当我在 2012 年第一次撰写有关地球工程的文章时，大多数人认为它充其量是牵强的，而且是疯狂的。但 12 年后，尽管仍然存在争议和相当大的阻力，但受人尊敬的科学家和机构正在推动对地球工程进行更多研究，即对我们的气候系统进行有意和大规模的干预，以减缓全球变暖。
目前大部分注意力都集中在太阳能地球工程上，该战略涉及将太阳光反射离开地球以冷却地球。我们对其及其风险了解多少?我们应该从这里把它带到哪里呢?
为什么对太阳能地球工程研究的支持越来越多?
多年来，许多科学家和专家不鼓励所有地球工程研究，因为担心这会为不减排提供借口。纽特·金里奇等一些右翼政客将其宣传为一种无需减排即可减少全球变暖的方法。地球工程研究也存在争议，因为其对气候系统和生态系统的潜在影响过去和现在仍然存在许多不确定性。
尽管如此，哥伦比亚气候学院气候科学、意识和解决方案项目主任詹姆斯·汉森(James Hansen)于 1988 年首次向国会警告气候变化风险，而 60 多名科学家组成的团体正在呼吁对太阳能地球工程进行更多研究。
此外，美国国家科学院、环境保护基金、自然资源保护委员会、忧思科学家联盟等都支持太阳能地球工程研究。 2022 年白宫报告也表达了对该研究的大力支持。
专家表示，对研究的支持正在增加，因为人类在减少碳排放以防止严重和恶化的气候影响方面做得不够快。汉森及其同事的一项新研究表明，由于空气质量法规的限制，燃煤电厂和航运业二氧化硫气溶胶排放量的减少有助于保护地球免受太阳辐射，导致世界变暖速度比之前预计的更快。他们预计，到本十年末，气温升高将超过 1.5°C，到 2050 年将超过 2°C，这可能会导致灾难性的气候影响。
潜在的灾难性气候影响以及超过气候临界点的可能性，例如北极永久冻土的融化或亚马逊雨林的枯死，可能需要使用曾经不可想象的策略。
60位科学家在一封公开信中表示，由于这些严重的风险，以及某些绝望的国家有一天可能诉诸太阳能地球工程的可能性，因此需要尽快对其进行严格研究，明确评估其利弊。
目前，大多数太阳能地球工程策略的研究都集中在平流层气溶胶注入(SAI，也称为太阳辐射管理或 SRM)和海洋云增亮;其他策略包括使卷云变薄以及使用镜子或遮阳伞。
太阳能气溶胶喷射
1991年菲律宾皮纳图博火山爆发，向平流层排放了2000万吨二氧化硫，地球降温了0.5°C。当二氧化硫进入大气层时，它与水蒸气发生反应，形成水滴——将阳光反射离开地球的气溶胶。 SAI 将通过向平流层喷射二氧化硫来暂时阻挡阳光来重现皮纳图博的效应。
哈佛大学的太阳能地球工程研究计划声称，SAI 可以降低海面温度，从而降低珊瑚白化的风险，减缓物种向凉爽地区的迁移，并减少海冰流失和冰川融化。结果将很快显现，并为人类赢得更多时间来减少碳排放和转向可再生能源。
但与更广泛接受的 CO 2去除这一多方面地球工程策略不同，太阳能地球工程不会减少大气中的CO 2 。它对解决损害海洋生态系统的海洋酸化没有任何作用，因为海洋吸收了人类排放的 25% 的 CO 2，从而改变了其化学成分。
此外，根据最近的一项研究，突然使用 SAI 可能不足以有效地完全纠正深海变暖引起的变化，例如大西洋经向翻转的减慢。深海变暖引起的其他问题，包括天气模式改变、海平面上升和洋流减弱，也将持续存在。
SAI 的不确定影响
由于太阳能地球工程缺乏国际治理，大规模部署SAI遭到强烈反对。几乎所有太阳能地球工程研究都是通过计算机建模完成的，因此没有人确切知道如果将其部署在行星规模上会发生什么。
那些反对推进 SAI 研究的人担心模型揭示的其对气候和生态系统的潜在和不确定影响。研究表明，SAI 可能会削弱平流层臭氧层，改变降水模式，并影响农业、生态系统服务、海洋生物和空气质量。
此外，影响和风险会因部署方式和地点、气候、生态系统和人口而异。除了部署变化之外，其他变量的微小变化，例如气溶胶液滴的大小、化学反应性以及与臭氧的反应速度，也会产生不同的结果。
例如，美国国家海洋和大气管理局、康奈尔大学和印第安纳大学通过使用一个模型来研究多种部署策略，该模型改变了注入平流层的二氧化硫的量以及注入的位置。结果显示，地表温度下降，南极洲上空的臭氧也减少，并对大范围环流模式和区域天气产生影响。
其他 12 个模型预测，如果部署足够的 SAI 来抵消四倍的 CO 2变暖，与工业化前时期相比，部分热带地区每年的降雨量可能会减少 5% 至 7%，这可能会损害农作物和雨林。
一种模型表明，在印度洋部署 SAI 来增加北非遭受干旱的萨赫勒地区的降水量，最终会将干旱推向东非国家。 2022 年的一项研究发现，随着天气变冷，SAI 可能会将疟疾从东非高地地区转移到南亚和撒哈拉以南非洲的低地地区。
哈佛大学太阳能地球工程研究项目联合创始人、现任哥伦比亚气候学院气候经济学家格诺特·瓦格纳 (Gernot Wagner) 表示，最重要和最具决定性的建模变量是平流层的高度以及 SAI 的具体部署位置。瓦格纳说，如果只有一个半球变冷，就会得到“疯狂的结果”，比如印度季风消失。
“科学或多或少都围绕这样一个想法，即你想要[部署]在距赤道正负15度之间的某个地方。无论你在赤道附近，你都想向北和向南进行相同的部署， “ 他说。 “哪个经度并不重要，因为它会传播到全球。
“总的来说，数百个气候模型一致认为，[如果以这种方式部署 SAI]，就会或多或少地产生统一的全球效应。这意味着我们可以测量的大部分内容——温度、可用水量、极端温度、极端降水——与没有太阳能地球工程相比，更接近工业化前的水平。”
瓦格纳引用了哈佛大学的一篇论文，该论文模拟了太阳能地球工程的一个版本，通过缓慢的升温将变暖幅度减半。 “当以这种理想化的方式进行建模时，太阳能地球工程似乎具有这些坦率地说令人惊讶的净效益。这些效益使成本相形见绌，”他说。 “这在某种程度上令人鼓舞，让我相信继续进行研究是值得的。”
SAI 部署需要什么?
2011 年，哈佛大学太阳能地球工程研究计划联合创始人、现供职于芝加哥大学的戴维·基思 (David Keith) 和大气科学家肯·卡尔代拉 (Ken Caldeira) 估计，与之前相比，二氧化碳浓度翻倍所造成的变暖可逆转 10%。在工业时代，十年内每年必须注入数十万吨二氧化硫。为了显着减缓或扭转变暖趋势，SAI 每年需要数百万吨二氧化硫。
目前只有少数研究飞机能够在必要的高度运行，因为大气层太稀薄，而且它们无法携带那么多吨的二氧化硫。这意味着必须建造一支专门为此目的设计的新高空飞机机队;创建这支舰队可能需要十年或更长时间。飞机建成后，SAI 每年每度冷却的成本可能高达 180 亿美元。
虽然这听起来是一大笔钱，但瓦格纳表示，与潜在的社会效益相比，成本微乎其微。但是，由于收益远远超过成本，这通常会导致我们得出结论，我们应该一头扎进 SAI，因此成本收益分析并不是做出 SAI 决策的正确标准。相反，他说，“这是关于权衡未缓解的气候变化(我们正在走向的世界)的风险与也考虑太阳能地球工程的世界的风险。
“但即使风险很大，即使气候不确定性大到让其他一切都相形见绌，因为太阳能地球工程似乎确实让我们更接近工业化前的全球平均气温水平，它也应该帮助我们减轻并了解这些风险和不确定性，”瓦格纳说。
一旦开始，如果我们设法减少排放，SAI 就必须持续几十年;如果我们不能减少排放，则可能持续数百年或数千年。但如果 SAI 突然停止，地球可能会经历终止冲击——当温度反弹到没有 SAI 时会达到的水平。由于 SAI 不会减少温室气体排放，而只会掩盖其变暖效应，因此大气中的排放量将继续增加。
目前，地球正在逐渐变暖。突然变暖将是灾难性的，因为生态系统和人类的适应时间将会减少。气候变化越快，发生不可预见影响的风险就越大。自然灾害、恐怖袭击或政治侵略都可能引发终止冲击。
小型 SAI 实验
小场 SAI 实验正在不断增加，这些实验使研究人员能够更好地了解气溶胶行为、化学反应、监测能力以及臭氧如何受到影响。
2021 年，哈佛大学计划进行一次小型现场试验，这将是首次在平流层进行的实验。平流层受控扰动实验(SCoPEx)将向天空发射一个自行式气球，释放半公斤硫酸盐(自然界中天然存在)，然后监测颗粒如何分散以及它们反射了多少阳光。
由于当地萨米原住民和环保组织的反对，瑞典的测试发射被取消，他们担心 SAI“会带来灾难性后果的风险”。
英国研究人员在2021年和2022年发射了多个气球。2022年发射的一个高空气象气球向平流层释放了数百克二氧化硫，目的是测试气球系统。
与此同时，初创公司 Make Sunsets 表示，它已经发射了 52 个气球，“抵消了 16,141 吨年的变暖效应”。它以 10 美元的价格出售“制冷积分”，声称每个积分可以抵消一年一吨 CO 2带来的变暖效应。 2023年，Make Sunsets在墨西哥进行了两次未经授权的发射，释放了二氧化硫，导致墨西哥政府禁止太阳能地球工程。
海洋云增亮
海洋云增亮(MCB)会将海盐气溶胶扩散到大气中，形成反射阳光的层积云。海盐气溶胶具有高度反射性，会吸引水分子，并使云层在天空中停留的时间比正常情况更长。虽然盐气溶胶是随着风从海洋中吹起而自然产生的，但 MCB 会从漂浮的驳船上产生盐气溶胶并将其发送到大气中。就其本质而言，MCB 将实现本地化。一些科学家声称，在世界上仅 5% 的海洋中使用 MCB 就可以抵消全球变暖的影响。
随着大堡礁经历八年来第五次大规模白化，大堡礁基金会一直在研究 MCB。当天气炎热且云层很少时，珊瑚礁白化的风险最大。研究人员在驳船上使用了海盐喷雾器，吸入海水，将其雾化，然后将微小的海盐晶体喷射到天空中。模型研究发现，喷雾器需要运行数周至数月，逐渐冷却水体。
最近，一组大气科学家提出了一项 MCB 研究计划，包括建模、实验室研究和现场实验。华盛顿大学的研究人员也在运行一个 MCB 项目，他们估计，他们需要十年的时间才能掌握足够的知识，大规模地尝试 MCB 来为地球降温。
MCB 的不确定性
然而，大规模的 MCB 可以抵消严重的气候影响，但也可能改变气候和天气模式。加州大学圣塔芭芭拉分校的一名研究人员发现，虽然 MCB 可以快速降低气温，但它也会抑制 ENSO(影响全球天气模式的厄尔尼诺南方涛动)。 MCB 可能导致 ENSO 的拉尼娜阶段持续存在，这将使美国南部变得更加炎热和干燥，并增加大西洋飓风活动。研究表明，MCB 还可能加剧印度尼西亚和澳大利亚北部的变暖。
由于 MCB 影响的不确定性，《伦敦公约》和《议定书》(规范海上倾倒废物的国际条约)的 101 个国家签署了一份声明，表示除科学研究之外的海洋地球工程活动应推迟。
其他太阳能地球工程策略
卷云变薄
高空卷云由冰晶组成，因此可以反射阳光，但也会导致变暖，因为它们捕获了地球表面辐射的热量。卷云变薄涉及将碘化银颗粒喷洒到海拔 4,500 至 9,000 米的云层中。这可以扩大卷云中的冰晶，使它们从大气中掉落。
剩余的卷云越少越薄，捕获的来自地球的辐射就越少。卷云变薄的风险尚未完全了解，一些研究人员担心它可能会影响区域和季节性降水。
遮阳伞
一些科学家正在研究向地球和太阳之间的某个点发送一个巨大的遮阳伞以阻挡太阳辐射的可能性。麻省理工学院的一个研究小组正在探索创造“太空气泡”的阴影，而夏威夷大学的研究人员正在考虑将一个巨大的太阳能屏蔽绑在小行星上。
以色列研究人员正在设计一组遮阳伞的小型原型，这种遮阳伞不会完全遮挡阳光，而是会扩散阳光。其他人过去也提出过类似的策略。但研究太阳辐射调节的法国科学家苏珊娜·鲍尔表示，遮阳策略成本太高，太容易被太空岩石损坏，而且实施起来需要很长时间。
地球工程治理的必要性
目前没有管理地球工程的国际、国家或州框架。因此，未来一个令人担忧的情况是，一个特别脆弱的国家的气候影响将非常严重，以至于在世界做好准备之前，该国就不得不自行部署 SAI。这可能会导致政治不稳定或招致其他遭受其影响的国家的报复。
另一种可能的情况是个人或初创公司决定自己尝试地球工程。如今在美国，任何想要向天空喷射气溶胶的人只需提前十天向商务部和 NOAA 填写一页表格即可。
国际社会建立太阳能地球工程国际治理结构至关重要。但由于这是一项艰巨而复杂的任务，许多国家、组织和科学家甚至拒绝让这项研究取得进展。
2010年，全球事实上暂停了包括太阳能地球工程在内的大规模地球工程。最近，联合国环境大会代表们投票否决了一项召集研究小组研究太阳能地球工程的潜在应用、风险和伦理考虑的动议。该小组将由来自环境署和国际科学组织的专家组成。
然而，由于该动议可能会破坏现有的暂停令，因此更容易受到气候影响的非洲、太平洋和拉丁美洲国家阻止了该动议。 2022年，来自世界各地的500名科学家签署了一项关于太阳能地球工程的国际不使用协议，规定不提供公共资助、不进行户外实验、不申请专利、不部署、不接受国际组织的支持。
瓦格纳认为，暂停太阳能地球工程部署是必要的，但研究应该继续。 “基本上，你说部署不会超过一定规模，并且你允许研究进行到这一点，”他说。为了确保遵循这些准则，需要制定高级别正式的法律监管治理协议来指导太阳能地球工程研究。
瓦格纳还希望看到一个太阳能地球工程组织拥有大量资助的研究计划，试图以理性的方式回答重要问题，并使研究透明化，为最终应由民主选举的领导人做出的政策选择提供信息。
瓦格纳说：“以半理性的方式看待气候辐射强迫的影响应该会让你得出结论，一点点太阳能地球工程应该成为气候政策组合的一部分，因为它确实有助于消除未缓解的气候变化。”该组合应“首先包括减少CO 2排放以及适应”。但是，他补充道，“SAI 技术不会成为这里唯一的救世主。这一点是绝对明确的。”
标签：
免责声明：本文由用户上传，如有侵权请联系删除！