您需要了解的有关地球工程的一切

无论我们是否有意，人类都在改变气候，而最近环境科学预算的削减表明我们不应该指望美国在短期内大幅减少碳排放。然而，尽管联邦科学家在预算提案中避免使用“气候变化”等术语，但有一个词却重新出现在媒体上：地球工程。

3 月底，几篇新闻文章暗示白宫可能对地球工程感兴趣——大规模、有意地改变气候，以“暂停”全球变暖的最坏影响。尽管这些文章似乎完全基于猜测（并受到反地球工程运动的推动），但它们的灵感来自一项定于 2018 年开展的现实世界研究项目。

明年，哈佛大学物理学家戴维·基思和他的同事计划向平流层喷洒少量水蒸气。虽然他不会进行任何实际的地球工程，但目标是观察这种人造云在太阳能加热地球之前如何将太阳能反射回太空。

故意操纵气候的想法是一个有争议的话题，一些环境科学家甚至不喜欢这样的可行性研究。但随着其他类型的气候倡议逐渐枯竭，地球工程似乎正在获得发展势头。

地球工程如何发挥作用？

我们的汽车和发电厂排放的温室气体非常善于捕获热量。当阳光加热地球时，这层二氧化碳、甲烷和其他吸热气体会阻止地球向太空散发部分热量。结果，全球温度正在上升。

地球工程可以通过两种方式来降低全球热度。第一种是捕获碳，要么种植森林，让森林吸收碳进行光合作用，然后将其储存为食物，要么通过人造技术从空气中抽取碳并将其储存在地下。但科学家尚未完善这些技术，而且它们的效果不如第二种方法那么快，第二种方法是将阳光反射回太空以减少热量。一些科学家认为，这可以通过在大气中播撒闪亮的粒子、额外的云层或太空镜子来实现。

基思的团队计划明年试验第二种策略，届时他们将发射一个高空气球，飞到 12 英里的高空。到达高空后，气球将向空中喷射最多两磅的物质，喷洒范围覆盖约半英里长、大约相当于一个美式足球场长度的空间。然后，气球将飞回喷射区域，监测粒子之间的相互作用、它们在空气中的分布情况以及它们散射光线的能力。

最初，基思的团队将先喷洒水。在后续的尝试中，他们可能会释放无毒的石灰石粉尘和/或硫酸盐，但数量非常少。 《卫报》的一篇专栏文章指出，如果他们决定测试硫酸盐，他们释放的物质将比商用飞机在一分钟飞行中通常排放的物质还要少。

但基思表示，该项目绝不会试图让地球降温，这些测试也不会对人类或环境构成风险。

美国国家大气研究中心气候分析师凯文·特伦伯斯 (Kevin Trenberth) 表示同意，他并未参与 2018 年的实验，“这个特殊的实验规模足够小，也足够无害，不会对天气和气候系统产生影响。”

相反，该研究的目的是探索地球工程的潜在风险和好处，以及我们尝试后效果如何。

它能起作用吗？

菲律宾皮纳图博火山爆发时，向空气中排放了 17 兆吨二氧化硫。这些颗粒在大气层高空飞行，将部分阳光反射出地球，暂时使整个地球温度下降约 1 华氏度。（作为参考，到 2100 年，全球气温预计将上升 0.5 华氏度至 8.6 华氏度。）

由于这次和其他火山喷发，科学家们确信向天空添加微粒可以冷却地球。其他细节尚待解决。哪种反射材料最好？我们需要多少才能产生给定的效果，我们如何将这么多的微粒送入平流层？这会对世界其他地方产生什么影响？

基思的研究将开始尝试回答其中的一些问题。摘自该项目网站：

“太阳能地球工程可能是也可能不是降低气候变化长期风险的有效方法，”基思说。“我认为有足够的证据表明它是有用的，我们应该有一个严肃的、国际性的、开放的研究项目。”

可能出现什么问题？

过去几十年的事实证明，干扰气候可能会带来意想不到的后果。同样，1991 年皮纳图博火山的全球性降温喷发被怀疑导致降水模式发生变化，引发密西西比河沿岸的洪水和非洲萨赫勒地区的干旱。一些建模研究表明，地球工程可能会造成类似的破坏。

当这些副作用跨越国界时，它们可能尤其令人担忧。例如，如果美国利用太阳能地球工程来抑制气候变暖，而俄罗斯却遭遇旱灾，那么俄罗斯可能会将农作物歉收归咎于美国，即使原因尚不清楚。

“困难之一是你永远无法确定本来会发生什么，”特伦伯斯说。“你需要有一个好的模型来预测本来会发生什么，并且要有做出准确预测的良好记录。”

1972 年 6 月，南达科他州拉皮德城的研究人员正在试验人工增雨，不久之后，一场倾盆大雨摧毁了这座城镇。“最后这件事闹得沸沸扬扬，”特伦伯斯说。“大多数人认为，无论如何，这件事都可能发生。他们可能稍微改变了雷暴的位置，但结果却陷入了严重的法律纠纷。”

故意遮蔽阳光还可能损害植物和太阳能发电，因为这些都依赖于阳光。而且这种方法对因大气中过多的二氧化碳而酸化的海洋毫无帮助。

“太阳辐射使地球变热，并驱动所有天气系统，”特伦伯斯说。“它负责整个水文循环——蒸发和降水等等……肯定会有副作用，其中一些副作用可能很严重。”

另一个反对基思等人进行基础地球工程研究的论点是，这是通向全面地球工程的滑坡，或者可以将其用作反对减少排放的论据。

这也是基思所担心的事情。如果政客们大力推动地球工程，同时又削减其他气候研究的资金，就连基思也不会支持。

那么我们为什么还要考虑尝试这个呢？

即使我们明天就将排放量降至零，碳循环也需要时间才能重新平衡，而世界将在未来几十年继续变热。冰盖将继续融化，海平面将上升，动植物将进一步与自然脱节，干旱将加剧。虽然这只是一个临时解决办法，但太阳能地球工程有可能迅速冷却地球的热度。

“下一代人会对此做出决定，比如在 2040 年代或 50 年代，”Keith 说。“问题是，我们是否有一个研究项目可以告诉人们更多关于它是否有效、风险有多大以及如何管理这些风险的信息？如果我们有一个像这样的连贯的研究项目，我认为我们会为下一代提供更多信息，以便做出更好的决定。”

基思的团队将太阳能地球工程纳入二氧化碳模型，以估计其影响。他们发现，如果到 2050 年左右排放量降至零，并且向大气中排放足够的物质，使变暖速度减半，那么世界上 90% 的地区降水量变化会减少，99% 的地区气温变化会减少。

但这些只是模型，所有模型都有局限性。“我们需要找出更多，”基思说。“我们可能会发现，有些深层次的原因导致它不起作用——在这种情况下，我们就不应该这么做。”

最好的前进道路是什么？

防止全球过热的最佳方法是减少碳排放。但这需要技术发展和政治动机，而且效果不会立竿见影——这就是为什么美国国家科学院、皇家学会等科学组织，甚至一些环保倡导团体都开始认为地球工程是一种潜在的有用工具——但需要进一步研究。还需要就是否、为何以及如何实施地球工程展开国际讨论。

这两件事也正是Keith所推崇的。

“我不是在推广什么总体规划，”基思说。“我的目的是推动一个更大的国际开放研究项目，主要由环保界拥有。这不是我能决定的。”