A Amazon está ajudando pesquisadores a estudar como diminuir o brilho do sol

Dec 02 2021

Os processadores de computador da Amazon Web Services recentemente entraram em operação para criar 30 simulações de como a Terra poderia ser em meados deste século. Normalmente, os modelos climáticos funcionam em supercomputadores. Mas esse esforço nos servidores da Amazon representa uma das primeiras tentativas de fazer modelagem na nuvem e pode revolucionar a forma como a modelagem é feita. Ganhar tempo na nuvem é muito mais barato (embora ainda não seja irrelevante no custo) do que construir e operar um supercomputador. Isso por si só o torna único, mas o mesmo acontece com alguns dos mundos virtuais que os cientistas criaram.

Se você estivesse vivendo em algum dos 30 mundos criados por pesquisadores do National Center for Atmospheric Research, leria relatos de dióxido de carbono subindo cada vez mais. A sequência de anos mais quentes registrada no final da década de 2010 seria a média de anos em meados do século. O gelo marinho cairia para níveis recordes e pode até desaparecer completamente em alguns verões.

Em alguns dos mundos, entretanto, algo estaria um pouco errado. A temperatura está mais fria, o gelo marinho permanece por mais tempo. O céu pode estar ligeiramente nublado, como alguém manchado de branco no azul normalmente nítido, apenas para o pôr do sol explodir em cores extraordinárias. Este mundo é aquele em que os humanos decidiram diminuir o brilho do Sol - só um pouco - permitindo que menos energia chegue à superfície da Terra, de modo que haja menos para ficar preso aqui pelas crescentes emissões de carbono.

O projeto, que também está sendo feito em parceria com a SilverLining, uma organização sem fins lucrativos que estuda o que os cientistas geralmente chamam de gerenciamento da radiação solar, pode oferecer um novo caminho para a modelagem do clima. Fazer cálculos na nuvem pode abrir a porta para tornar os modelos mais acessíveis para cientistas, legisladores e cidadãos.

A pesquisa sobre o bloqueio do Sol é um daqueles tópicos muito desconfortáveis. Os estudos que foram feitos sugerem que isso pode representar perigos, incluindo o desencadeamento da mortandade de safras e, essencialmente, ser impossível parar uma vez que um programa de escurecimento solar comece. No entanto, nosso experimento atual e não intencional de carregar a atmosfera com gases de efeito estufa é em si um risco, que fica mais terrível a cada ano que passa em que o mundo deixa de reduzir o uso de combustível fóssil. Mais pesquisas sobre como diminuir o brilho do sol como uma última opção de trincheira para diminuir o calor podem ser vitais.

Há riscos reais em não saber o que aconteceria no mundo modelo, onde a luz do sol é reduzida. Há um valor real em democratizar o acesso aos dados. Incluir um cenário nos servidores da Amazon, no entanto, também abre a porta para algumas questões inquietantes. As técnicas para diminuir a quantidade de luz solar que atinge a superfície da Terra são comparativamente baratas quando você é a pessoa mais rica do mundo (ou a segunda mais rica, dependendo do mês).

Os modelos climáticos geralmente são executados em supercomputadores especializados. Dê uma olhada no Top500 , uma lista dos 500 supercomputadores mais poderosos do mundo, e você encontrará alguns deles alojados em várias agências meteorológicas e instalações de pesquisa climática em todo o mundo. Esses computadores conectam dezenas de milhares de núcleos de processador que podem assumir camadas e mais camadas de equações complexas para resolver qualquer número de problemas, incluindo o futuro do planeta.

O que o NCAR e o SilverLining estão fazendo com a Amazon, entretanto, é algo completamente diferente. Em vez de depender de processadores dedicados em um local, eles estão contando com a arquitetura de computação em nuvem da Amazon para lidar com esses mesmos cálculos. Isso abre a porta para uma série de benefícios. Os pesquisadores descreveram como a computação em nuvem pode permitir que mais conjuntos de dados sejam armazenados e integrados em modelos e dar aos cientistas um controle mais granular sobre a capacidade de computação de que precisam. Configurar um supercomputador para executar um modelo é um processo demorado. A computação em nuvem poderia reduzir os ajustes necessários para executar diferentes modelos e estudar diferentes variáveis - e permitir que cientistas e organizações que executam supercomputadores gastem mais tempo em pesquisa e menos na configuração.

“A computação em nuvem começou a chegar a um ponto em que poderia contemplar o suporte a cargas de trabalho como essa”, disse Kelly Wanser, diretora executiva da SilverLining. “E então você tem esse ponto de inflexão em que a tecnologia subjacente é sofisticada o suficiente, e então a questão é: você pode quebrar o impasse da adoção e ver se consegue fazer isso rodar na nuvem? E então o que acontece se você fizer isso? ”

Amazon Web Services está sendo usado para modelar o período de 2035 a 2070 usando o Community Earth System Model Version 2 do NCAR e o Whole Atmosphere Community Climate Model, ambos considerados entre os melhores modelos climáticos do mundo. O próprio NCAR executou esses modelos em seus supercomputadores, incluindo o Cheyenne, que está entre os 100 supercomputadores mais rápidos da lista do Top500.

Douglas MacMartin , um especialista em clima em Cornell que estudou o gerenciamento da radiação solar, chamou a transição para a nuvem de um "empreendimento não trivial".

“Os modelos climáticos consomem uma grande quantidade de tempo de CPU e são massivamente paralelizáveis”, disse MacMartin , que trabalhou com o SilverLining. “Eles geralmente são executados em milhares de núcleos de computador ao mesmo tempo. Cada um apenas divide a atmosfera em todos os tipos de pequenos pedaços diferentes. Mas o sistema Amazon, como está configurado atualmente, não tem tantos núcleos disponíveis, então isso exige um pouco mais de esforço. É um software bastante especializado. É preciso algum esforço para descobrir como fazê-lo funcionar. ”

Para ver se há algum problema, os mesmos modelos estão sendo executados pelo UK Met Office (que também abriga um supercomputador entre os 100 melhores) em um ambiente fechado. Os resultados também serão comparados ao modelo do Instituto Goddard de Estudos Espaciais da NASA executado fora da nuvem.

Se funcionar, o projeto abre a possibilidade de esforços futuros para modelar qualquer número de variáveis climáticas na nuvem. Ao fazer isso, também coloca o poder tradicionalmente reservado para algumas instituições de pesquisa nas mãos de mais pessoas. A modelagem climática, como acontece com a maioria das áreas da academia, foi dominada por homens brancos em países desenvolvidos.

“O principal motivador [deste projeto] foi que estávamos financiando um grupo que apoia os pesquisadores do Sul Global, e eles não podiam acessar os conjuntos de dados”, disse Wanser, que trabalhou com tecnologia antes de assumir seu cargo atual. “E, claro, eles não podiam usar os modelos. Portanto, se você estiver em Tonga, Bangladesh ou em algum lugar com uma rede fraca, isso não é nem de perto o que você precisa para trabalhar com esses conjuntos de dados gigantescos ou executar os modelos. Em teoria, se você os tiver na nuvem, então você realmente abre a capacidade de trabalhar nessas coisas para um número exponencialmente maior de pesquisadores, muito menos para pessoas que não são pesquisadores. ”

As coisas em que a SilverLining está interessada não são apenas em quão quente ficará ou quão baixo o gelo do mar Ártico irá baixar. O grupo ajudou a financiar pesquisas sobre gestão de radiação solar, uma forma de geoengenharia ou, como a organização sem fins lucrativos e a Academia Nacional de Ciências preferem rotulá-la, intervenção climática. A ideia por trás do bloqueio da luz do sol foi proibida nos círculos climáticos por décadas por causa do temor de que isso limitaria o apetite do mundo para acabar com o uso de combustível fóssil que está causando a mudança climática em primeiro lugar. Acontece que os líderes mundiais e grandes corporações não têm muito apetite para fazer isso independentemente, mesmo com as emissões disparadas. Agora, o planeta corre o risco de ultrapassar os limites que cientistas e legisladores apelidaram de relativamente seguro. A pesquisa em estratégias de gerenciamento de radiação solar ganhou mais apoio ultimamente, devido a esse risco.

Sabemos que bloquear um pouco da luz do sol resfriará o planeta porque as erupções vulcânicas forneceram vários exemplos naturais do mundo real. Mas isso dura apenas alguns anos antes de o efeito se dissipar. Um programa sustentado de décadas para imitar o inverno vulcânico ao injetar partículas minúsculas e reflexivas na estratosfera por meio de aviões ou mesmo de balões de grande altitude, entretanto, envolve mais incógnitas.

A execução de modelos climáticos, na nuvem ou de outra forma, poderia ajudar os pesquisadores a entender melhor o que um futuro com intervenção climática reservaria e dar aos formuladores de políticas mais material para chegar a uma decisão informada. (Pelo que vale a pena, a pesquisa até agora não mostrou que bloquear um pouco de luz do sol é exatamente um golpe certeiro .) E colocar a modelagem na nuvem pode abrir a porta para que mais pessoas vejam o que os dados mostram - e até mesmo convidar novas perguntas a barreira de entrada tradicional dessa modelagem não teria sido questionada. Jesse Reynolds, especialista em geoengenharia que dirige a Divided Sky Research and Consulting, disse em um e-mail que o esforço foi “louvável” por esses motivos.

Ainda assim, é irônico ver essa modelagem feita na nuvem da Amazon. A própria empresa resume perfeitamente o problema da crise climática, crescendo aos trancos e barrancos na busca do lucro e fritando o planeta no processo. A empresa e Jeff Bezos moveram-se para fazer as pazes recentemente, colocando parte de suas fortunas volumosas em esforços para descarbonizar. Isso inclui a Amazon Sustainability Data Initiative , que fornece concessões e tempo de computação em nuvem para vários grupos que incluem o esforço atual da SilverLining e NCAR.

“Our collaboration with SilverLining’s Safe Climate Research Initiative helps confront the urgent need for infrastructure to support and advance climate research,” an Amazon spokesperson wrote in an email. They went on to say that “hosting the resulting datasets in the AWS Open Data Sponsorship Program will open a powerful new avenue to accelerating climate research and democratizing access to tools and information that will help protect our planet.”

O programa de concessão é uma fatia dos enormes lucros da empresa derivados essencialmente de alimentar a Internet por meio da AWS e orgulhosamente alugar seu software de computação em nuvem para empresas de petróleo e gás . Isso não quer dizer que uma lasca não seja melhor do que nenhuma lasca, mas aponta para a natureza mais tenebrosa do compromisso da Amazon em abrir a pesquisa para uma solução radical para um problema que ela tem uma forte influência no abastecimento.

“Vai ser muito, muito difícil para nós resolver a crise climática se não trabalharmos com as empresas que operam em escala no sistema”, disse Wanser. “E quase todos eles contribuem, agora, para o problema.”

A concessão para modelar especificamente a intervenção climática na nuvem também é um pouco espantosa. Os bilionários da tecnologia estão cada vez mais engajados na pesquisa do clima lunar. Isso inclui o prêmio de $ 100 milhões de Elon Musk para quem conseguir capturar melhor dióxido de carbono do ar e os gastos de Bezos de $ 80 milhões de seu homônimo Fundo da Terra para "tecnologias avançadas". Esse dinheiro foi para a Breakthrough Energy Foundation and Action do colega bilionário da tecnologia Bill Gates. O próprio Gates financiou um grupo de pesquisadores de Harvard que buscam realizar pesquisas de geoengenharia solar em pequena escala.

Um programa em grande escala para desviar a luz do sol pode custar menos de US $ 10 bilhões por ano. A riqueza de cada um desses homens seria mais do que suficiente para decidir unilateralmente resfriar o planeta por algumas décadas, se eles decidissem que era um uso sábio de seu tempo e recursos. (Provavelmente também viria com retrocessos e sanções governamentais significativas.) Isso não quer dizer que Gates ou Bezos ou outro bilionário de tecnologia puxarão um Sr. Burns e bloquearão o Sol para que eles possam manter parte de seu modelo de negócios ligado aos combustíveis fósseis , claro. (“O papel da Amazon nesta colaboração e pesquisa não está relacionado à geoengenharia”, disse o porta-voz da Amazon quando questionado sobre o projeto e o interesse dos ultra-ricos pelo tópico.)

Outros grupos mais democráticos também estão avaliando caminhos semelhantes de pesquisa. O próprio governo dos Estados Unidos está avaliando um programa para estudar os impactos do escurecimento do Sol com mais detalhes, incluindo um relatório massivo lançado no início deste ano pelas Academias Nacionais de Ciência sobre como esse programa poderia ser. O Comitê Seleto da Câmara sobre a Crise Climática também o incluiu como uma pequena parte do plano climático dos democratas em um roteiro que divulgou no ano passado.

Mas, como mostra o sucesso da Amazon em encurralar qualquer número de mercados e a atual corrida espacial bilionária , há também uma sequência inconfundível entre nossos senhores da tecnologia para encontrar qualquer vantagem. Uma intervenção climática para resfriar um pouco a Terra poderia permitir que a indústria de combustíveis fósseis - valiosos clientes de computação em nuvem da Microsoft, Google e Amazon - continuasse a perfurar. Ou pode ganhar um pouco de tempo para Bezos, Elon Musk e Richard Branson enquanto eles lançam foguetes cada vez maiores e mais poluentes para o espaço.

Todos nós precisamos saber o que pode dar errado com a geoengenharia intencional antes de chegarmos a um ponto em que essa seja uma opção. Infelizmente, estamos quase dois séculos em um experimento climático massivo e não intencional, o que significa que o que atualmente são questões de pesquisa de nicho estão se tornando cada vez mais relevantes no mundo real.