Amazon hilft Forschern, die Sonne zu dimmen
Computerprozessoren in den Amazon Web Services haben vor Kurzem in Gang gesetzt, um 30 Simulationen davon zu erstellen, wie die Erde Mitte dieses Jahrhunderts aussehen könnte. Normalerweise laufen Klimamodelle auf Supercomputern. Aber dieser Aufwand auf den Servern von Amazon stellt einen der ersten Versuche zur Modellierung in der Cloud dar und könnte die Modellierung revolutionieren. Zeit in der Cloud zu kaufen ist viel billiger (wenn auch immer noch nicht unerheblich) als der Bau und Betrieb eines Supercomputers. Das allein macht es einzigartig, aber auch einige der virtuellen Welten, die Wissenschaftler geschaffen haben.
Wenn Sie in einigen der 30 Welten leben würden, die von Forschern des National Center for Atmospheric Research geschaffen wurden, würden Sie Berichte darüber lesen, dass Kohlendioxid immer höher klettert. Die heißesten Jahre, die es Ende der 2010er Jahre je gab, wären durchschnittliche Jahre bis Mitte des Jahrhunderts. Das Meereis würde auf Rekordtiefststände fallen und in manchen Sommern sogar ganz verschwinden.
In einigen der Welten wäre jedoch etwas falsch. Die Temperatur ist kühler, das Meereis länger. Der Himmel könnte leicht hauchdünn sein, als ob jemand weiß in das normalerweise klare Blau geschmiert wäre, nur damit die Sonnenuntergänge in außergewöhnlichen Farben explodieren. Auf dieser Welt haben die Menschen beschlossen, die Sonne abzudunkeln – nur ein bisschen –, damit weniger Energie die Erdoberfläche erreicht, damit hier weniger durch steigende Kohlenstoffemissionen eingeschlossen werden kann.
Das Projekt, das auch in Partnerschaft mit SilverLining durchgeführt wird, einer gemeinnützigen Organisation, die sich mit dem befasst, was Wissenschaftler allgemein als Solarstrahlungsmanagement bezeichnen, könnte einen neuen Weg für die Modellierung des Klimas bieten. Berechnungen in der Cloud könnten die Tür öffnen, um Modelle für Wissenschaftler, politische Entscheidungsträger und Bürger gleichermaßen zugänglicher zu machen.
Die Erforschung der Sonnenblockierung ist eines dieser sehr unangenehmen Themen. Die durchgeführten Studien deuten darauf hin, dass dies Gefahren mit sich bringen könnte, einschließlich des Auslösens von Pflanzensterben und im Wesentlichen unmöglich zu stoppen, sobald ein Solardimmprogramm beginnt. Doch unser aktuelles, unbeabsichtigtes Experiment, die Atmosphäre mit Treibhausgasen zu belasten, ist selbst ein Risiko, das mit jedem Jahr schlimmer wird, in dem die Welt den Verbrauch fossiler Brennstoffe nicht einstellt. Weitere Forschungen zum Dimmen der Sonne als allerletzte Option, um die Hitze zu reduzieren, könnten von entscheidender Bedeutung sein.
Es birgt echte Risiken, wenn man nicht weiß, was in der Modellwelt passieren würde, in der das Sonnenlicht gedimmt wird. Die Demokratisierung des Datenzugriffs hat einen echten Wert. Die Einbeziehung eines Szenarios auf den Servern von Amazon öffnet jedoch auch die Tür zu einigen beunruhigenden Fragen. Techniken, um die Menge an Sonnenlicht zu verringern, die die Erdoberfläche erreicht, sind vergleichsweise billig, wenn Sie der reichste (oder zweitreichste, je nach Monat) Mensch der Welt sind.
Klimamodelle werden normalerweise auf spezialisierten Supercomputern ausgeführt. Sehen Sie sich Top500 an , eine Liste der 500 leistungsstärksten Supercomputer der Welt, und Sie werden einige finden, die bei verschiedenen Wetterbehörden und Klimaforschungseinrichtungen auf der ganzen Welt untergebracht sind. Diese Computer verbinden Zehntausende von Prozessorkernen, die Schicht für Schicht komplexe Gleichungen übernehmen können, um eine Reihe von Problemen zu lösen, einschließlich der Zukunft des Planeten.
Was NCAR und SilverLining jedoch mit Amazon machen, ist etwas ganz anderes. Anstatt sich auf dedizierte Prozessoren an einem Ort zu verlassen, verlassen sie sich auf die Cloud-Computing-Architektur von Amazon, um dieselben Berechnungen durchzuführen. Das öffnet die Tür zu einer Vielzahl von Vorteilen. Forscher haben skizziert, wie Cloud Computing es ermöglichen könnte, mehr Datensätze zu speichern und in Modelle zu integrieren und Wissenschaftlern eine genauere Kontrolle darüber zu geben, wie viel Rechenleistung sie benötigen. Das Einrichten eines Supercomputers zum Ausführen eines Modells ist ein zeitintensiver Prozess. Cloud Computing könnte Optimierungen reduzieren, die zum Ausführen verschiedener Modelle und zum Studium verschiedener Variablen erforderlich sind – und Wissenschaftlern und Organisationen, die Supercomputer betreiben, ermöglichen, mehr Zeit für die Forschung und weniger für die Einrichtung aufzuwenden.
„Cloud Computing hat begonnen, einen Punkt zu erreichen, an dem es in Betracht gezogen werden könnte, Workloads wie diese zu unterstützen“, sagte Kelly Wanser, Executive Director von SilverLining. „Und Sie haben diesen Wendepunkt, an dem die zugrunde liegende Technologie ausgereift genug ist, und die Frage ist also, können Sie die Sackgasse bei der Einführung überwinden und sehen, ob Sie dieses Zeug in der Cloud zum Laufen bringen können? Und was passiert dann, wenn Sie es tun?"
Amazon Web Services wird verwendet, um den Zeitraum von 2035 bis 2070 zu modellieren, wobei das Community Earth System Model Version 2 und das Whole Atmosphere Community Climate Model von NCAR verwendet werden, die beide zu den weltweit führenden Klimamodellen zählen. NCAR selbst hat diese Modelle auf seinen Supercomputern ausgeführt, darunter Cheyenne, das zu den 100 schnellsten Supercomputern auf der Top500-Liste gehört.
Douglas MacMartin , ein Klimaexperte bei Cornell, der Sonnenstrahlungsmanagement studiert hat, bezeichnete den Übergang in die Cloud als „nicht triviales Unterfangen“.
„Klimamodelle benötigen sehr viel CPU-Zeit und sind massiv parallelisierbar“ , sagte MacMartin , der mit SilverLining zusammengearbeitet hat. „Sie laufen normalerweise auf Tausenden von Computerkernen gleichzeitig. Jeder teilt einfach die Atmosphäre in alle möglichen kleinen Stücke auf. Aber das Amazon-System, wie es derzeit eingerichtet ist, hat nicht ganz so viele Kerne zur Verfügung, und das war nur ein bisschen mehr Aufwand. Es ist ziemlich spezialisierte Software. Es erfordert einige Mühe, herauszufinden, wie man es zum Laufen bringt.“
Um zu sehen, ob es Schluckauf gibt, werden dieselben Modelle vom britischen Met Office (das auch einen Supercomputer in den Top 100 beherbergt) in einer geschlossenen Umgebung betrieben. Die Ergebnisse werden auch mit dem Modell des NASA Goddard Institute for Space Studies verglichen, das außerhalb der Cloud läuft.
Wenn es funktioniert, eröffnet das Projekt die Möglichkeit für zukünftige Bestrebungen, beliebig viele Klimavariablen in der Cloud zu modellieren. Damit legt sie auch die Macht, die traditionell wenigen Forschungseinrichtungen vorbehalten ist, in mehr Hände. Die Klimamodellierung wurde, wie in den meisten akademischen Bereichen, in den Industrieländern von weißen Männern dominiert .
„Der Hauptgrund [dieses Projekts] war, dass wir eine Gruppe finanzierten, die Forscher des Globalen Südens unterstützt, und sie konnten nicht auf die Datensätze zugreifen“, sagte Wanser, die vor ihrer jetzigen Position in der Technologie tätig war. „Und natürlich konnten sie die Modelle nicht verwenden. Wenn Sie also in Tonga oder Bangladesch oder irgendwo mit einem schwachen Netzwerk sitzen, ist das bei weitem nicht das, was Sie brauchen, um mit diesen riesigen Datensätzen zu arbeiten oder die Modelle auszuführen. Theoretisch eröffnet man, wenn man sie in der Cloud hat, wirklich einer exponentiell größeren Zahl von Forschern die Möglichkeit, an diesen Dingen zu arbeiten, ganz zu schweigen von Leuten, die keine Forscher sind.“
SilverLining interessiert sich nicht nur dafür, wie heiß es wird oder wie niedrig das arktische Meereis sein wird. Die Gruppe hat dazu beigetragen, Forschungen zum Sonnenstrahlungsmanagement zu finanzieren, einer Form des Geoengineering oder, wie die gemeinnützige Organisation und die National Academy of Sciences es lieber nennen, Klimaintervention. Die Idee, das Sonnenlicht zu blockieren, war in Klimakreisen jahrzehntelang verboten, weil man befürchtete, dass es den Appetit der Welt einschränken würde, die Nutzung fossiler Brennstoffe zu beenden, die den Klimawandel überhaupt erst verursacht. Es stellte sich heraus, dass führende Unternehmen der Welt und große Unternehmen trotzdem nicht viel Appetit darauf hatten, obwohl die Emissionen in die Höhe geschossen sind. Jetzt besteht die Gefahr, dass sich der Planet über Schwellenwerte erwärmt, die Wissenschaftler und Politiker als relativ sicher bezeichnet haben. Angesichts dieses Risikos hat die Erforschung von Strategien zum Sonnenstrahlungsmanagement in letzter Zeit mehr an Bedeutung gewonnen.
Wir wissen, dass das Blockieren von ein wenig Sonnenlicht den Planeten abkühlen wird, da Vulkanausbrüche zahlreiche natürliche Beispiele aus der realen Welt geliefert haben. Diese halten jedoch nur wenige Jahre an, bevor die Wirkung nachlässt. Ein nachhaltiges, jahrzehntelanges Programm zur Nachahmung des vulkanischen Winters durch die Injektion winziger, reflektierender Partikel in die Stratosphäre über Flugzeuge oder sogar Ballons in großer Höhe beinhaltet jedoch noch mehr Unbekannte.
Das Ausführen von Klimamodellen in der Cloud oder auf andere Weise könnte Forschern helfen, besser zu verstehen, was eine Zukunft mit Klimainterventionen bringen würde, und politischen Entscheidungsträgern mehr Nahrung geben, um eine fundierte Entscheidung zu treffen. (Was es wert ist, hat die Forschung bisher nicht gezeigt, dass es nicht gerade ein Slam Dunk ist, ein bisschen Sonnenlicht zu blockieren .) Und die Bereitstellung von Modellen in der Cloud könnte die Tür dafür öffnen, dass mehr Menschen sehen, was die Daten zeigen – und sogar neue Fragen aufwerfen die traditionelle Eintrittsbarriere der Modellierung wäre ungefragt geblieben. Jesse Reynolds, ein Geoengineering-Experte, der Divided Sky Research and Consulting leitet, sagte in einer E-Mail, dass die Bemühungen aus diesen Gründen „lobenswert“ seien.
Trotzdem ist es ironisch, dass diese Modellierung in der Cloud von Amazon durchgeführt wird. Das Unternehmen selbst fasst das Problem der Klimakrise treffend zusammen, wächst sprunghaft im Streben nach Gewinn und frisst dabei den Planeten. Das Unternehmen und Jeff Bezos haben kürzlich versucht, Wiedergutmachung zu leisten, indem sie einen Teil ihres umfangreichen Vermögens in Bemühungen zur Dekarbonisierung investieren. Dazu gehört die Amazon Sustainability Data Initiative , die verschiedenen Gruppen Zuschüsse und Cloud-Computing-Zeit zur Verfügung stellt, zu denen die aktuellen Bemühungen von SilverLining und NCAR gehören.
„Unsere Zusammenarbeit mit SilverLinings Safe Climate Research Initiative trägt dazu bei, den dringenden Bedarf an Infrastruktur zur Unterstützung und Weiterentwicklung der Klimaforschung zu decken“, schrieb ein Amazon-Sprecher in einer E-Mail. Sie fuhren fort, dass „das Hosten der resultierenden Datensätze im AWS Open Data Sponsorship Program einen leistungsstarken neuen Weg zur Beschleunigung der Klimaforschung und zur Demokratisierung des Zugangs zu Tools und Informationen eröffnen wird, die zum Schutz unseres Planeten beitragen.“
Das Zuschussprogramm ist ein Bruchteil der massiven Gewinne des Unternehmens, die aus der Stromversorgung des Internets durch AWS und der stolzen Verpachtung seiner Cloud-Computing-Software an Öl- und Gasunternehmen stammen . Das soll nicht heißen , dass ein Splitter nicht besser ist als kein Splitter, aber es weist auf die undurchsichtigere Natur von Amazons Engagement hin, die Erforschung einer radikalen Lösung für ein Problem zu eröffnen, das es schwer antreibt.
„Es wird wirklich, wirklich schwer für uns, die Klimakrise zu lösen, wenn wir nicht mit den Konzernen zusammenarbeiten, die in großem Umfang im System agieren“, sagte Wanser. "Und fast alle von ihnen tragen im Moment zu dem Problem bei."
Der Zuschuss, Klimainterventionen gezielt in der Cloud zu modellieren, ist auch ein bisschen ein Hingucker. Tech-Milliardäre beschäftigen sich zunehmend mit der Mondschuss-Klimaforschung. Dazu gehören der 100-Millionen-Dollar-Preis von Elon Musk für denjenigen, der am besten Kohlendioxid aus der Luft auffangen kann, und Bezos, der 80 Millionen Dollar aus seinem gleichnamigen Earth Fund für „fortgeschrittene Technologien“ ausgibt . Dieses Geld ging an die Breakthrough Energy Foundation and Action des Tech-Milliardärs Bill Gates. Gates selbst hat eine Gruppe von Harvard-Forschern finanziert , die sehr kleine Solar-Geoengineering-Forschung in freier Wildbahn durchführen wollen.
Ein umfassendes Programm zur Ablenkung des Sonnenlichts könnte weniger als 10 Milliarden US-Dollar pro Jahr kosten . Der Reichtum jedes dieser Männer würde mehr als genug sein, um einseitig zu entscheiden, den Planeten für einige Jahrzehnte zu kühlen, wenn sie feststellten, dass dies ein kluger Umgang mit ihrer Zeit und ihren Ressourcen war. (Es würde wahrscheinlich auch mit erheblichen Rückschlägen und Sanktionen der Regierung einhergehen.) Das heißt nicht, dass Gates oder Bezos oder ein anderer Tech-Milliardär einen Mr. Burns ziehen und die Sonne blockieren werden, damit sie einen Teil ihres Geschäftsmodells an fossile Brennstoffe gebunden halten können , selbstverständlich. („Die Rolle von Amazon in dieser Zusammenarbeit und Forschung hat nichts mit Geoengineering zu tun“, sagte der Amazon-Sprecher, als er nach dem Projekt und dem Interesse der Ultrareichen an dem Thema gefragt wurde.)
Auch andere, demokratischere Gruppen erwägen ähnliche Forschungswege. Die US-Regierung selbst evaluiert ein Programm, um die Auswirkungen der Verdunkelung der Sonne genauer zu untersuchen, einschließlich eines umfangreichen Berichts, der Anfang dieses Jahres von den National Academies of Science veröffentlicht wurde, wie ein solches Programm aussehen könnte. Der Sonderausschuss des Repräsentantenhauses für die Klimakrise hat ihn auch als kleinen Teil des Klimaplans der Demokraten in eine im vergangenen Jahr veröffentlichte Roadmap aufgenommen.
Aber wie der Erfolg von Amazon bei der Eroberung einer Vielzahl von Märkten und das aktuelle Wettrennen um Milliardäre im Weltraum zeigt, gibt es auch einen unverkennbaren Ader unter unseren Tech-Oberherren, einen Vorteil zu finden. Eine Klimaintervention, um die Erde ein wenig abzukühlen, könnte es der fossilen Brennstoffindustrie – wertvollen Cloud-Computing-Clients von Microsoft, Google und Amazon – ermöglichen, weiter zu bohren. Oder es könnte Bezos, Elon Musk und Richard Branson etwas Zeit verschaffen, während sie immer größere und umweltschädlichere Raketen in den Weltraum schießen.
Wir alle müssen wissen, was bei absichtlichem Geoengineering schief gehen könnte, bevor wir an einen Punkt gelangen, an dem dies überhaupt eine Option ist. Leider befinden wir uns seit fast zwei Jahrhunderten in einem massiven, unbeabsichtigten Klimaexperiment, was bedeutet, dass die aktuellen Nischenforschungsfragen in der realen Welt immer relevanter werden.
Korrektur, 21.12.21, 13:27 Uhr ET: Dieser Beitrag hat einen Kommentar von Douglas MacMartin fälschlicherweise einem anderen Forscher zugeschrieben. Wir bedauern den Fehler.
