در گزارش سالانه (2009) انجمن سلطنتی در زمینه مهندسی کره زمین آمده است: «ایمن‌ترین و قابل پیش‌بینی‌ترین روش برای تعدیل تغییرات اقلیمی، انجام اقدامات پیشگیرانه و موثر برای کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای است. هیچ روش مهندسی کره زمین نمی‌تواند یک روش جایگزین آسان یا قابل قبول برای مشکل تغییرات اقلیم باشد». با این حال انسان‌ها از دستکاری طبیعت و انجام مهندسی کره زمین دست برنداشته‌اند و هر روز با قدرت بیشتری به سمت چنین فناوری‌هایی روی می‌آورند.
مهندسی کره زمین چیست؟
مهندسی کره زمین مفهومی گسترده است که به طور کلی بر کاهش اثر گازهای گلخانه‌ای تاکید دارد. روشهای مورد استفاده در مهندسی کره زمین به دو بخش اصلی تقسیم می‌شوند؛ دسته اول روش‌هایی هستند که تلاش دارند با مدیریت میزان دریافتی کره زمین از تابش خورشید از تغییرات آب‌وهوایی ناشی از افزایش غلظت گازهای گلخانه‌ای بکاهند و به روشهای مدیریت تابش (SRM) مشهور هستند. دسته دوم روش‌هایی هستند که سعی دارند گازهای گلخانه‌ای و به خصوص دیاکسیدکربن را که به جو زمین منتقل شده‌اند از اتمسفر حذف کنند. این روش‌ها به روشهای پاکسازی دی‌اکسید کربن (CDR) شهرت یافته‌اند.
قرار دادن آینه و صفحات بازتاب دهنده نور خورشید در فضای اطراف کره زمین به منظور مدیریت میزان تابش ارسالی به به سطح زمین
روشهای SRM
در روشهای مدیریت تابش یا همان SRM تلاش بر آن است تا با به‌کارگیری تکنیک‌های متفاوت، درصد بیشتری از تابش خورشید به فضا بازتابش داده شده و از رسیدن آن‌ها به سطح زمین و گرم کردن زمین جلوگیری شود. تاکنون روش‌هایی از قبیل سفیدتر کردن ابرها، تزریق ذرات آئروسل به درون اتمسفر و نصب آینه در فضا انجام شده است که در فرآیند هر یک از این روش‌ها به طور خلاصه به این صورت است:
* در روش سفیدتر کردن ابرها با وارد کردن ذرات ریز نمک دریا به اتمسفر بالای اقیانوس‌ها، فرایند تشکیل ابرهای متراکم‌تر و سفیدتر را سرعت می‌بخشند. این ابرها، نقش صفحات بازتاب‌دهنده متحرک را بازی خواهند کرد.
* در روش تزریق ذرات آئروسل، ذرات ریز گوگرد به لایه‌های بالای جو تزریق می‌شود. این ذرات در گام نخست با انعکس نور خورشید به کاهش دمای سطح کمک می‌کنند و در گام‌های بعدی با تبدیل شدن به اکسیدهای گوگرد و تولید باران اسیدی، گازهای گلخانه‌ای را در خود حل کرده و از اتمسفر بیرون می‌کشند.
* روش نصب آینه، یک روش علمی- تخیلی است. این روش که در آن آینه‌های غول‌پیکر به تنهایی یا در ساختارهای چندتایی در مدار زمین قرار می‌گیرند به زمان بیشتری برای تکمیل شدن احتیاج دارد، اما می‌تواند در قالب یکی از کم خطرترین روشهای SRM ایفای نقش کند.
قرار دادن آینه و صفحات بازتاب دهنده نور خورشید در فضای اطراف کره زمین به منظور مدیریت میزان تابش ارسالی به به سطح زمین
روشهای CDR
هدف نهایی روشهای پاکسازی دی‌اکسید کربن (CDR)، حذف این گاز از اتمسفر و زمینه‌سازی برای خروج گرمای تولید شده در اتمسفر به فضای اطراف کره زمین است. قرار دادن یک مرز واضح بین روشهای CDR و دیگر روشهای ترمیم محیط‌زیستی که به کاهش آلایندگی اتمسفر منجر می‌شوند (همانند درختکاری و احیای جنگل‌ها) بسیار دشوار است. تنها شاخصی که برای تفکیک این دو حوزه پیشنهاد شده است، شاخص طبیعی و یا غیرطبیعی بودن فرآیندها است. به عنوان مثال، احیای جنگل‌ها و کاشت درختان، فرآیندی است طبیعی، اما قرار دادن ذرات ریز آهن در اقیانوس‌ها برای تسریع و توسعه فرآیندهای بیولوژیکی در اقیانوس‌ها و مصرف بیشتر دیاکسیدکربن یک فرآیند مهندسی کره زمین است. برخی از فرآینده و روش‌هایی که برای CDR پیشنهاد شده است عبارتند از: افزایش هوازدگی، درخت‌های میکانیکی و تغذیه اقیانوس‌ها.
تزریق ذرات آئروسل گوگرد به اتمسفر برای کاهش تابش خورشید به زمین و حذف دی‌اکسید کربن از اتمسفر
در فرآیند هوازدگی که شامل تجزیه مواد جامد سطح زمین است، دی‌اکسید کربن نقش و سهم موثری دارد. در این فرآیند دی‌اکسید کربن با شرکت در تجزیه سنگ‌ها و دیگر مواد از اتمسفر خارج می‌شود. این فرآیند طبیعی خروج کربن از اتمسفر را می‌توان با اضافه کردن برخی مواد معدنی به خاک‌های کشاورزی و یا آب دریاها و نیز با افزایش برخی از واکنش‌های شیمیایی که فرآیند هوازدگی را تشدید می‌کنند، افزایش داد.
درخت‌های میکانیکی، دستگاه‌هایی هستند که با به‌کار گیری واکنش‌های شیمایی، دی‌اکسید کربن را مستقیم از اتمسفر دریافت و جداسازی را انجام می‌دهند. برخی از این درخت‌ها، توان جداسازی 10 تن کربن را به صورت روزانه دارند. در حال حاضر، فناوری‌های جذب مستقیم از اتمسفر گران هستند، اما جای امیدواری است که با پیشرفت فناوری‌ها، هزینه تولید چنین ماشین‌هایی کاسته شده و به فرآیندی مقیاس‌پذیر برای حذف دیاکسیدکربن از اتمسفر تبدیل شود.
تقریبا یک‌چهارم دیاکسیدکربن موجود در اتمسفر سر از اقیانوس‌ها درآورده و در آنجا ذخیره می‌شوند. این رخداد از طریق فرآیندهایی که با نام پمپ‌های زیستی شناخته می‌شوند، صورت می‌گیرد. در فرآیند پمپ‌های زیستی، دیاکسیدکربن هوا از طریق جانداران دریایی در سطح و یا اعماق کم اقیانوس‌ها جذب شده و پس از مرگ جاندار و سقوط جسد به اعماق اقیانوس‌ها، دیاکسیدکربن در ترکیب با بدن جاندار در اعماق اقیانوس‌ها ذخیره می‌شود. ذخیره‌سازی دی‌اکسید کربن در اقیانوس‌ها را شاید بتواند فرآیند تغذیه‌آی یا بارورسازی اقیانوس‌ها قلمداد کرد.
پمپ‌های زیستی از مطلوب‌ترین پیشنهادات در روشهای مهندسی کره زمین، تقویت و توسعه فرآیند پمپ زیستی در دریاها و اقیانوس‌ها است. اولین پیشنهاد در این مورد به افزودن ذرات آهن به آب دریاها مربوط می‌شود؛ آهن از موادغذایی موردنیاز و کمیاب برای رشد جلبک‌ها محسوب می‌شود. جلبک‌ها با داشتن سبزینه می‌توانند علاوه بر جذب دیاکسیدکربن بر محتوای اکسیژن اتمسفر هم بیفزایند. با مرگ جلبک‌ها، دیاکسیدکربن در چرخه غذایی وارد شده و در نهایت در آب اقیانوس ذخیره می‌شود. فرآیند حاصلخیز کردن اقیانوس‌ها می‌تواند عملکردی مشابه درختکاری و احیای جنگل‌ها را برای کره زمین داشته باشد.
فرآیند تزریق ذرات آئروسل گوگرد به اتمسفر برای کاهش تابش خورشید به زمین و حذف دی‌اکسید کربن از اتمسفر
انتخاب مناسب‌ترین روش همواره از چالش برانگیزترین سیاست‌های اتخاذ شده در مهندسی کره زمین است. روش‌ها و فناوری‌های موجود دارای نقاط قوت و ضعفی هستند که با قرار گرفتن در کنار عدم قطعیت پیش‌بینی‌های صورت گرفته از روند انجام عملیات مهندسی، تصمیم‌گیری در مورد شیوه عمل را دشوار ساخته‌اند. میزان تhثیرگذاری، سرعت عمل، سطح ایمنی فرآیند برای کره زمین و هزینه مورد نیاز برای انجام روش‌ها، فاکتورهایی هستند که در مقایسه و انتخاب روش‌ها مدنظر قرار می‌گیرند. در جدول زیر ویژگی برخی از این روش‌ها آورده شده است:
مقایسه انواع روشهای مهندسی کره زمین
|
|
|
تأثیرگذاری
|
سرعت
|
ایمنی
|
هزینه
|
|
SRM
|
سفیدتر کردن ابرها
|
پایین تا متوسط
|
متوسط
|
پایین
|
متوسط
|
|
تزریق آئروسل گوگرد
|
بالا
|
بالا
|
پایین
|
بالا
|
|
روشهای فضایی
|
بالا
|
بسیار پایین
|
متوسط
|
بسیار پایین تا پایین
|
|
CDR
|
افزایش هوازدگی
|
بالا
|
پایین
|
متوسط تا بالا
|
پایین
|
|
جذب مستقیم از اتمسفر
|
بالا
|
پایین
|
بسیار بالا
|
پایین
|
|
تغذیه اقیانوس‌ها
|
پایین
|
پایین تا خیلی پایین
|
بسیار پایین
|
متوسط
|
به طور کلی روشهای CDR از مزیت بیشتری نسبت به روشهای SRM در پایدارسازی میزان دی‌اکسید کربن اتمسفر و پرداختن به چالش‌های زیست‌محیطی نشر گازهای گلخانه‌ای برخوردار هستند، چراکه روشهای SRM تنها به مشکلات دمایی ناشی از تابش می‌پردازد و نسبت به سایر چالش‌های موجود عملکردی ندارد.
پیناتوبا نمونه‌ای طبیعی
کاهش و متعادل ساختن گازهای لخانه‌ای به تنهایی پاسخگوی تغییرات اقلیمی نخواهد بود و باید چالش میزان تابش خورشید را نیز به موازات کاهش گازهای گلخانه‌ای برطرف کرد. اضافه کردن ذرات به اتمسفر برای بازتابش نور خورشید، نگرانی‌هایی را در پی داشته است. اصلی‌ترین نگرانی به لایه اوزون و سرنوشت آن بعد از دستکاری اتمسفر بازمی‌گردد. آتشفشان پیناتوبا مثال روشنی از این نگرانی است. در سال 1991، آتشفشان پیناتوبا در فیلیپین فوران کرد و مقدار زیادی از مواد را به استراتوسفر فرستاد. این امر سبب شد تا دو درصد از نور خورشید به فضا بازتابیده شود و زمین به اندازه نیم درجه سانتی‌گراد خنک‌تر شود. این مواد بعد از یک یا چند سال به سطح زمین بازگشتند، اما حجم آن‌ها به اندازه‌ای نبود تا میزان گرم شدن کره زمین را به شکل چشم‌گیری کاهش دهد. بررسی‌ها نشان دادند پس از فوران پیناتوبا، سه درصد کاهش در مقدار اوزون جو به وجود آمد. علاوه بر این، چرخش مواد در اتمسفر و واکنش آن‌ها با مواد موجود در اتمسفر هنوز در حال بررسی هستند.
جنگ بر سر غذا
بررسی‌های صورت گرفته نشان می‌دهد برای ثابت نگه‌داشتن دما از طریق کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای باید تولید چنین گازهایی به صفر رسیده و انتشار آن‌ها به طور کامل قطع شود. اما آنچه امروز شاهد هستیم افزایش تولید و ورود گازهای گلخانه‌ای به اتمسفر است. در حال حاضر نرخ ورود گازهای گلخانه‌ای 30 درصد بیشتر از سال 2000 است و اگر در یک برآورد خوشبینانه، همین روند افزایش ادامه یابد تا انتهای قرن حاضر، میزان گازهای گلخانه‌ای در اتمسفر سه تا چهار برابر خواهد شد. این امر سبب خواهد شد تقریبا هر تابستان گرم‌تر و داغ‌تر از سال پیش باشد. افزایش مداوم دمای زمین شکست‌های زراعی گسترده و بروز قحطی را اجتناب‌ناپذیر می‌کند و به دور از اغراق است اگر گفته شود متعاقب قحطی و گرسنگی، جنگ بر سر غذا خواهیم داشت و نسلی از انسان‌ها از بین خواهد رفت.
مهندسی کره زمین و جامعه بین‌الملل
با توجه به سهم عظیم و برگشت‌ناپذیر بودن گرم شدن زمین از طریق کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای در قرن حاضر، ضروری است تا بر آنچه در مواقع اضطراری آب‌وهوایی باید انجام شود، متمرکز شده و توسعه انواع محصولات کشاورزی را که می‌توانند در شرایط گرم و خشک رشد کنند در دستور کار قرار گیرد.
جامعه بین‌الملل تمایل خواهد داشت تا اتخاذ سیاست‌های محدودکننده مهندسی کره زمین را در پیش بگیرد و خود را از درگیر شدن با رویکردهای پیچیده تصمیم‌گیری و سیاست‌گذاری برهاند. در این میان سیاست‌گذاری مهندسی کره زمین در زیر پرچم یک سازمان واحد بین‌المللی قرار نخواهد گرفت و حکومت‌ها با توجه به امنیت ملی خود به این حوزه ورود پیدا خواهند کرد. اداره و سیاست‌گذاری مهندسی زمین بیشتر از طریق گسترش پیمان‌های منطقه‌ای موجود برای پوشش روشهای مختلف مهندسی کره زمین به پیش خواهد رفت و احتمال تشکیل یک پیمان واحد و جامع، ناچیز است.
باید توجه داشت که اقدامات صورت گرفته در مهندسی کره زمین در محدوده سرزمینی یک حکومت، می‌تواند عواقب حقوقی و سیاسی بین‌المللی دربر داشته باشد. به عنوان نمونه، مواد اضافه شده در اتمسفر در مرزهای جغرافیایی کشور منتشرکننده آن محدود نمی‌ماند و به تدریج اتمسفر دیگر کشورها را تحت تاثیر قرار خواهد داد. این تاثیر ممکن است با برنامه‌ریزی‌های دیگر کشورها متفاوت باشد و باعث بروز اختلال در اقلیم شده و تنش‌های سیاسی، اجتماعی و حتی نظامی را در پی داشته باشد. اقدامات صورت گرفته در مهندسی کره زمین در محدوده‌های بین‌المللی (به عنوان نمونه تغذیه اقیانوس‌ها) حاشیه‌هایی فراتر از درگیری چند کشور همسایه را در پی خواهد داشت و درگیری‌ها و جنگ‌های جهانی دور از انتظار نیست.
سخن آخر
مهندسی کره زمین ترس‌ها و نگرانی‌های قابل درکی را برای بشر به ارمغان آورده است. افرادی که در حوزه مهندسی کره زمین به بررسی و پژوهش پرداخته‌اند، بهبود شرایط زیست‌محیطی و عدم نیاز برای به‌کارگیری روشهای مهندسی کره زمین را آرزو کرده‌اند، اما با افزایش بی‌رویه گازهای گلخانه‌ای و حاد شدن وضعیت زمین چاره‌ای جز به‌کار بستن روشهای مهندسی کره زمین باقی نمانده است. کارشناسان بهترین راه‌حل برای کاهش گازهای گلخانه‌ای را «مداخله محدود هوشمند» می‌دانند. مداخلاتی که با به‌کارگیری دقیق روشهای مهندسی کره زمین و رصد جوانب و عواقب اقدامات، قادر باشد تا در صورت بروز چالش و یا رویدادهای نامطلوب، اقدامات صورت گرفته را متوقف و شرایط را به سمت دور شدن از چالش هدایت کند. باید امیدوار بود و به انتظار فردا نشست تا شیوه‌های مداخله محدود هوشمند با گسترش علوم و فناوری، در دسترس بشر قرار گیرند.