Hurricane Force: Kan tropiske sykloner stoppes?


Tropiske sykloner, eller orkaner som de er kjent i områdene som grenser til Atlanterhavet, er blant naturens eldste manifestasjoner, i stand til å frigjøre så mye energi som 10.000 atombomber. Orkanen Katrina nivellerte New Orleans og Mississippi-gulfkysten og forlot mer enn 1800 mennesker døde; Tyfon Morakot drepte flere mennesker og gjorde mer skade på Taiwan enn noen annen storm der i innspilt historie; og Cyclone Nargis ødela Myanmar (Burma) og resulterte i minst 146 000 dødsfall. Kan da

Tropiske sykloner, eller orkaner som de er kjent i områdene som grenser til Atlanterhavet, er blant naturens eldste manifestasjoner, i stand til å frigjøre så mye energi som 10.000 atombomber. Orkanen Katrina nivellerte New Orleans og Mississippi-gulfkysten og forlot mer enn 1800 mennesker døde; Tyfon Morakot drepte flere mennesker og gjorde mer skade på Taiwan enn noen annen storm der i innspilt historie; og Cyclone Nargis ødela Myanmar (Burma) og resulterte i minst 146 000 dødsfall.
Kan dannelsen av disse stormsystemene bli temperert eller til og med arrestert av tekniske midler?
I løpet av juni, en plan for å redusere alvorlighetsgraden og frekvensen av orkaner lekket til offentligheten i form av en patentsøknad under Bill Gates navn (sammen med mange andre), gjenopplivende spekulasjoner om et system som er blitt foreslått av og til siden 1960-tallet. Kjernen til ideen forblir den samme: blande det varme overflatevannet som brenner tropiske sykloner med kaldere farvann under for å tømme stormer av deres energi. Men nå presenterer Stephen Salter en emeritusprofessor for ingeniørdesign ved University of Edinburgh en ny og muligens mer realistisk metode for blanding.
Salter har skissert i et teknisk papir designen for en flytende konstruksjon med en diameter på 100 meter - i utgangspunktet en sirkulær flåte av sammenhengende brukte dekk (for å redusere kostnadene). Det ville støtte et tynt plastrør 100 meter i diameter og 200 meter i lengde. Når den blir utplassert i det åpne hav, vil røret hengge vertikalt, synke gjennom de varme, godt blandede øvre delene av havet og avslutte i en dypere del av vannsøylen kjent som termoklinen, der vanntemperaturen faller nedfelt. Poenget med dette designet er å overføre varmt overflatevann til de dypere, kjøligere havområdene, blande de to sammen og forhåpentligvis kjøle havflaten. Salters design er relativt enkel, med minimum materiale for å gjøre konstruksjonen av hver av sine enheter billig (millioner brukte dekk blir kastet bort hvert år, verdensomspennende); hans ordningen ville også kreve distribusjon av hundrevis av disse enhetene.
Ved å bruke horisontal bølgeaktivitet ved havflaten vil passive returventiler fange opp energi ved å lukke etter at en bølge har passert dem, slik at det sirkulære indre av hver enhet kan øke nivået av sjøvannet i enheten med i gjennomsnitt 20 centimeter. Vekten av det oppsamlede varme vannet vil derved skape nedadgående trykk og skyve det ned i røret.
Tanken er at hundrevis av disse flytende bølgedrevne sjøvannspumper vil bli deployert året rundt på områder som den østlige tropiske Atlanterhavet og Mexicogolfen, hvor orkaner vanligvis gyter eller vokser i intensitet. (Enhetene vil ikke, så vidt spekulert, bare bli utplassert på banen til en orkan som allerede er dannet.)
Salter sier at han var inspirert til å oppfinne sin enhet etter å ha sett skaden som ble gjort av Katrina. "Jeg ble kalt til et møte på [Intellectual Property Firm] Intellectual Ventures hvor de ønsket å snakke i orkaner, og de var veldig entusiastiske over det, sier han.
Pumper har blitt kalt Salter Sink av firmaet, som patenterte dem. Bill Gates var i sesjonen der Salter foreslo pumper, ifølge Intellectual Ventures CEO Nathan Myhrvold, og det er selskapets policy å liste som forfattere alle tilstede på en brainstorming på patenter som er arkivert som følge av det.
Biologisk produktivitet kan være bivirkning
Ved å blande varmt vann i sjøoverflaten med det kaldere vannet under hele året, mener Salter at disse pumpene kan holde overflatetemperaturen under 26, 5 grader Celsius-terskelen, over hvor frekvensen og alvorlighetsgraden av orkaner øker markant. Salter og noen av hans medforfattere på det opprinnelige patentet tror pumpen kan til og med øke den biologiske produktiviteten til havene der den blir brukt, fordi den vil blande næringsrikt, dypt vann med varmt, relativt næringsfattig overflatevann. Næringsstoffer fra dypere deler av havet vil bli brakt innenfor 100 meter fra overflaten, det dypeste som sollyset kan trenge inn og kraften til fotosyntetisk plankton som er foten av havets matkjede. Dette ville være en velsignelse for å fiske populasjoner i de økologisk uproduktive "biologiske ørkenene" av tropiske hav hvor orkaner spiste og enhetene ville bli utplassert. På disse områdene forekommer lite blanding og populasjoner av plankton - og derfor fisk - er begrenset av tilgjengelige næringsstoffer.
Ricardo Letelier, en mikrobiell oceanograf ved Oregon State University, påpeker imidlertid at virkningene av økende tilgjengelige næringsstoffer i havet kan være uforutsigbare. "Hvis du skulle holde pumpene løpende kontinuerlig ... kan du tillate fytoplankton å blomstre, " sier han. "Hvis du gjør det for lenge, får du et suksessmønster der grazere tar over og resirkulerer næringsstoffer. Og det er et av problemene vi har hatt med jerngjødseleksperimenter - responsen til biologiske systemer er ikke lineær."
Og Letelier advarer om at dypt havsvann inneholder mye mer oppløst CO2 enn overflatevann gjør, fordi utløper plankton synke i vannsøylen, nesten som rottende blader på en skoggulv. I tillegg øker oppløseligheten av CO2 i vann med dybde og redusert temperatur. Som et resultat vil blanding av de to lagene i havet uunngåelig føre til betydelig overføring av CO2 fra den største karbonvasken på jorden - havet - til atmosfæren. Prosessen ligner på hva som skjer når du åpner en karbonisert drikk. Trykkfallet fører til at oppløst CO2 kommer ut av løsningen og kommer inn i luften.
Er den termiske effekten tilstrekkelig til å avbryte fledgling stormer?
Selv om pumpen skulle lykkes, ville det ha liten effekt på havflatenes temperatur, sier Bill Smyth, en fysisk oceanograf og medlem av Ocean Mixing Group ved Oregon State Universitys College of Oceanic and Atmospheric Sciences. Det er fordi de første 20 til 100 meter fra havet over termoklinen allerede er så godt blandet.
"Hvis du tar 20 gigawatt av varme fra overflaten, tror du det må avkjøle det, men det er ikke nødvendigvis sant, sier Smyth. "Det som faktisk skal gjøres, er å øke grunnlaget for det blandede laget. Hvis basen er på 50 meter, og du pumper bort øvre meter av havet, vil det blandede laget da strekke seg ned til 49 meter. Det er ikke slik at 20 gigawatt forsvinner i tynn luft. Det er bare at det ikke gjør noe nyttig når det gjelder å endre sjøoverflatetemperaturen. "
Salter regner med at mange av områdene hvor pumpene hans skulle bli brukt, som for eksempel Karibia, har termoklinjer som starter i dybder som grunne som 10 til 15 meter under overflaten, og krever dermed betydelig mindre pumping for å fjerne varmtvann fra øverste lag.
"Det ville bare bety at du måtte pumpe lenger, men da ville effekten vare mye lenger, " sier Salter.
Er havet termiske systemer bare for stor for denne teknikken?
Letelier mener at på grunnlag av Salters nåværende plan vil omfanget av enhver distribusjon som ville ha tilstrekkelig effekt på havtemperaturer for å endre orkaner være uopprettelig stor. Og han kan vite hvor han snakker om, fordi han har samarbeidet om en annen havpumpesystem som involverer lange meter lange plastrør laget for å suge vann fra dypet. Det prosjektet mislyktes etter bare 48 timer i 2006 i Hawaii, men likevel blir det fortsatt forfulgt av et selskap som heter Atmocean.
"Jeg ville ikke bli overrasket om du i Salter-arbeidet ville trenge minst en av disse pumper per kvadratkilometer bare for å gjøre et hull, " sier Letelier. "Det er en stor innsats. Du kan ikke gjøre det, i utgangspunktet."
Men Salter anslår at den gjennomsnittlige årlige overføringshastigheten til saltervask fra havflaten til dypet ville være 150 kubikkmeter sjøvann per sekund, eller 9, 5 gigawatt av kraft, tilsvarende 10 store atomkraftverk eller kullkraftverk (selv om denne termiske energien har vist seg vanskelig å høste). Så, i denne hastigheten beregner han at for orkanforandring ville planen kreve hundrevis av vasker, og ikke de millioner som er foreslått i andre oseaniske pumpesystemer, inkludert en som Letelier var involvert i.
Deretter er det skjærstrømmene
En annen bekymring er skjærstrømmer. Jonathan Nash, en oceanograf ved Oregon State, som også er en del av Ocean Mixing Group, påpeker at ved grensesnittet til havets varme overflatevann og kjøligere vann under et bredt spekter av konkurrerende og forsterkende undervannsstrømmer, forårsaker kraftige skjærestrømmer hvor forskjellige lag av havet beveger seg motsatt hverandre ved hastigheter som strekker seg fra 20 til 50 centimeter per sekund.
"Disse strømmene vil ta dette røret og skyve det sidelengs. Det blir flatt hvor skjærlaget eksisterer, " sier Nash.
Salter avers at det ville være mulig å lage et nedadgående rør laget av stivere materialer, men selv en ekstremt sterk struktur er kanskje ikke nok, sier Letelier.
"I det åpne havet er mengden av skjær som fortsetter i de øvre 50 meter av vannsøylen - det blandede laget - de er utrolige krefter, " sier Letelier. "En 100 meters diameter og 100 meters dyp system i havet er en stor vegg mot disse strømmene."

Det neste trinnet: penger
Til tross for deres bekymringer om planen, synes både Smyth og Letelier det er verdt å gjøre mer arbeid for å løse problemene i det eksisterende forslaget. Dessverre har midler til å faktisk bygge en av Salters enheter ennå ikke materialisert. "Vi gjør tidlig prototyper for å teste ideen, men vår forretningsmodell er oppfinnelse, " sier Intellectual Ventures-talsmann Shelby Barnes. "Vi er ganske enkelt ikke finansiert for å gjøre det neste nivået av grundig forskning som trengs, men våre oppfinnere ville være interessert i å samarbeide om det var flere ressurser."
Intellektuelle Ventures bygger faktisk ikke noen av de ideene den patenterer, til tross for Myhrvolds store formuer og andre som er involvert, noe som betyr at en villig lisenshaver måtte ta på prosjektet.
En bruk av fremtidige versjoner av Salter Sink kan være eksperimenter som undersøker responsen til de mikrobielle samfunnene i havet til blanding. Hvis Salter sink skulle utvikles til en praktisk geoengineering ordningen, ville foreløpige eksperimenter av denne typen være absolutt nødvendig, sier Letelier.
"Det er noen ganske store hull i tenkningen som må lappes opp, sier Smyth. "I naturvitenskap prøver vi ikke å si at noe er umulig eller traff på noen sin lyse ide, men fjerner hele vindblandingslaget av havet - det er en stor oppgave."

Når det kommer til fotosyntese, utfører planter kvantumberegningOceanic Dead Zones Fortsett å spreAstronautene tar første biter av salat vokst i rommetSoaring City SlickersVil fornyet interessen for kjernefysisk kraft gjenopplive uranindustrien?Hva er neste for NASAs nye astronautklasse?Gå FjerdeTopp Sci / Tech Gaver 2003