Abstrak
Estimasi berdasarkan data historis menempatkan probabilitas letusan gunung berapi yang dahsyat dalam 100 tahun ke depan sekitar satu dari enam. Letusan gunung berapi yang besar dapat menyebabkan pendinginan global yang signifikan selama 2–4 ​​tahun, dengan dampak yang berpotensi menghancurkan pada pertanian global. Pada prinsipnya, dampak negatif dari pendinginan yang disebabkan oleh gunung berapi dapat dikurangi dengan emisi yang disengaja dari bahan kimia berumur pendek dengan intensitas gas rumah kaca yang tinggi ke atmosfer. Artikel ini mengkaji kelayakan fisik konsep ini untuk berbagai macam polutan iklim berumur pendek, dengan menggunakan industri kimia global sebagai konteksnya. Emisi yang disengaja dari setiap spesies kimia yang diketahui akan membutuhkan gigaton material, yang harus diproduksi dan disimpan jauh sebelum peristiwa vulkanik. Biaya dari usaha ini akan sangat besar. Selain tantangan logistik yang menakutkan ini, berbagai ketidakpastian dan komplikasi lain yang terkait dengan konsep ini dibahas.

1. PENDAHULUAN
Perhatian yang luas telah diberikan pada pemanasan global yang diakibatkan oleh emisi gas rumah kaca (GRK) antropogenik. Peningkatan suhu global bersih sebesar 1–3°C diperkirakan akan terjadi terkait dengan emisi kumulatif ratusan gigaton (Gt) CO2 dan GRK lainnya. Tantangan besar yang terkait dengan pencapaian pengurangan emisi GRK yang mendalam telah mendorong minat pada geoengineering, di mana modifikasi yang disengaja dilakukan pada biosfer untuk mengurangi dampak pemanasan global. Salah satu strategi geoengineering yang mungkin adalah injeksi aerosol stratosfer (SAI), yang dengannya aerosol akan ditempatkan di stratosfer dengan tujuan meningkatkan albedo bumi. 1 , 2

Kebijaksanaan dan logistik SAI sangat kontroversial, tetapi dasar fisik konsep ini untuk pendinginan pada skala yang relevan dengan iklim tidak ambigu dari pengamatan alami yang terkait dengan letusan gunung berapi. 3 Contoh modern yang paling terkenal adalah letusan Gunung Pinatubo pada tahun 1991. Letusan ini mengeluarkan sekitar 20 juta ton (Mt) SO 2 . 4 Injeksi alami SO 2 ke stratosfer ini menyebabkan penurunan suhu rata-rata bumi sekitar 0,5 °C selama periode 1–2 tahun. 5

Pengamatan yang meresahkan dari sejarah letusan gunung berapi besar adalah bahwa Gunung Pinatubo relatif kecil dibandingkan dengan letusan lain dalam sejarah manusia. Setidaknya ada 20 letusan dengan injeksi sulfur vulkanik yang lebih besar ke stratosfer (VSSI) daripada Gunung Pinatubo dalam 1000 tahun terakhir. 6 Letusan Tambora pada tahun 1815 memiliki VSSI ~3,5× lebih besar dari Gunung Pinatubo dan menyebabkan pendinginan global yang signifikan pada tahun 1816 dan 1817, termasuk gagal panen di seluruh Amerika Utara dan Eropa. 6 Letusan Okmok II Gunung Okmok pada tahun 43 SM diperkirakan telah mengeluarkan 50 km3 material dan menyebabkan dua tahun terdingin dalam 2500 tahun terakhir. 7 Suhu musiman pada tahun-tahun ini di Mediterania diperkirakan mencapai 7°C di bawah normal, bertepatan dengan kelaparan yang meluas dan kerusuhan sosial. 8 Letusan gunung berapi yang sama pada tahun 2008, meskipun jauh lebih kecil daripada Okmok II, terjadi hanya dengan peringatan beberapa hari. 9 Letusan Toba Termuda, yang terjadi sekitar 75.000 tahun yang lalu, diperkirakan telah mengeluarkan 2.000–13.000 km 3 ejecta dalam letusan yang berlangsung selama 9–14 hari, 10 menyebabkan pendinginan global hingga 4°C selama beberapa tahun di Asia dan Amerika Utara tetapi pendinginan yang tidak terlalu parah di Afrika. 11 Telah dikemukakan bahwa letusan Toba Termuda dikaitkan dengan hambatan genetik yang signifikan dalam perkembangan manusia karena kematian hampir semua manusia di planet ini, 12 meskipun gagasan ini telah diperdebatkan. 13

Perkiraan berdasarkan data historis telah menempatkan kemungkinan terjadinya letusan gunung berapi yang dahsyat pada abad berikutnya pada angka satu dari enam. 6 , 14 Letusan seperti ini di masa mendatang akan terjadi tanpa peringatan dan berpotensi menimbulkan konsekuensi ekonomi dan sosial yang dahsyat. Daerah sekitar letusan akan mengalami dampak akut dan potensi tekanan ekonomi. Dalam skala global, pendinginan global yang signifikan dapat memicu penurunan hasil panen secara luas, yang berpotensi memicu kekurangan pangan dan bentuk ketidakstabilan ekonomi lainnya. 6 , 14

Waktu yang tidak dapat diprediksi tetapi cepat dari letusan gunung berapi besar di masa depan dan potensi gangguan yang kuat dalam kesejahteraan manusia dan perdagangan internasional akan mengingatkan beberapa pembaca tentang pandemi COVID-19. Dua pengamatan dari pandemi COVID-19 tampaknya relevan dengan peristiwa vulkanik di masa depan. Pertama, pemerintah dan masyarakat bersedia untuk mempertimbangkan berbagai pendekatan yang dapat mengurangi krisis yang muncul dengan cepat, bahkan jika beberapa dari pendekatan ini sebelumnya tampak tidak terpikirkan. Kedua, selama krisis seperti itu, banyak orang dalam penelitian dan pengembangan dan operasi akademis dan industri mengalihkan perhatian mereka ke solusi teknologi potensial untuk risiko nyata dan yang dipersepsikan. Karena ketidakpastian yang terkait dengan tahap awal krisis yang berubah dengan cepat sangat tinggi, upaya apa pun yang dapat mengurangi ketidakpastian ini dapat berharga dalam menyalurkan niat positif dari komunitas peneliti yang luas ini.

Artikel ini membahas kelayakan sebuah ide yang hampir pasti akan dipertimbangkan segera setelah letusan gunung berapi yang mengubah dunia, yaitu rekayasa geo atmosfer bumi yang disengaja untuk “membatalkan” atau mengurangi efek jangka pendek dari pendinginan global. 15 Mengesampingkan pertanyaan tentang kelayakan fisik, mudah untuk membayangkan keberatan yang kuat terhadap pendekatan semacam itu. Banyak orang menganggap gagasan untuk secara sengaja memanipulasi iklim bumi sebagai kesombongan atau menjijikkan secara moral. Yang lain akan khawatir bahwa dampak variasi iklim jangka pendek pasti akan heterogen secara geografis, yang berpotensi memperburuk dilema geopolitik atau kemanusiaan. Juga akan ditunjukkan bahwa beberapa pendinginan global moderat akan membalikkan efek pemanasan global yang didorong oleh GRK, suatu hasil yang akan disambut baik oleh sebagian orang. Namun demikian, dalam situasi di mana ada kemungkinan kekurangan pangan global yang tidak nol, tampaknya mungkin bahwa setidaknya beberapa negara-bangsa atau organisasi non-pemerintah akan mengesampingkan sementara kekhawatiran serius ini. Oleh karena itu, penting untuk mempertimbangkan apakah rekayasa geo “darurat” semacam ini layak secara teknis.

Analisis di bawah ini mempertimbangkan situasi di mana letusan gunung berapi besar tampaknya akan menurunkan suhu global sebesar 2–3°C selama periode 2–4 tahun, dengan dampak yang parah pada pertanian global. Pendekatan geoengineering yang melibatkan pelepasan gas secara sengaja ke atmosfer diperiksa dengan tujuan memberikan “denyut” pemanasan global sebesar ~1°C yang berlangsung selama 2–4 ​​tahun tetapi tidak berlanjut setelah periode tersebut. Akan sangat penting bahwa pendekatan semacam itu dapat dihentikan (atau menghentikan dirinya sendiri) setelah skala waktu yang singkat ini untuk menghindari membuat pemanasan global jangka panjang dari emisi GRK antropogenik lebih buruk daripada yang sudah diperkirakan. Cakrawala waktu yang pendek untuk aktivitas ini membuatnya berbeda dalam karakter dari apa yang telah disebut “counter-geoengineering” oleh Parker et al., di mana tindakan akan diambil untuk mengurangi dampak geoengineering surya pada skala waktu dekade. 16 Pendekatan ini juga berbeda dari apa yang Cassidy et al. digambarkan sebagai “geoengineering gunung berapi” yang berupaya untuk secara langsung mengubah kondisi gunung berapi yang masih aktif atau letusannya .

2 PELUNCURAN METANA SECARA SENGAJA SEBAGAI AGEN PEMANASAN GLOBAL JANGKA PENDEK
Kendala kuat yang ada dengan upaya potensial apa pun untuk mencapai pemanasan global jangka pendek (2–4 tahun) pada skala relevan iklim (1°C) dapat diilustrasikan dengan memeriksa sifat-sifat metana sebagai GRK. Metana memiliki intensitas GRK yang lebih tinggi daripada CO 2 , tetapi karena waktu hidupnya yang terbatas di atmosfer, dampaknya terhadap pemanasan bervariasi tergantung pada cakrawala waktu yang diinginkan. Pemanasan global yang bergantung waktu yang terkait dengan denyut besar metana yang dipancarkan telah dimodelkan oleh Allen et al. 18 Mereka menunjukkan bahwa emisi 1 miliar ton CH 4 akan memberikan kontribusi pada suhu rata-rata global yang mencapai puncaknya pada ~0,06°C setelah 10 tahun dan hanya meluruh hingga setengah dari nilai ini setelah ~30 tahun. Skala waktu ini jauh lebih lama daripada skala waktu yang mungkin terkait dengan pendinginan global dari letusan gunung berapi besar.

Untuk menempatkan potensi pemanasan metana dalam konteks ketersediaan sumber daya, produksi gas alam di seluruh dunia pada tahun 2020 adalah ~3 miliar ton (~4000 miliar m 3 ). 19 Ini berarti bahwa bahkan jika keseluruhan produksi gas alam dunia selama setahun dilepaskan langsung ke atmosfer, sebuah skenario yang akan memiliki dampak negatif yang menghancurkan pada pembangkitan energi dan ekonomi global, pemanasan global yang dihasilkan akan mencapai puncaknya pada ~0,18°C 10 tahun kemudian. Perkiraan ini menunjukkan bahwa metana sama sekali tidak cocok sebagai agen penghangat untuk melawan pendinginan vulkanik dalam dua cara: skala waktu dari efek pemanasan globalnya jauh lebih lama daripada pendinginan vulkanik, dan pemanasan bersih yang terkait dengan pelepasan metana yang cepat pada skala yang dapat dibayangkan terlalu kecil.

3 PEMASANGAN POLUTAN IKLIM JANGKA PENDEK SECARA SENGAJA UNTUK MENGURANGI PENDINGINAN GUNUNG BERAPI
Ada banyak molekul dengan potensi pemanasan global yang memiliki masa hidup pendek di atmosfer, disebut polutan iklim jangka pendek (SLCP). 18 Untuk sebagian besar spesies non-CO 2 , fraksi molekul yang tersisa yang ada di atmosfer pada waktu t , R ( t ), setelah pulsa emisi pada t  = 0 mengikuti peluruhan eksponensial sederhana, R ( t ) = exp(− t/τ ), di mana τ adalah masa hidup spesies tersebut. Masa hidup metana adalah 11,8 tahun. Masa hidup spesies lain sangat bervariasi. Di antara klorofluorokarbon (CFC), misalnya, CFC-13 (CClF 3 ) memiliki masa hidup 640 tahun dan CFC-1112 (CClF = CClF) memiliki masa hidup hanya 0,019 tahun. 20

Potensi pemanasan spesies kimia ditentukan oleh efisiensi radiatifnya, A. CO2 dan metana memiliki efisiensi radiatif sebesar 1,33 × 10−5 dan 3,88 × 10−4 W  m −2  ppb −1 . 20 CFC yang disebutkan di atas memiliki efisiensi radiatif yang jauh lebih tinggi sebesar 0,278 W m −2  ppb −1 (CFC-13) dan 0,013 W m −2  ppb −1 (CFC 1112). Efisiensi radiatif dan masa hidup >240 SLCP telah ditabulasikan oleh Panel Antarpemerintah tentang Perubahan Iklim (IPCC). 20

Keberadaan spesies dengan masa hidup pendek dan intensitas radiasi tinggi relatif terhadap metana menunjukkan SLCP sebagai kandidat potensial untuk mengurangi pendinginan vulkanik. Konsep ini tampaknya pertama kali dieksplorasi oleh Fuglestvedt, Samset, dan Shine, yang melaporkan simulasi dengan model sistem bumi yang mengasumsikan SLCP hipotetis dengan pemaksaan radiasi yang sama seperti CFC-11 (0,25 W m −2  ppb −1 ). 15 Model Fuglestvedt et al. memperkirakan bahwa banyak efek pendinginan yang terkait dengan letusan tiga kali ukuran kejadian Gunung Pinatubo tahun 1991 dapat diimbangi dalam Tahun 2–6 setelah letusan oleh emisi SLCP, meskipun wilayah dengan perubahan presipitasi yang nyata tetap berada di dekat ekuator. Model-model ini mengasumsikan emisi SLCP yang cukup untuk mencapai konsentrasi 35 ppb di atmosfer.

Meskipun simulasi sistem bumi penuh dapat memberikan informasi granular yang berguna seperti respons musiman dan regional dalam suhu dan presipitasi, adalah mungkin untuk menilai dampak potensial SLCP secara efektif dengan mempertimbangkan potensi pemanasan total berbagai SLCP dalam menanggapi denyut emisi. Untuk tujuan ini kami menggunakan pendekatan yang sama seperti Allen et al., 18 yang memperkirakan potensi pemanasan global absolut yang bergantung pada waktu, AGTP( t ), dalam K ppb −1 menggunakan

dengan c 1  = 0,631 K W −1  m 2 , c 2  = 0,429 K W −1  m 2 , d 1  = 8,4 tahun, dan d 1  = 409,5 tahun. Untuk pulsa SLCP dengan berat molekul M  g mol −1 berukuran P  g, perubahan rata-rata konsentrasi spesies di atmosfer dalam ppb adalah

di mana 0,177 × 10 21 adalah jumlah mol udara di atmosfer. 21 Perubahan suhu global rata-rata dalam K pada waktu t karena pulsa emisi ini adalah

Perubahan suhu global bersih dihitung seperti dijelaskan di atas untuk tiga SLCP, HFC-152a, HFC-134a, dan kloroform, dengan asumsi emisi pulsa 100 Mt, ditunjukkan pada Gambar 1. Hasil ini konsisten dengan perhitungan Allen et al., yang menunjukkan hasil analog dengan asumsi pulsa 180 Mt untuk HFC-152a dan 24,8 Mt untuk HFC-134a. 18 Berguna untuk menunjukkan waktu di mana pemanasan maksimum terjadi dengan t max . Bentuk Persamaan ( 1 ) berarti bahwa t max menurun dari 4 τ ketika t  = 0,2 menjadi 1,6 τ ketika t  = 3 tahun (lihat Gambar S1 ). Pengamatan ini memiliki implikasi penting untuk memilih SLCP potensial untuk mengurangi pendinginan vulkanik, karena bahkan spesies dengan masa hidup sesingkat 1,6 tahun (nilai τ untuk HFC-152a) menyebabkan pemanasan bersih selama 5 tahun atau lebih, yang kemungkinan lebih lama dari durasi peristiwa pendinginan vulkanik. SLCP dengan masa hidup yang lebih panjang memiliki pemanasan bersih yang jauh lebih kuat bahkan untuk spesies dengan efisiensi radiatif yang sama, A . Ini diilustrasikan dalam Gambar 1 , di mana pemanasan maksimum dengan ukuran pulsa tetap HFC-134a ( t  = 10,0 tahun) adalah 24,7 kali lebih besar daripada dengan kloroform ( t  = 0,501 tahun), meskipun efisiensi radiatif HFC-134a hanya 2,26 kali lebih besar daripada kloroform.

GAMBAR 1
Buka di penampil gambar
Kekuatan Gambar
Perubahan suhu global dengan asumsi emisi pulsa 100 Mt untuk HFC-134a (hijau), HFC-152a (merah), dan kloroform (biru).
Contoh-contoh yang ditunjukkan pada Gambar 1 menunjukkan pemanasan global bersih <0,3 K, yang terlalu kecil untuk mengurangi peristiwa vulkanik besar karena pilihan sewenang-wenang untuk melepaskan 100 Mt setiap SLCP. Untuk memahami apakah ada SLCP yang mungkin memiliki rentang properti yang tepat, lebih berguna untuk menanyakan seberapa besar pulsa emisi yang diperlukan untuk mencapai pemanasan global maksimum 1 K, nilai yang relevan untuk mengurangi peristiwa vulkanik besar. IPCC telah melaporkan properti ~240 SLCP. 20 Profil pemanasan dihitung untuk setiap SLCP yang dilaporkan dengan 0,5 <  τ  < 1,0 tahun. CFC dikecualikan dari analisis ini karena dampaknya yang diketahui pada penipisan ozon akan membuatnya tidak sesuai untuk dilepaskan secara sengaja. Ukuran emisi pulsa yang diperlukan untuk potensi pemanasan global maksimum 1 K ditunjukkan pada Gambar 2 . Model yang digunakan untuk menghitung hasil ini mengasumsikan bahwa perubahan suhu global sebanding dengan ukuran pulsa emisi, sehingga ukuran emisi untuk perubahan suhu lain yang menarik dapat dengan mudah ditentukan dari Gambar 2. Emisi pulsa terkecil di antara SLCP ini dengan t maks  <2 tahun adalah untuk 1,3,3,4,4-pentafluorosiklobutena, dengan ukuran pulsa 2,11 Gt. Jika rentang t maks yang dapat diterima dikurangi menjadi t maks  <1,5 tahun, maka ukuran pulsa terkecil adalah 5,34 Gt untuk 2,2,3,3,3-pentafluoropropan-1-ol.

GAMBAR 2
Buka di penampil gambar
Kekuatan Gambar
Ukuran emisi pulsa yang diperlukan untuk mencapai pemanasan global maksimum 1 K untuk polutan iklim jangka pendek (SLCP) dengan 0,5 <  τ  < 1,0 tahun, tidak termasuk klorofluorokarbon. Tiga SLCP dengan ukuran emisi >10 Gt tidak ditampilkan (HFC-161, dengan ukuran emisi 35 Gt, metil bromida, dengan ukuran emisi 88 Gt, dan HFE-347pc2, dengan ukuran emisi 14 Gt).
Keterbatasan dari hasil di atas adalah bahwa mereka hanya memeriksa SLCP yang datanya ditabulasi oleh IPCC. Jumlah spesies kimia berbeda yang dapat terbentuk bahkan dari pemilihan elemen atom yang terbatas dan membatasi perhatian pada berat molekul sedang sangat besar. 22 , 23 Oleh karena itu, ada kemungkinan bahwa beberapa SLCP yang saat ini tidak diketahui mungkin memiliki sifat yang jauh lebih baik daripada data yang ditunjukkan pada Gambar 2 dari perspektif yang menginduksi pemanasan global jangka pendek. Jelas dari pembahasan di atas bahwa SLCP untuk tujuan ini harus memiliki waktu hidup atmosfer 0,5 <  τ  < 1,0 tahun. Karena potensi pemanasan global sebanding dengan efisiensi radiatif, A , dalam Persamaan ( 1 ), pertanyaan yang relevan adalah seberapa besar A itu. Waktu hidup dan efisiensi radiatif semua SLCP yang ditabulasi oleh IPCC ditunjukkan pada Gambar S2 . Hanya ada empat spesies yang diketahui dengan A lebih besar dari 1 W m −2  ppb −1 , yang semuanya memiliki masa hidup antara 10 dan 100 tahun.

Pembahasan ini menunjukkan bahwa batasan yang wajar pada sifat “ideal” SLCP adalah dengan mengasumsikan spesies hipotetis dengan A  = 2 W m −2  ppb −1 , nilai yang 30% lebih besar daripada contoh terbesar yang diketahui pada Gambar S2 . Jika spesies ini memiliki masa hidup τ  = 0,5 tahun, yang sesuai dengan pemanasan maksimum setelah 1,5 tahun, emisi pulsa sebesar 0,277 Gt akan diperlukan untuk menghasilkan pemanasan maksimum sebesar 1 K.

4 APAKAH RILIS SLCP SECARA DISENGAJA PADA SKALA GIGATON LAYAK DILAKUKAN?
Komunitas penelitian dari latar belakang yang berbeda sering menggunakan satuan yang berbeda untuk pengukuran, yang dapat mempersulit tugas mengembangkan intuisi tentang kelayakan intervensi skala iklim. Literatur pemodelan sistem bumi, misalnya, sering mengukur emisi dalam teragram (Tg) atau Gt, di mana 1 Tg = 0,001 Gt = 1 Mt. Pekerjaan awal oleh Fuglestvedt et al. 15 mengasumsikan emisi SLCP tertentu pada skala Gt. Analisis yang disederhanakan di atas dari berbagai kemungkinan SLCP yang jauh lebih besar menunjukkan bahwa setiap SLCP yang dapat dibayangkan akan memerlukan emisi pada skala Gt untuk mengurangi efek vulkanik yang besar. Oleh karena itu penting untuk menanyakan apakah persyaratan ini dapat dipenuhi, bahkan dalam situasi “darurat planet” yang luar biasa.

Letusan gunung berapi besar pada dasarnya tidak dapat diprediksi. Analisis di atas dan simulasi sistem bumi yang lebih rinci dari Fuglestvedt et al. 15 memperjelas bahwa emisi skala Gt dari SLCP perlu dimulai dalam beberapa bulan setelah letusan besar untuk mengimbangi pendinginan gunung berapi secara signifikan. Mengingat penundaan yang tak terelakkan yang akan dihadapi dalam setiap tanggapan nasional atau internasional terhadap peristiwa semacam itu, SLCP yang relevan perlu diproduksi dan disimpan terlebih dahulu, bukan diproduksi setelah letusan. Apakah layak untuk menyimpan satu atau beberapa Gt dari SLCP selama periode dekade untuk mengantisipasi letusan gunung berapi di masa mendatang? Tolok ukur yang berguna untuk menjawab pertanyaan ini adalah Cadangan Minyak Strategis AS (SPR), yang menampung hingga 714 juta barel minyak di gua garam besar. 24 Massa minyak dalam jumlah ini, dalam angka bulat, adalah 100 Mt, yaitu 0,1 Gt. Dengan demikian, penyimpanan SLCP dalam jumlah yang relevan dengan iklim akan memerlukan pembuatan puluhan fasilitas dengan kapasitas penyimpanan yang mirip dengan SPR. Uraian ini sangat meremehkan kesulitan tugas ini, karena minyak yang disimpan dalam SPR adalah cairan pada kondisi sekitar yang sebagian besar tidak mudah menguap. Penting untuk menyimpan SLCP dalam kondisi yang tidak memungkinkan uap yang mudah menguap keluar, kemungkinan selama periode puluhan tahun. Singkatnya, menyimpan SLCP dalam jumlah yang cukup besar akan memerlukan investasi infrastruktur dalam skala yang akan membuat SPR terlihat sederhana.

Bahkan jika SLCP yang ditargetkan dapat disimpan dalam skala Gt, dapatkah bahan kimia tersebut diproduksi dalam jumlah yang cukup? Analogi yang berguna untuk mempertimbangkan pertanyaan ini adalah produksi bahan kimia komoditas oleh industri kimia global. Tabel 1 mencantumkan kapasitas produksi global tahunan untuk beberapa bahan kimia komoditas terbesar. Untuk menghasilkan jumlah Gt dari SLCP tertentu akan memerlukan pemasangan fasilitas kimia pada skala yang sama dengan seluruh kapasitas di seluruh dunia untuk satu atau beberapa bahan kimia komoditas ini, diikuti oleh pengoperasian fasilitas ini secara berkelanjutan selama beberapa dekade.

TABEL 1. Kapasitas produksi global untuk tujuh komoditas kimia dengan volume terbesar, menggunakan data tahun 2022 atau 2023. 25 – 31

Karakteristik utama bahan kimia komoditas adalah bahwa produksinya didorong oleh fokus tanpa henti pada minimisasi biaya. Oleh karena itu, biaya bahan kimia komoditas di dunia nyata dapat digunakan untuk menetapkan batasan bawah pada biaya produksi SLCP dalam jumlah yang relevan dengan iklim. Meskipun biaya bervariasi dari waktu ke waktu, harga benzena pada skala komoditas, dalam angka bulat, adalah $1 kg −1 . Produksi SLCP yang ditargetkan (misalnya, 1,3,3,4,4-pentafluorocyclobutene) kemungkinan akan jauh lebih rumit daripada membuat benzena, jadi tampaknya masuk akal untuk mengharapkan bahwa SLCP akan menelan biaya $5–10 kg −1 dalam skala besar (dan berpotensi jauh lebih banyak). Perkiraan ini menyiratkan bahwa biaya produksi 1 Gt SLCP yang ditargetkan kemungkinan akan menjadi setidaknya $5–10 triliun, yaitu, investasi berkelanjutan sebesar $250–500 miliar dolar per tahun jika upaya tersebut disebarkan selama periode 20 tahun. Tidak sulit untuk menemukan contoh pasar kimia di dunia nyata yang memiliki ukuran yang mirip dengan ini. Sebagai contoh, total nilai pasar dari tujuh komoditas kimia yang tercantum dalam Tabel 1 lebih dari $250 miliar per tahun jika setiap bahan kimia diperkirakan berharga $1 kg −1 . Meskipun demikian, biaya ini sangat besar dan setidaknya harus mengarah pada perdebatan sengit tentang apakah pengeluaran sejumlah besar ini akan menjadi salah satu penggunaan dana terbaik.

5 TANTANGAN LAIN YANG TERKAIT DENGAN EMISI SLCP DALAM SKALA BESAR YANG DISENGAJA
Analisis di atas difokuskan pada estimasi ukuran dan biaya emisi SLCP yang relevan dengan iklim, dengan menggunakan industri bahan kimia komoditas global sebagai titik perbandingan. Ukuran dan biaya tidak membuat emisi SLCP dalam skala besar yang disengaja menjadi mustahil, tetapi emisi tersebut sangat besar sehingga pendekatan ini tampak tidak layak mengingat realitas ekonomi dan politik. Namun, penting untuk dicatat bahwa ukuran dan biaya bukanlah satu-satunya faktor yang membuat strategi ini menantang. Bagian ini secara singkat mempertimbangkan beberapa aspek lain yang dapat membuat emisi SLCP menjadi bermasalah.

Kritik yang jelas terhadap emisi SLCP yang direncanakan adalah bahwa kimia atmosfer bersifat kompleks dan konsekuensi negatif yang tidak secara langsung terkait dengan pemanasan jangka pendek harus dipertimbangkan. Efek negatif CFC pada ozon stratosfer merupakan pelajaran tentang konsekuensi yang tidak diinginkan yang terkait dengan emisi bahan kimia antropogenik ke atmosfer. Setiap pertimbangan di masa mendatang tentang penggunaan SLCP untuk mengurangi pendinginan global jangka pendek perlu memahami dengan saksama dampak lain yang terkait dengan kimia atmosfer. Tantangan ini juga ditekankan oleh Fuglestvedt et al. 15

Komplikasi kedua yang terkait dengan emisi SLCP skala besar muncul dari potensi pengotoran kimia dalam SLCP target. SLCP spesifik sering kali merupakan anggota keluarga besar molekul yang memiliki struktur dan stoikiometri yang sangat mirip tetapi masa hidup atmosferik yang sangat bervariasi. Contohnya diberikan dalam Tabel 2 , yang mencantumkan 12 hidrofluorokarbon C3 , termasuk HFC-263fb ( τ  = 1,1 tahun). Karena produksi skala besar dari SLCP spesifik apa pun memiliki risiko juga menghasilkan sejumlah kecil spesies yang secara kimia serupa, penting untuk memahami potensi risiko iklim atau lingkungan yang terkait dengan pengotoran ini.

TABEL 2. Rumus kimia dan umur atmosfer hidrofluorokarbon 12 C 3 , menggunakan data IPCC. 20

Contoh dampak potensial dari pengotor SLCP ditunjukkan pada Gambar 3 , menggunakan emisi HFC-263fb dengan ukuran pulsa yang dipilih untuk menghasilkan pemanasan global puncak 1 K sebagai contoh. Gambar 3 juga menunjukkan profil pemanasan yang terkait dengan dua skenario di mana pulsa yang dipancarkan mencakup pengotor yang diasumsikan memiliki efisiensi radiatif yang sama dengan HFC-263fb demi kesederhanaan. Skenario pertama mengasumsikan bahwa 1% dari pulsa adalah spesies pengotor dengan τ  = 10 tahun. Dalam kasus ini, pemanasan bersih relatif terhadap situasi untuk HFC-263fb murni adalah minor. Skenario kedua mengasumsikan bahwa 1% dari pulsa adalah spesies pengotor dengan τ  = 10 tahun dan bahwa 1% dari pulsa adalah spesies pengotor kedua dengan τ  = 100 tahun. Dalam kasus ini, pemanasan global bersih setelah 25 dan 50 tahun masing-masing adalah 0,2 dan 0,1 K. Kontribusi jangka panjang ini cukup besar sehingga harus menjadi perhatian serius. Skenario-skenario ini menunjukkan bahwa penting untuk memahami ketidakmurnian yang mungkin timbul dalam produksi SLCP yang memiliki masa hidup atmosfer yang panjang. Upaya dapat dilakukan untuk meminimalkan dampak ketidakmurnian ini, misalnya, dengan menggunakan strategi pemisahan yang dikalibrasi dengan cermat, 32 tetapi teknik-teknik ini perlu dikembangkan jauh sebelum penggunaan skala besar apa pun. Mencapai tingkat kemurnian yang lebih tinggi untuk SLCP tertentu pasti akan meningkatkan biaya yang terkait dengan produksi, dan keputusan mengenai trade-off antara biaya-biaya ini dan dampak yang tidak diinginkan dari ketidakmurnian harus mempertimbangkan serangkaian faktor yang kompleks. Pembahasan di atas difokuskan pada dampak pemanasan global dari SLCP. Dampak lingkungan potensial lainnya dari spesies ini juga harus dipertimbangkan. Misalnya, tingkat fluorinasi yang tinggi pada spesies yang tercantum di atas dapat menimbulkan kekhawatiran tentang dampak lingkungan yang serupa dengan yang menjadi perhatian saat ini untuk spesies perfluorinasi seperti zat perfluoroalkil.

GAMBAR 3
Buka di penampil gambar
Kekuatan Gambar
Perubahan suhu global terkait dengan emisi 2,8 Gt polutan iklim berumur pendek (SLCP) dengan τ  = 1,1 tahun (Skenario 1—merah), emisi SLCP yang sama yang mengandung 1% spesies kedua dengan τ  = 10 tahun (Skenario 2—hijau), dan emisi SLCP yang sama dengan 1% spesies dengan τ  = 10 tahun dan 1% spesies dengan τ  = 100 tahun (Skenario 3—biru).
Pembahasan di atas telah menggunakan model sederhana yang memprediksi pemanasan global bersih dari emisi pulsa SLCP. Rincian lokasi emisi dan waktu emisi yang tepat tentu saja akan menjadi rumit karena banyaknya jumlah material yang terlibat. Pemanasan aktual yang terjadi, khususnya dalam skala waktu pendek, akan dipengaruhi oleh hal-hal spesifik ini. Yang lebih penting, efek pemanasan ini dan dampak iklim lainnya tidak akan seragam secara spasial, seperti yang ditekankan dalam model terperinci yang digunakan oleh Fuglestvedt et al. 15 Ketidakhomogenan ini pada prinsipnya dapat dipahami secara sistematis menggunakan model ansambel sistem bumi untuk berbagai peristiwa vulkanik yang masuk akal. Namun, kompleksitas ini akan sangat mempersulit upaya apa pun untuk mencapai konsensus internasional tentang perencanaan masa depan untuk mengurangi dampak letusan gunung berapi.

Komplikasi terakhir namun penting untuk dicatat adalah bahwa potensi emisi SLCP mengasumsikan bahwa dampak dari peristiwa vulkanik yang dahsyat terutama bergantung pada suhu. Namun, pengalaman historis dengan peristiwa-peristiwa ini menunjukkan bahwa dunia pasca-erupsi lebih dingin dan lebih redup. Upaya untuk mengurangi efek letusan dengan emisi SLCP akan menangkal pendinginan, tetapi tidak mengurangi sinar matahari yang mencapai tanah. Laju fotosintesis tanaman diketahui bergantung pada intensitas radiasi dan suhu, 33 dan di lingkungan alami, efek-efek ini tentu saja berkorelasi. Jika ada upaya serius yang harus dilakukan untuk merencanakan emisi SLCP di masa mendatang, penting untuk memisahkan dampak suhu dan sinar matahari yang tersedia untuk tanaman pangan utama (misalnya, gandum, jagung, dan beras) 34 dan menggunakan informasi ini untuk mengkalibrasi dengan lebih baik perubahan suhu yang disebabkan SLCP yang diperlukan untuk mengimbangi dampak vulkanik pada pertanian.

6 RINGKASAN DAN KESIMPULAN
Letusan gunung berapi yang dahsyat terjadi dengan sedikit peringatan dan berpotensi memiliki efek signifikan pada pertanian global dan produksi pangan. Informasi historis selama ribuan tahun menunjukkan kemungkinan kejadian semacam ini dalam 100 tahun ke depan setinggi 1 banding 6. 6 , 14 Salah satu dampak global utama dari letusan dahsyat adalah penurunan suhu. Pengamatan ini telah mengarah pada pertimbangan strategi “reverse geoengineering” di mana bahan kimia dengan intensitas gas rumah kaca yang tinggi tetapi masa hidup atmosfer yang pendek dapat dilepaskan ke atmosfer untuk melawan pendinginan vulkanik. 15 Artikel ini telah menganalisis kelayakan strategi ini dengan memeriksa ukuran emisi yang diperlukan agar strategi ini memiliki hasil yang berarti, menggunakan industri kimia global untuk memberikan konteks. Karena alasan yang dijelaskan lebih lanjut di bawah ini, menggunakan strategi ini akan sangat sulit untuk dicapai, bahkan jika banyak risiko yang terkait dengannya dapat dikendalikan atau dipahami dan upaya tersebut direncanakan dan dikoordinasikan selama beberapa dekade. Jika perencanaan pendekatan ini ditunda hingga terjadi letusan dahsyat, tidak mungkin ada tindakan yang dapat dilakukan dalam kurun waktu singkat 6–12 bulan yang dapat meringankan pendinginan akibat letusan.

Analisis sebelumnya tentang pendinginan global dengan pelepasan SLCP yang disengaja hanya mempertimbangkan beberapa spesies yang mungkin. 15 Hasil telah disajikan dalam artikel ini untuk set lengkap ~240 spesies yang ditabulasikan oleh IPCC 20 menggunakan model sederhana yang memperkirakan pemanasan global bersih yang terkait dengan denyut emisi. 18 Hasil ini menunjukkan bahwa hanya spesies dengan masa hidup atmosfer 0,5–1 tahun yang dapat menghasilkan profil pemanasan yang dapat menyamai skala waktu pendinginan yang disebabkan oleh gunung berapi. Total emisi yang dibutuhkan untuk setiap spesies yang diketahui dari jenis ini untuk menghasilkan puncak pemanasan global 1 K lebih dari 5 Gt. Tingkat produksi global bahan kimia komoditas terbesar di dunia adalah 0,01–0,1 Gt tahun −1 . Oleh karena itu, gagasan bahwa beberapa Gt dari bahan kimia yang sangat spesifik dapat diproduksi “sesuai permintaan” dalam beberapa bulan setelah letusan gunung berapi sama sekali tidak layak. Menghasilkan dan menyimpan beberapa Gt dari target SLCP terlebih dahulu hanya akan mungkin dilakukan dengan upaya terkoordinasi secara global selama beberapa dekade yang melibatkan biaya yang luar biasa. Prakarsa semacam itu akan memerlukan, misalnya, pembangunan infrastruktur manufaktur yang dibangun khusus dengan skala yang serupa dengan infrastruktur yang ada untuk sebagian besar industri bahan kimia komoditas dan pembangunan lokasi penyimpanan jangka panjang yang puluhan kali lebih besar dari Cadangan Minyak Strategis AS. Tampaknya memiliki beberapa fasilitas yang didistribusikan di seluruh dunia akan bermanfaat untuk mencapai respons jangka pendek terhadap peristiwa bencana, tetapi model sederhana emisi berdenyut ke atmosfer yang digunakan dalam analisis ini tidak dapat memberikan informasi tentang masalah ini. Pemodelan atmosfer terperinci seperti yang sebelumnya dilaporkan oleh Fuglestvedt et al. 15 dapat digunakan untuk mengeksplorasi berbagai kemungkinan skenario mengenai penempatan lokasi untuk pelepasan SLCP ke atmosfer.

Bahkan jika tantangan ekonomi dan infrastruktur yang menakutkan yang dijelaskan di atas telah diatasi beberapa dekade sebelum letusan gunung berapi yang dahsyat terjadi, masalah serius lainnya muncul dengan konsep pelepasan SLCP dalam jumlah besar secara sengaja. Analisis di sini hanya mempertimbangkan potensi pemanasan global dari SLCP. Sejarah penipisan ozon stratosfer menunjukkan bahwa kompleksitas kimia atmosfer dan potensi hasil yang tidak diinginkan tidak boleh diremehkan. Kehadiran bahkan tingkat pengotor yang kecil dalam emisi SLCP dengan masa hidup yang panjang dapat memiliki dampak negatif yang signifikan terhadap pemanasan global pada skala dekade. Dampak pemanasan dari emisi SLCP tidak akan didistribusikan secara merata di seluruh dunia pada skala waktu musiman yang relevan untuk pertanian. Selain itu, efek negatif dari letusan gunung berapi pada pertanian kemungkinan besar berasal dari kombinasi suhu permukaan yang berkurang dan ketersediaan sinar matahari yang berkurang. Emisi SLCP berpotensi mengatasi efek pertama tetapi tidak yang terakhir.