Die Welt scheint immer heißer zu werden ... Wie wäre es, einen „Sonnenschirm“ für die Erde zu halten?

Auszug aus: Innerhalb und außerhalb des Klassenzimmers Junior High School Edition · Science Youth August 2023 Weekly Nr. 3 (Gesamtzahl 1153) Text/Space Monk Editor/Shan Yu

Die Weltorganisation für Meteorologie prognostiziert, dass die globalen Temperaturen in den nächsten fünf Jahren weiterhin Rekorde brechen werden. Die Welt scheint immer wärmer zu werden, und die meiste Wärme der Erde kommt von der Sonne. Ist es möglich, einen Teil des Sonnenlichts zu blockieren, um die Erde abzukühlen? Solche „Gehirnlöcher“ scheinen verrückt, aber einige Wissenschaftler haben sich viele seltsame Ideen ausgedacht.

Option 1: Öffnen Sie einen Regenschirm in der Atmosphäre

Vulkanausbruch ist ein Regenschirm, den die Natur der Erde gibt
Im Jahr 1991 brach der Vulkan Pinatubo auf den Philippinen aus, und die ausgestoßene Vulkanasche verteilte sich rasch. Sie bedeckte den Himmel wie ein riesiger Sonnenschirm über dem Boden, wodurch die Menge an Sonnenlicht, die die Oberfläche erreichte, stark reduziert wurde und die Energie der Sonnenstrahlung zurück ins All reflektiert wurde. Der Vulkanausbruch führte in den folgenden 15 Monaten unerwartet zu einem Rückgang der Durchschnittstemperatur auf der Nordhalbkugel um etwa 0,5 °C.

Von 1906 bis 2005 führten Sulfataerosole in der Atmosphäre zu einem Temperaturabfall in Bodennähe um 0,54 bis 0,22 °C.

Im gleichen Zeitraum verstärkte die Emission von Treibhausgasen wie Kohlendioxid den Erwärmungseffekt der Atmosphäre und die Oberflächentemperatur stieg um 0,87 bis 1,22 °C.

Was ist in Vulkanasche?

Das von Vulkanen ausgeworfene Material enthält große Mengen flüchtiger Substanzen wie beispielsweise Schwefeldioxid. Sulfid gelangt auf eine Höhe von 20 Kilometern, wo es zu kleinen Sulfatpartikeln oxidiert und zu einem schwebenden Aerosol wird.

Das heißt, dass in den letzten hundert Jahren die durch große Vulkanausbrüche auf der Erde in die Stratosphäre geschleuderten Aerosole den Treibhauseffekt im gleichen Zeitraum teilweise ausgeglichen haben. Allerdings handelt es sich bei Vulkanausbrüchen um gelegentliche Naturereignisse, die große Schäden verursachen. Daher können wir uns nicht darauf verlassen, dass Vulkanausbrüche das Ziel einer Abkühlung der Erde erreichen.

Ist es möglich, die Auswirkungen eines Vulkanausbruchs künstlich zu simulieren?

Da Aerosole die Atmosphäre durch Blockieren des Sonnenlichts abkühlen können, können wir Aerosole künstlich in die Atmosphäre einbringen?

Bereits im Jahr 2017 startete ein Forscherteam der Harvard University ein wissenschaftliches Forschungsprojekt, um herauszufinden, welche Auswirkungen und potenziellen Gefahren die aktive Verbreitung von Feinstaub durch Höhenballons in der Stratosphäre der Atmosphäre mit sich bringt. Am auffälligsten ist das von der Europäischen Union initiierte „Solar Geoengineering“. Sie stellen sich vor, Düsenflugzeuge einzusetzen, um kleine Mengen von Aerosolpartikeln aus Kalziumkarbonat oder Sulfat in einer Höhe von etwa 20 Kilometern in die Atmosphäre zu verteilen, ähnlich dem Smog, der bei einem Vulkanausbruch entsteht.

Lösungsanalyse

Vorteil:

•Die Kosten für Aerosolpartikel und Lieferfahrzeuge sind nicht hoch.

•Das Erreichen der Stratosphäre ist nicht schwierig, dauert nicht lange und kann schnell wirksam werden.

• Es kann über einem bestimmten Bereich durchgeführt werden. Die Partikel bleiben für eine begrenzte Zeit bestehen und verursachen keine dauerhafte Verdunkelung.

Mangel:

• Menschliche Eingriffe zur Blockierung des Sonnenlichts können zu einer Verschlechterung des Klimas und zu Veränderungen der Windrichtung und der Niederschlagsmenge führen.

•In sonnengeschützten Gebieten können die Ernteerträge zurückgehen.

•In der Luft schwebende Aerosolpartikel können in die Lunge eingeatmet werden und eine Gefahr für die menschliche Gesundheit darstellen.

Option 2: Einen Regenschirm im Weltraum aufspannen

Noch verrückter als das Aerosol-Projekt ist das Earth Shield-Projekt.
Das sogenannte „Earth Shield Project“ soll eine Art Schutzschild ins All schicken, der Sonne und Erde abschirmt und so die Sonneneinstrahlung auf die Erde reduziert.

Wo sollte der Erdschild platziert werden?

Dieser Schild muss zwischen der Erde und der Sonne bleiben, während sich die Erde um die Sonne dreht, und muss relativ ortsfest mit der Erde und der Sonne bleiben. Astrophysiker haben berechnet, dass der Schild nur an einer einzigen Stelle platziert werden kann, dem sogenannten Lagrange-Punkt L1. Dieser Punkt liegt auf der Verbindungslinie zwischen Sonne und Erde, etwa 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt.

An diesem Punkt kann der Schild automatisch zwischen Sonne und Erde verbleiben und mit der Erde kreisen, wobei er fast keinen Treibstoff verbraucht. Es ist, als würde man im Weltraum einen Sonnenschirm für die Erde hochhalten.

Was blockiert der Schild?

Wir müssen nicht das gesamte Sonnenlicht blockieren, sondern nur einen Teil davon, sodass die von der Erde empfangene Sonnenstrahlung in einem vernünftigen Rahmen bleibt. Da sich der Schild zwischen Erde und Sonne befindet, sollte der Bereich, den er beschattet, in der Nähe des Äquators liegen, da sich der Punkt des direkten Sonnenlichts zwischen dem Wendekreis des Krebses und dem Wendekreis des Steinbocks bewegt.

Wie groß muss der Schild sein?

Angenommen, der Schild sei kreisförmig, müsste sein Durchmesser mehr als 1.400 Kilometer betragen, wenn wir die durchschnittliche Oberflächentemperatur um 5 °C senken wollen, was der Entfernung von Harbin nach Guangzhou entspricht. Seine Fläche wird 6,5 Millionen Quadratkilometer erreichen, was mehr als die Hälfte der Landfläche Chinas ist.

Wie schwer ist so ein Schild?

Um ein so großes, von Menschenhand geschaffenes Objekt in den Weltraum zu transportieren, besteht die praktikabelste Methode darin, es aus dem leichtesten und dünnsten Material herzustellen. Allerdings darf die Lichtdurchlässigkeit nicht zu hoch sein, da sonst die Wirkung beeinträchtigt wird. Gleichzeitig muss dieses Material der extremen Kälte und den hohen Temperaturen im Weltraum standhalten und darf sich bei Angriffen durch Mikrometeoriten nicht verformen.

Der Sonnenschutz des James-Webb-Teleskops besteht aus einer haardicken Polyimidfolie mit einer Beschichtung aus Silikon und Aluminium darüber. Unter der Annahme, dass auch der Erdschild ein ähnliches Design aufweist, wird seine Masse mindestens 1.000 Tonnen betragen, was mehr als 160 Webb-Teleskopen entspricht. Eine so große Maschine zu einem weit entfernten Lagrange-Punkt zu bringen und dort zusammenzubauen, ist ein unvorstellbar großes Projekt, und dieses „Gehirnloch“ ist sehr teuer.

Lösungsanalyse:

Vorteil:

• Nach der Installation ist der Earth Shield über einen langen Zeitraum wirksam und erfordert außer Wartungsarbeiten keine größeren Eingriffe.

•Die Winkel der verschiedenen reflektierenden Oberflächen auf dem Schild können per Fernbedienung geändert werden, um die Sonneneinstrahlung auf die Erde aktiv anzupassen.

Mangel:

• Um ein so großes Projekt im Weltraum weit entfernt von der Erde zu installieren, müssen die Materialien viele Male transportiert werden, die Bau- und Startkosten sind sehr hoch und auch die anschließende Wartung ist sehr teuer.

•Das Projekt ist sehr schwierig umzusetzen und kein Land kann es sich allein leisten. Es erfordert internationale Zusammenarbeit.

•Das blockierte Sonnenlicht wird viele Gebiete der Erde beeinträchtigen und könnte internationale Konflikte auslösen.

Denken Sie darüber nach:

Haben Sie angesichts der zunehmenden Hitze kreative Abkühlungspläne?