Arviot ilmastonmuokkauksen tehokkuudesta riippuvat siitä, miten pienhiukkaset mallinnetaan
Esimerkiksi IPCC-raportissa esitetyn tämän vuosisadan lopun ilmaston lämpenemisennusteen, jossa päästöt kasvavat voimakkaasti (SSP5-8.5), kumoaminen takaisin esiteolliseen aikaan pelkästään ilmastonmuokkauksella vaatisi joko noin 40 megatonnin tai jopa yli 200 megatonnin vuosittaisia rikkidioksidi-injektioita, riippuen simuloinnissa käytetystä pienhiukkasmallista. Jälkimmäinen vastaa kaikkien ihmiskunnan rikkipäästöjen siirtämistä kaksinkertaisena yläilmakehään 20 kilometrin korkeuteen. Yläilmakehässä hiukkasten elinaika olisi jopa yli vuoden verrattuna päiviin tai viikkoihin ilmakehän alakerroksissa. Näin pienhiukkanen ehtii pidemmän elinaikansa aikana heijastamaan huomattavasti enemmän auringonvaloa kuin lähempänä maanpintaa. Mallien tuottamien tulosten erot korostuivat sitä enemmän, mitä suurempia suihkutuksia mallinnettiin. Mallien tulokset olivat yhteneväisiä siinä, että viilennysteho injektoitavan rikin massaa kohti heikkeni, mitä suurempia rikki-injektioita simuloitiin. Toisin sanoen ilmastonmuokkaus olisi sitä haastavampaa, mitä suurempaa viilennysvaikutusta ilmastonmuokkauksella tavoiteltaisiin. Nykyisen ihmisperäisen lämpenemisen täydellinen kumoaminen takaisin esiteollisen ajan lämpötilaan ilmastonmuokkauksella vaatisikin edellä mainittua huomattavasti maltillisempia rikki-injektioita. Tässäkin tapauksessa mallien antamat arviot vuotuisista rikki-injektioista kuitenkin vaihtelivat suuresti välillä 7,5–22 megatonnia. Tutkimuksen tulokset korostavat ilmastonmuokkauksen vaikutuksiin liittyviä suuria epävarmuuksia jopa niin perustavanlaatuisessa asiassa kuin ilmastonmuokkauksen kyvystä viilentää ilmastoa.
Injektiostrategialla on merkitystä
Yläilmakehän rikkihiukkaspitoisuuteen perustuvalla ilmastonmuokkauksella jäljiteltäisiin suuria tulivuorenpurkauksia. Tulivuorenpurkausten yläilmakehään syöksemien hiukkasten on havaittu sirottavan auringonsäteilyä takaisin avaruuteen ja viilentävän ilmastoa. Ilmastonmuokkauksessa yläilmakehän hiukkaspilveä ylläpidettäisiin syöttämällä ilmakehään jatkuvasti uusia hiukkasia. Usein hiukkaset on ehdotettu syötettäväksi päiväntasaajalle, jossa heijastettavan valon intensiteetti on keskimääräisesti suurin. Lisäksi hiukkaset leviäisivät ilmakehän virtausten mukana ympäri maapalloa. Tutkimus osoitti, että esimerkiksi injektioalueen vaihteleminen vuodenaikojen mukaan voisi olla kuitenkin jatkuvia päiväntasaajainjektioita kustannustehokkaampi tapa. Vuodenajan mukaan vaihtuvilla injektioilla olisi myös mahdollista välttyä muutamilta ilmastonmuokkaukseen usein liitetyiltä kielteisiltä sivuvaikutuksilta, kuten alueellisesti epätasaisesti jakautuneilta lämpötilan ja yläilmakehän virtausten muutoksilta. Ilmastonmuokkaukseen liittyy siitäkin huolimatta aina suuria riskejä, eivätkä ne siten voi koskaan olla vaihtoehto kasvihuonekaasupäästöjen vähentämiselle.
SALSA-mallilla voidaan mallintaa samanaikaisesti ala- ja yläilmakehän hiukkasia
Toinen tutkimuksessa käytetyistä malleista oli Ilmatieteen laitoksella kehitetty SALSA (Sectional Aerosol Module for Large Scale Applications). Kuten tutkimus osoitti, pienhiukkasmallin ominaisuuksilla on huomattava vaikutus arvioihin ilmastonmuokkauksen kyvystä viilentää ilmastoa. Pienhiukkasten ilmastovaikutukset ovat myös suurin epävarmuustekijä, kun arvioidaan ihmisperäisiä vaikutuksia ilmastoon. SALSA-mallilla mallinnettujen pienhiukkasten pitoisuuksien ja ominaisuuksien on jo aiemmin todettu vastaavan hyvin ilmakehästä mitattuja arvoja. Mallin etu verrattuna moniin muihin yleisesti käytössä oleviin malleihin on se, että sillä pystytään mallintamaan samanaikaisesti sekä alailmakehän että yläilmakehän hiukkasia. Ala- ja yläilmakehän erilaiset olosuhteet vaativat myös pienhiukkasmallilta muovautumista molempiin olosuhteisiin. Tähän eivät kaikki käytössä olevat mallit pysty. SALSA on avoimen lähdekoodin malli ja se on ladattavissa GitHub -sivustolta.
Lisätietoja:
tutkija Anton Laakso, Ilmatieteen laitos, anton.laakso@fmi.fi Viite artikkeliin: Laakso, A., Niemeier, U., Visioni, D., Tilmes, S., and Kokkola, H.: Dependency of the impacts of geoengineering on the stratospheric sulfur injection strategy – Part 1: Intercomparison of modal and sectional aerosol modules, Atmos. Chem. Phys., 22, 93–118, https://doi.org/10.5194/acp-22-93-2022, 2022. Artikkeli on luettavissa Atmospheric Chemistry and Physics -lehdessä. Se valittiin lehden highlight-artikkeliksi. Tutkimus rahoitettiin Tiina ja Antti Herlinin säätiön myöntämällä apurahalla.
