendrá el control sobre el despliegue de la geoingeniería solar y bajo qué régimen de gobernanza se puede monitorear y supervisar el despliegue. Esto es especialmente importante debido a la variabilidad regional de los efectos de muchas técnicas de geoingeniería solar, que benefician a algunos países y dañan a otros. El principal desafío que plantea la geoingeniería solar no es cómo lograr que los países lo hagan. Se trata de abordar la cuestión fundamental de quién debe decidir si se debe intentar la geoingeniería solar y cómo, un problema de gobernanza. [89]
La geoingeniería solar plantea una serie de desafíos de gobernanza. David Keith sostiene que el costo está dentro del ámbito de los países pequeños, las grandes corporaciones o incluso las personas muy ricas. [90] David Victor sugiere que la geoingeniería solar está al alcance de un solitario "Greenfinger", un individuo adinerado que asume la responsabilidad de ser el "protector autoproclamado del planeta". [91] [92] Sin embargo, se ha argumentado que un estado canalla que amenace la geoingeniería solar puede fortalecer la acción de mitigación. [93]
Los sistemas legales y regulatorios pueden enfrentar un desafío significativo en la regulación efectiva de la geoingeniería solar de una manera que permita un resultado aceptable para la sociedad. Sin embargo, existen incentivos significativos para que los estados cooperen en la elección de una política de geoingeniería solar específica, lo que hace que el despliegue unilateral sea un evento bastante improbable. [94]
Algunos investigadores han sugerido que construir un acuerdo global sobre el despliegue de la geoingeniería solar será muy difícil y, en cambio, es probable que surjan bloques de energía. [95]
En 2021, las Academias Nacionales de Ciencias, Ingeniería y Medicina publicaron su informe de estudio de consenso Recomendaciones para la investigación y la gobernanza de la investigación en geoingeniería solar , concluyendo: [96]
Se necesita [una] inversión estratégica en investigación para mejorar la comprensión de los formuladores de políticas sobre las opciones de respuesta climática. Estados Unidos debería desarrollar un programa de investigación transdisciplinaria, en colaboración con otras naciones, para avanzar en la comprensión de la viabilidad técnica y la eficacia de la geoingeniería solar, los posibles impactos en la sociedad y el medio ambiente, y las dimensiones sociales como las percepciones públicas, la dinámica política y económica y la ética. y consideraciones de equidad. El programa debe operar bajo una sólida gobernanza de investigación que incluya elementos tales como un código de conducta de investigación, un registro público de investigación, sistemas de permisos para experimentos al aire libre, orientación sobre propiedad intelectual y procesos inclusivos de participación del público y las partes interesadas. [96]
Actitudes públicas y política
Ha habido un puñado de estudios sobre las actitudes y opiniones sobre la geoingeniería solar. Estos generalmente encuentran bajos niveles de conciencia, malestar con la implementación de la geoingeniería solar, un apoyo cauteloso a la investigación y una preferencia por la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero . [97] [98] Como suele ocurrir con las opiniones públicas sobre cuestiones emergentes, las respuestas son muy sensibles a la redacción y el contexto particulares de las preguntas. La evidencia limitada sugiere que los residentes de los países en desarrollo son un poco más favorables a la geoingeniería solar. [99]
Ningún país tiene una posición gubernamental explícita sobre la geoingeniería solar.
Algunos grupos ambientalistas han respaldado la investigación en geoingeniería solar [100] [101] [102] mientras que otros se oponen. [103]
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