Ilmastonmuokkaus

Ilmastonmuokkaus on maapallon ilmaston suunnitelmallista muuttamista erilaisin teknisin keinoin. Sen avulla voidaan pyrkiä vaikuttamaan muun muassa maapallolle tulevan auringon säteilyenergian määrään tai ilmakehän eri kaasujen pitoisuuksiin. Ilmastonmuokkausta on esitetty yhdeksi keskeiseksi keinoksi kasvihuonekaasupäästöjen aiheuttaman ilmastonmuutoksen hillintään.

Historiaa

Ilmastonmuokkauksen edeltäjänä voidaan pitää paikalliseen säätilaan vaikuttavaa säänmuokkausta. Säänmuokkauksen edelläkävijöinä olivat 1900-luvulla venäläiset, jotka perustivat jo vuonna 1932 sateentekemisen instituutin Leningradiin. Paikallisen sateentekemisen ohella Neuvostoliitossa suunniteltiin muun muassa arktisten alueiden vapauttamista jäästä ilmastoa muokkaamalla. Säänmuokkausta on pyritty käyttämään myös sotilaallisiin tarkoituksiin muun muassa Vietnamin sodassa, jossa vihollisten etenemistä yritettiin hidastaa sateenteon avulla.  Sittemmin Yhdistyneet kansakunnat kielsi sään- ja ilmastonmuokkauksen sotilaallisiin tarkoituksiin vuonna 1978.

Menetelmiä

Ilmastonmuokkaukseen ehdotetut menetelmät ovat varsin moninaisia. Ne jaetaan tavallisesti kahteen pääryhmään: maapallolle tulevan auringon säteilyenergian määrään vaikuttavat menetelmät ja ilmakehän eri kaasujen pitoisuuksiin vaikuttavat menetelmät.

Auringonsäteilyn määrään vaikuttavat menetelmät

Ilmakehään imeytyvän lyhytaaltoisen auringonsäteilyn määrään voidaan vaikuttaa maapallon heijastavuutta eli albedoa muuttamalla. Mitä suurempi on maapallon pinnan tai ilmakehän heijastuvuus, sitä pienempi osa auringon säteilyenergiasta päätyy lämmittämään maapalloa. Tähän ryhmään kuuluvista menetelmistä käytetään yleisesti lyhennettä SRM (engl. solar radiation management).

Pienhiukkaset

Ilmakehän heijastuvuutta voitaisiin rajoittaa muun muassa yläilmakehään levitettävien pienhiukkasten avulla, sillä ne heijastavat erityisesti lyhytaaltoista valoa. Stratosfäärin hiukkaspitoisuus on luonnostaan yleensä melko alhainen, ellei maanpinnalla ole merkittäviä hiukkasten lähteitä. Lupaavimmaksi keinoksi heijastuvuuden lisäämiseksi pidetään aerosolihiukkasten pitoisuuden kasvattamista, joka voidaan saada aikaan esimerkiksi ruiskuttamalla yläilmakehään joko rikkidioksidia, joka hapettuu siellä rikkihapoksi, tai suoraan rikkihappoa. Rikkihappo nukleoituu stratosfäärissä veden kanssa ja muodostaa auringonvaloa heijastavia aerosolihiukkasia. Rikkipitoisten hiukkasten käyttöön perustuvat menetelmien toimivuus on voitu todeta suurten tulivuorenpurkausten yhteydessä, mutta menetelmien vaikutuksia on simuloitu laajasti myös ilmastomalleilla. Yksi ehdotuksista on alumiinioksidi ja sitä voidaan lisätä myös lentokoneen polttoaineen sekaan sen korkean sulamispisteen vuoksi.  Alumiini on maan yleisin aine ja sen tuottaminen on halpaa.
Ilmastoa voisi viilentää 1,5 astetta arviolta 360 rahtilentokoneella, jotka pudottelisivat alumiinioksidihiukkasia. Ne heijastavat auringonvaloa poispäin maapallolta. Määrä olisi suhteellisen pieni: nyt joka päivä satatuhatta lentokonetta nousee ja laskeutuu. Natriumkloridi eli ruokasuola olisi vielä tehokkaampi ja haitattomampi. David Keithin laskelmien mukaan myös rikkihiukkasia levittämällä saisi 1,5 astetta pois, noin prosentti auringonvalosta. Hiilidioksiditonnia kohden tarvitaan muutama rikkigramma. Hiukkaset levitettäisiin noin 20 kilometriin ja ne pysyisivät siellä vuosia. Toimintaa pitäisi jatkaa vuodesta toiseen, kunnes päädytään johonkin muuhun.
Ensin pitää tutkia, vaikuttavatko hiukkaset otsoniin, joka suojaa UV-säteilyltä, tai sateisiin tai vähentäisivätkö ne valon jotain aallonpituutta enemmän kuin muita. Vuonna 2018 Harvardissa suunniteltiin jo pieniä kokeita. Pinatubo-tulivuori purkautui kesäkuussa 1991 ja levitti rikkihiukkasia, jotka viilensivät maapalloa puoli astetta pariksi vuodeksi.

Pilvien valkaisu

Pilvien heijastavuutta voitaisiin kasvattaa niin sanotuilla pilvien valkaisumenetelmillä. Näiden menetelmien vaikutuksen on arvioitu olevan suurin merialueilla, joilla pilvien vesihöyryn tiivistyminen on luonnostaan heikompaa ilman vähäisemmän hiukkaspitoisuuden takia. Pilvien valkoisuutta voitaisiin lisätä luomalla niille runsaasti tiivistymisytimiä, esimerkiksi suihkuttamalla ilmakehään merivettä, jonka sisältämän merisuolan hiukkaset toimivat pilvissä tiivistymisytiminä.

Peilit tai varjostimet

Maapalloa lämmittävää auringon säteilyä on ehdotettu vähennettäväksi myös lähiavaruuteen sijoitettujen peilien tai varjostimien avulla. Eri ratkaisumallien mukaan maata kiertävälle radalle voitaisiin sijoittaa joko muutama valtavan suuri peili tai hyvin suuri määrä pieniä peilejä tai varjostimia. Pienet peilit voisivat olla halkaisijaltaan vain noin puoli metriä, mutta niitä tarvittaisiin arvioiden mukaan ehkä jopa biljoonia.

Maan radan muutos

Yhtenä keinona maapallon lämpötilan säätelemiseksi voidaan harkita myös maapallon siirtämistä kauemmas auringosta, vaikkapa Mars-planeetan etäisyydelle. Tätä vaihtoehtoa on ehdotettu harkittavaksi lähinnä pidemmällä tähtäimellä, kun aurinko kuumenee niin paljon, että elämä maapallolla kävisi muuten mahdottomaksi. Hitaasti toteutettuna siirto-operaatio voisi tutkijoiden mukaan onnistua käyttämällä hyväksi sopivankokoisten maata lähelle tulevien asteroidien vetovoimaa. Kertarysäyksellä siirtämiseen saattaisi riittää myös hyvin voimakas ydinräjäytys, mutta voimakkaan räjäytyksen turvallisuuden takaamista on arvioitu lähes mahdottomaksi.

Kaasujen pitoisuuksiin vaikuttavat menetelmät

Kaasujen pitoisuuksiin vaikuttavat menetelmät tähtäävät yleensä jonkin kasvihuonekaasun poistoon ilmakehästä. Hiilidioksidin poistoon tähtäävistä menetelmistä käytetään yleisesti lyhennettä CDR (engl. carbon dioxide removal). Hiilidioksidia voitaisiin poistaa suoraan ilmakehästä sitomalla sitä kemiallisesti esimerkiksi karbonaatioreaktioilla erilaisiin mineraaleihin. Toinen lupaava menetelmä perustuu hiilidioksidi-imureihin, joissa hiilidioksidia imevä aine sitoo sitä sienen tapaan. Imeytysmateriaalista hiilidioksidi huuhdotaan nesteeseen, josta se voidaan erottaa ja varastoida tai käyttää teollisuudessa.  Kolmas samantyyppinen menetelmä perustuu niin sanottuihin keinotekoisiin puihin, joissa ilman hiilidioksidi reagoi lipeän kanssa ja sitoutuu natriumkarbonaatiksi.
Pitkäikäisimmistä kasvihuonekaasuista CFC-yhdisteitä voitaisiin ehkä poistaa ilmakehästä tehokkaiden lasersäteiden avulla. Metaania, joka puolestaan on ilmakehässä verraten lyhytikäinen mutta voimakas kasvihuonekaasu, voidaan ehkä tulevaisuudessa poistaa ilmasta geneettisesti muunneltujen bakteerien avulla.
Ilmastonmuokkauksen piiriin luetaan yleensä myös erilaiset keinot biosfäärin luonnollisten hiilidioksidinielujen kasvattamiseksi, jotta ilmakehän hiilidioksidipitoisuutta voitaisiin rajoittaa. Nieluja voitaisiin merkittävästi kasvattaa esimerkiksi laajoilla metsitys- ja istutushankkeilla tai lannoittamalla valtameriä, jolloin hiilidioksidia sitovien kasvien ja levien kasvu kiihtyisi. Hiilidioksidin poistomenetelmiin voidaan lukea myös hiilidioksidin talteenotto poltettaessa biomassaa energian tuotantolaitoksissa, mikäli talteenotettu hiili saadaan pysyvästi varastoitua vaikkapa vanhohin öljy- tai kaasukenttiin. Biosfäärin hiilivarastoja voitaisiin kasvattaa lisäksi kuivatislaamalla biomassaa biohiileksi ja hautaamalla se maaperään. Hiilidioksidin poistumista ilmakehästä merien pintaveteen voitaisiin nopeuttaa myös lisäämällä meriveden emäksisyyttä esimerkiksi karbonaattimineraalien avulla.

Menetelmien arviointia

Moniin ilmastonmuokkauksen menetelmiin liittyy merkittäviä ympäristöriskejä. Erityisesti maapallon heijastavuuteen vaikuttavien menetelmien katsotaan tarjoavan korkeintaan väliaikaisen ratkaisun, jolla voidaan saada lisäaikaa maapallon lämpenemisen perussyiden poistamiseen.  Lähes riskitön ja myös taloudellisesti edullinen menetelmä on metsittäminen, mutta ilmaston
viilentämiseksi se ei ole kovin tehokas keino. Kustannustehokkuudeltaan lupaavimmaksi ja tehokkaaksi keinoksi on arvioitu aerosolihiukkasten levittäminen stratosfääriin, mutta sen huomattavana riskinä on otsonikerroksen tuhoutuminen. Maahan pääsevän auringon säteilyn rajoittaminen saattaisi myös johtaa voimakkaisiin alueellisiin muutoksiin sadannassa.  Monet tutkijat kuitenkin katsovat, että ilmastonmuutoksen hillinnässä on syytä varautua myös hätä- tai väliaikaisratkaisuihin, joita ilmastonmuokkausmenetelmät voivat tarjota – tarkassa kansainvälisessä valvonnassa käytettyinä.