Klimaoptimisten

Susan Solomons forskning pekte på hvordan KFK forårsaket det antarktiske ozonhullet – og viste senere at Montreal-protokollen hjelper til med å reparere det. Hun er overbevist om at vi også kan gjøre fremskritt med å håndtere klimaendringer. Av

• Amanda Schaffer arkivside

27. februar 2019

Tony Luong

En natt i 1986 sto Susan Solomon, en ung forsker ved US National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), i minusgrader på taket av McMurdo Station, det amerikanske forskningssenteret i Antarktis. Solomon justerte speilene som var montert der for å fange måneskinn og lede det til en synlig absorpsjonsspektrograf i laboratoriet nedenfor. Målet hennes var å måle konsentrasjonene av forskjellige forbindelser i atmosfæren over Antarktis, for å gi mening om det store hullet i ozonlaget som hadde utviklet seg der.

Hun brukte ikke vernebriller, fordi hun trengte å se veldig klart, og mens hun myste for å forsikre seg om at strålene av måneskinn var riktig vinklet mot spektrografen, vannet øynene hennes litt. På et øyeblikk frøs tårene hennes mellom øvre og nedre øyelokk på det ene øyet og lukket det. Men det var en klar natt, og Solomon var ikke villig til å gå bort fra muligheten til å samle det hun husker som de perfekte månedataene. Så hun fortsatte å jobbe.

Vel inne igjen kunne hun åpne øyet igjen da tårene hennes smeltet. Og dataene hun samlet den natten og over to måneder i Antarktis ville endre vår forståelse av hvordan klorfluorkarboner, frigjort til atmosfæren fra kjølemedier og en rekke andre forbrukerprodukter, skader ozonlaget, som bidrar til å beskytte jorden mot ultrafiolett stråling. Som svar på dette og annet vitenskapelig arbeid begrenset en internasjonal avtale bruken av KFK og deretter forbudt. Tretti år senere var Solomon også den første som tydelig demonstrerte at takket være denne endringen har det antarktiske ozonhullet sakte begynt å gro.

Det var spennende å komme med en teori om ozonødeleggelse i 1986 og så, 30 år senere, se at vi, menneskene på denne planeten, har løst problemet, sier hun.

Gjenvinningen av ozonlaget er det mest positive siste svaret på en global miljøkrise vi kan fortelle studentene våre om, sier Ross Salawitch, ekspert på miljøkjemi ved University of Maryland.

Solomons erfaring har gjennomsyret henne med optimisme om verdens evne til å konfrontere miljøtrusler. Ved MIT, hvor hun har sittet på fakultetet siden 2012, underviser hun i en klasse om vitenskap, politikk og miljøpolitikk, som kulminerer i en diskusjon om klimaendringer. Elevene hennes kommer inn uten å tro at vi kan gjøre noe med miljøproblemer, for det er det de vet, sier hun. De er millennials. De har ikke levd gjennom en epoke med politiske beslutningstakere og forskere som jobber sammen og får ting gjort som jeg personlig har vært velsignet med å oppleve.

Solomon er rask til å erkjenne at klimaendringer utgjør tøffere politiske utfordringer enn ozonnedbryting, fordi forbruk av fossilt brensel er så integrert i verdensøkonomien. Likevel argumenterer hun for at ved å studere tidligere miljøsuksesser, vil studentene hennes forstå hva som faktisk må skje for å gjøre fremskritt.

Forklarer ozonhullet
Solomon er en oppdagelsesreisende av temperament og en kjemiker av trening. Som barn på ni eller ti år ble hun inspirert til å bli vitenskapsmann ved å se Den undersjøiske verdenen til Jacques Cousteau . Fasinert av kjemi på videregående, hvor hun gjorde et vitenskapsmesseprosjekt som analyserte sammensetningen av gassblandinger, studerte hun kjemi som undergraduate ved Illinois Institute of Technology i Chicago og deretter atmosfærisk kjemi i Berkeley, hvor hun fikk sin doktorgrad i 1981. Hun tok deretter en stilling ved NOAA, og modellerte forstyrrelser i stratosfæren.

Det var spennende å komme med en teori om ozonødeleggelse i 1986 og så, 30 år senere, se at vi, menneskene på denne planeten, har løst problemet.

I 1974 hadde kjemikerne F. Sherwood Rowland og Mario Molina vist hvordan klor kunne ødelegge ozon. De hadde foreslått en rekke gassfasereaksjoner der små mengder klor utløser omdannelsen av store mengder ozon, eller O3, til vanlig molekylært oksygen, O2. Rowland og Molina, som senere var professor ved MIT, hadde også identifisert klorfluorkarboner som en kilde til klor i atmosfæren, frigjort når solens energi brøt opp ellers stabile CFC-molekyler. (Rowland, Molina og en atmosfærisk kjemiker ved navn Paul Crutzen delte senere en Nobelpris for arbeid knyttet til ozonnedbryting.) I utgangspunktet forventet forskerne at ozonlaget ville tynnes ut med omtrent 5 til 10 % i løpet av 100 år. På grunnlag av disse spådommene begynte politiske beslutningstakere å kreve endring i bruken av klorfluorkarboner, og land forbød bruken av dem som drivmidler i aerosolsprayer fra og med 1978.

I 1985 oppdaget imidlertid britiske forskere at problemet med ozonødeleggelse spilte ut på måter Rowland og Molinas arbeid ikke hadde forutsett. Spesielt identifiserte de et hull i stratosfærisk ozon som var mye større enn noen hadde forventet - og åpnet seg hver vår over Antarktis, noe ingen teori hadde spådd. Det var en ganske stor suksess, sier Solomon, som umiddelbart begynte å studere potensielle forklaringer.

Selv om forskere forsto hvordan klor kunne forårsake ozonødeleggelse, kunne de ikke forklare det plutselige utseendet til ozonhullet. De forsto heller ikke hvorfor hullet hadde vist seg over Antarktis, langt fra hovedkildene til KFK-forurensning.

Med intensjon om å løse mysteriet, fokuserte Solomon på det spesifikke høydeområdet der reaksjonen fant sted og tok utgangspunkt i tilstedeværelsen av polare stratosfæriske skyer - iriserende skyer som dannes i stratosfæren ved ekstremt lave temperaturer. (De er mest utbredt i Antarktis, som er mye kaldere enn Arktis.) Hun antok at disse skyene ga ørsmå, isete overflater der en avgjørende initierende reaksjon kunne finne sted når sollyset kom med den antarktiske våren.

Folk trodde at alle reaksjonene måtte skje i gassfasen, sier hun. De trodde ikke overflatekjemi betydde noe i stratosfæren, og ideen om at skyene kunne gjøre hva som helst var kjettersk.

Solomon utviklet en kvantitativ modell av teorien hennes, som hun publiserte i Journal of Geophysical Research . Det var ikke hele historien, sier hun. Men det hjalp å forklare hvorfor ozonhullet dukket opp i stratosfæren, hvorfor det oppstod nær Sydpolen, og hvorfor det skjedde om våren.

Samtidig ønsket Solomon å underbygge teorien sin med data fra den virkelige verden. Så i 1986 ledet hun en vitenskapelig ekspedisjon til Antarktis for å undersøke kjemien på egenhånd. Hun visste at sollys bidrar til prosessen med ozonødeleggelse, og hun og teamet hennes ankom McMurdo Station i august, på slutten av den antarktiske vinteren, da kontinentet fortsatt var innhyllet i mørke nesten 24 timer i døgnet. Når solen begynner å prøve å komme over horisonten, rundt kl. 12.00 lokal tid, har du timer og timer med daggry, så himmelen er disse vakre dyp lilla og blå og senere røde når solen blir høyere, minnes hun. Det er ikke mye dyreliv om vinteren, selv om selene fortsatt drar seg ut og prøver å få litt sol, selv når det er mørkt.

I 1986 reiste Solomon til Antarktis for å samle inn data som støttet teorien hennes om hvordan ozonødeleggelsen skjedde og hvorfor den var så uttalt over det kontinentet. National Oceanic and Atmospheric Administration

Salomos team hadde med seg et lite antall vitenskapelige instrumenter, inkludert en synlig spektrograf, som gjorde dem i stand til å analysere lys fra solen, månen og himmelen. Ved å måle hvor sterkt forskjellige bølgelengder av lys ble absorbert når de passerte gjennom atmosfæren, håpet gruppen å bestemme konsentrasjonene av nøkkelmolekyler som var tilstede over hodet. Disse molekylene inkluderte ozon og klordioksid, som dannes indirekte når ozon reagerer med klor. Teamet fikk et byggemannskap til å skjære hull i taket på en hytte ved McMurdo slik at måneskinnet kunne nå spektrografen, som var inni. De fikk også mannskapet til å bygge den provisoriske plattformen på taket som Salomo sto på for å plassere speilene. Når vinden virvlet rundt, måtte hun stabilisere dem for hånd. Jeg måtte virkelig henge på dem fordi de skalv, sier hun.

Teamet jobbet 18 til 20 timer om dagen, spesielt når månen var oppe. Det var helt galt, sier hun. De sov noen timer av gangen på barnesenger og spiste mye smørbrød. (Det fine er at maten ikke blir ødelagt der nede, og det er ingen insekter, sier hun.)

Spektraldataene som Solomon og teamet hennes samlet ga støtte for teorien om at klor som opprinnelig var innelåst i klorfluorkarboner, frigjøres ved en overflatereaksjon mellom saltsyre og klornitrat på polare stratosfæriske skyer.

Det kloret reagerer på sin side med ozon for å produsere klormonoksid og fortsetter å bryte ned ozon. For å styrke teorien hennes, fant Salomons ekspedisjon at stratosfæriske konsentrasjoner av saltsyre var lave og de av klormonoksid og klordioksid var høye. (De brukte også ballonger for å måle konsentrasjoner av ozon direkte og fant ut at det også var alvorlig utarmet i stratosfæren, som forventet.) Året etter kom Solomon tilbake til McMurdo Station for å samle inn flere data. Et team fra NASA, som inkluderte Jim Anderson, fløy også fra Punta Arenas, Chile, inn i det antarktiske ozonhullet for å måle de kjemiske forbindelsene som er tilstede.

Under en oppfølgingsekspedisjon i 1987 fant hun også tid til å besøke keiserpingviner. På kontoret hennes hos NOAA poserte hun senere ved siden av en globus som viser Antarktis.

Til syvende og sist, sier Solomon, stilte hver eneste måling seg opp og fortalte historien på samme måte, og beviste at klorfluorkarboner var ansvarlige for hullet.

Salomons suksess med å identifisere den initierende reaksjonen som fant sted på disse polare stratosfæriske skyene var nøkkelbidraget, sier Anderson, nå professor i fysisk kjemi ved Harvard, og det var veldig, veldig viktig.

I 1987 tok en internasjonal avtale kalt Montreal-protokollen opp problemet som truer ozonlaget. Opprinnelig ble 46 land enige om å fryse klorfluorkarboner på dagens nivå. Deretter bestemte de seg for å fase ut forbindelsene helt, først i den utviklede verden og deretter i den utviklede verden. I 2015 hadde avtalen blitt signert av hvert medlem av FN, totalt 197 underskrivere. Vi måtte i utgangspunktet finne opp hvordan vi gjorde klimaanlegg og kjøling over hele verden, sier Ross Salawitch fra Maryland. Det krevde et enormt globalt samarbeid. Avtalen var også vellykket fordi den oppmuntret utviklingsland til å delta på en måte som ville være til nytte for dem. Takket være utmerket diplomati fra utenriksdepartementet, legger han til, var det ikke bare den første verden som sa: «Du må gjøre dette på en mer kostbar måte.» I stedet var det «Hvorfor bygger du ikke dine egne fabrikker – vi deler kunnskap med deg, og du kan delta i dette nye og voksende markedet for erstatningsgasser.'

Vurdere forskning på klimaendringer
Over tid vendte Solomon også oppmerksomheten mot klimaendringer, og studerte hvordan klorfluorkarboner og ozon fanger varme i troposfæren (det atmosfæriske laget mellom bakken og stratosfæren), der ozon anses som en forurensende stoff fordi det bidrar til smog. I 1994 deltok hun i Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), og var medforfatter av en rapport om strålingspådriv, som er balansen mellom energien som kommer inn i jordens atmosfære fra solen og energien som stråler ut i rommet igjen. Hun fortsatte å spille en konsekvent rolle i IPCC så vel som i separate internasjonale vurderinger av ozon. I 2002 ble hun invitert til å fungere som vitenskapelig leder for IPCC-rapporten om globale klimaendringer. Jeg visste at det ville bli et enormt arbeid og ville eksponere meg for den politiske sfæren på en mye mer intim måte, sier Solomon. Men hun gikk med på å gjøre det fordi hun visste å få land til å samarbeide om klimapolitikk ville avhenge av en felles forståelse av vitenskapen som er involvert: Hvis vi har vår egen vitenskap og saudierne og kineserne og russerne har hver sin vitenskap, er sjansene for diplomater som er enige om noe kommer til å bli ganske små.

Susan Solomon fant ut at de polare stratosfæriske skyene over Antarktis ga den isete overflaten som trengs for å starte kjeden av kjemiske reaksjoner som skaper et hull i ozonlaget. Tony Luong

I sin rolle i IPCC-rapporten jobbet Solomon med rundt 150 av de beste klimaforskerne i verden, og hjalp til med å syntetisere aktuell forskning relatert til klimaendringer. Å finne områder med konsensus krevde en blanding av vitenskap og diplomati. Du er der oppe og ringer til Sverige og Botswana og USA og hvem andre, og de kommer med poengene sine, og du må sørge for at det de foreslår stemmer overens med vitenskapen, sier hun. Du prøver å gjøre det klarere og tydeligere, spesielt for et bredt publikum. Og hvis det ikke er det de prøver å gjøre og de prøver å spille spill, må du stenge det ned på en grasiøs måte.

I 2007 produserte gruppen en tome i lærebokstørrelse, som Solomon holder over skrivebordet hennes, og som fikk oppmerksomhet for for første gang å si at oppvarmingen er utvetydig. (Solomon kom selv med den formuleringen, basert på forskernes grundige undersøkelse av forskningen.) Den sa også at mesteparten av oppvarmingen de siste 50 årene med stor sannsynlighet skyldtes menneskelig aktivitet. (Rapporten definerte svært sannsynlig som at konklusjonen var 90 % sikker.) Året rapporten ble publisert, delte IPCC og tidligere visepresident Al Gore Nobels fredspris for sin innsats. Et bilde på Salomons kontor viser Gore og medlemmer av IPCC-gruppen møte med president George W. Bush i det ovale kontor.

I årene som fulgte fortsatte Solomon å jobbe med klimaendringer. I 2009 publiserte hun en artikkel som viste at noen av effektene av karbondioksid, som tar lang tid å forsvinne fra atmosfæren, sannsynligvis er irreversible. Andre forskere hadde utført et sett med eksperimenter som modellerte hvor karbonet i atmosfæren for øyeblikket ville ende opp hvis utslippene stoppet opp. Etter å ha undersøkt dette arbeidet, la Solomon merke til at i alle modellene sank ikke jordas overflatetemperatur betydelig på tusen år, selv i fravær av nye karbondioksidutslipp. På en menneskelig tidsskala er tusen år ganske nær irreversibelt, sier hun. Jeg innså at den historien ikke hadde blitt fortalt tydelig nok i en enkel artikkel. Jeg ville også forstå hvorfor det var sant.

Hun konkluderte til slutt med at nøkkelfaktoren var havet, som er tregt til å varmes opp, men lagrer varme – og derfor varmer opp atmosfæren – i lange perioder. I tillegg fant teamet hennes at selv uten ytterligere utslipp av karbondioksid, ville havnivået også fortsette å stige i hundrevis av år. Og laboratoriet hennes ved MIT ville senere komme til en lignende konklusjon for selv kortlivede klimagasser som metan. Forskningen hennes reiser spørsmål om sårbare øynasjoner og kystbefolkninger fortsatt kan reddes fra konsekvensene av klimaendringer.

Det kommer mer havnivåstigning for Florida – og andre steder i verden – selv om vi slutter å slippe ut, sier hun.

I annet klimarelatert arbeid undersøkte Solomon og teamet hennes hvordan vulkanutbrudd påvirker ozonnedbrytningen. I 2011 fant de ut at selv utbrudd som ser ut til å forårsake skade bare på lokalt nivå, fortsatt kan kaste nok svovel inn i stratosfæren til å sette det i sirkulasjon der, hvor det kan få globale konsekvenser. Solomon var den første som så på virkningen av mindre vulkanutbrudd på klimaet, sier Catherine Wilka, en fjerdeårsstudent ved Salomons laboratorium, og nå har gruppen vår utvidet dette til å se på virkningen av disse utbruddene på kjemien til ozon. . Det viser seg at det ikke er mye vær i stratosfæren, så lette, små partikler fra vulkanutbrudd har en tendens til å bli der i lang tid. De gir mer overflate for reaksjonene som utløser ozonnedbrytning, lik prosessene som Solomon identifiserte for flere tiår siden på polare stratosfæriske skyer.

Hva ville Salomo gjøre?
Her er hennes råd om hvordan du kan gjøre fremskritt i å takle global oppvarming.

Etter å ha vist hvordan KFK-er lå bak det antarktiske ozonhullet, observerte Susan Solomon hvordan diplomater og forskere fra hele verden samarbeidet for å løse det. Hun identifiserte tre faktorer – hun kaller dem de tre P-ene – som må stemme for å tillate fremskritt med miljøproblemer. 1. Det må være personlig. Folk må føle at problemet påvirker dem i deres daglige liv. Hun sier at det begynner å skje med klimaendringene, i det minste i noen deler av verden - men ennå ikke i den utviklede verden i den grad som ville bringe poenget hjem. 2. Det må være merkbart. Vi gjør en bedre jobb på smog og sur nedbør og andre problemer vi kan se med egne øyne, sier hun. Øy-nasjoner som allerede har å gjøre med stigende havnivåer, minkende ferskvannsforsyninger og effektene av heftigere orkaner er mer motivert til å ta tak i klimaendringene i dag enn større nasjoner der klimaendringene har hatt mindre synlig innvirkning. 3. Strategien skal være praktisk. Folk må tro at løsninger finnes og er gjennomførbare. Det er for mye en oppfatning der ute om at alternativene til fossilt brensel er helt upraktiske, sier hun. Jeg ser flere og flere bevis på at det ikke er tilfelle. Bunnlinjen: å lykkes med klimaendringene vil kreve mer innovasjon – og mer utbredt forståelse av hvor alvorlig problemet er. Alternativer som vind, vannkraft og sol er allerede billigere enn fossil noen steder, men ikke overalt, sier Solomon. Men ettersom forskere fokuserer på å minimere karbonutslipp og forbedre metoder for å fange og lagre ren energi, sier hun, er det også viktig å engasjere seg i en bredere samtale om klimaendringer: Folk må forstå problemet bedre, for å kunne ha en felles diskusjon om klimaendringer. hva er i faresonen og hva vi som samfunn mener om hvor mye risiko er for mye.

Potensial for positiv endring
I 2016 publiserte Solomon det første papiret som viste klare tegn på at det antarktiske ozonlaget begynner å gro, takket være reduksjoner i utslippet av klorfluorkarboner. Det betyr at menneskelige befolkninger vil ha større beskyttelse mot ultrafiolett stråling, som er kjent for å forårsake grå stær, hudkreft og andre sykdommer. Og mens bildet av ozongjenvinning er komplisert av effektene av nylige vulkanutbrudd, viste Solomons papir at hvis vi fjerner den effekten, er ikke ozonnedbrytningen så ille som den pleide å være, sier Salawitch. Dusinvis av andre papirer har nå gitt bekreftende bevis, legger han til, og vi kan komme med ganske definitive utsagn om at det antarktiske ozonhullet er på vei til utvinning.

Faktisk er ozongjenvinning en av miljøsuksesshistoriene som Solomon fremhever i undervisningen. Megan Lickley, SM ’12, en fjerdeårs PhD-student som jobber med Solomon, sier de snakker mye om hvorvidt tidligere suksesser er nyttige for å forstå hva som kan skje med klimaendringer, dagens mest presserende problem. Hun legger til at Solomon er engasjerende og ekstremt flink til å få folk til å snakke om sine tolkninger av politiske argumenter og hva som kan gjøres i fremtiden.

Hvis vi har vår egen vitenskap og saudierne og kineserne og russerne har hver sin vitenskap, vil sjansen for at diplomatene blir enige om noe være ganske liten.

Nye nyheter knyttet til globale klimaendringer har vært dystre – fra den raske økningen i havnivået til katastrofale skogbranner i California. den amerikanske regjeringen fjerde nasjonale klimavurdering , utgitt av Trump-administrasjonen fredagen i Thanksgiving-helgen i 2018, advarte om at hvis det ikke tas betydelige skritt for å redusere utslippene, vil verden oppleve stadig farligere hetebølger, branner, flom og orkaner. Disse hendelsene vil sannsynligvis forårsake avlingssvikt, hyppigere skogbranner og alvorlige forstyrrelser i forsyningskjeder og handel. Til sammen kan endringene redusere BNP til USA alene med 10 % innen 2100.

Men selv i møte med nedslående data, fortsetter Solomon å fokusere på å finne ut hvordan man kan fikse ting. Hun forteller studentene at det å komme seg frem med klimaendringer avhenger av å få folk til å forstå hvordan problemet vil påvirke dem personlig – og tro at det finnes praktiske løsninger. Og hun er håpefull om fremgangen hun ser.

Klimaendringene vil ikke bli løst før alternative energier blir mer utbredt, men de blir allerede tatt i bruk i et utrolig forbløffende tempo, sier hun. Riktignok er det kanskje ikke så raskt som det trenger å være for å holde temperaturen på halvannen grad – det ville virkelig vært herkulisk. Men vi kan bøye oppvarmingskurven.

Solomon bemerker at selv om sol- og vindkraft ennå ikke er konkurransedyktig i mange deler av USA, mange andre steder blir alternativer med ren energi billigere enn fossilt brensel. Selvfølgelig er det mye mer arbeid å gjøre. Innovasjon må fortsette å redusere kostnadene ved ren energi og forbedre batteriteknologien som trengs for å lagre den. Og utfordringen med å konvertere eksisterende infrastruktur til renere strømkilder vil være enorm.

Det kommer ikke til å være umiddelbart, men det skjer, sier hun. Ting endrer seg i riktig retning.

gjemme seg