云增亮：治療地球“發(fā)高燒”

氣候變暖的話題跟地球越來越暖的溫度一樣，成為一個愈發(fā)“熱”的話題。目前，僅靠大氣減排可能已經(jīng)無法阻止氣候變化的趨勢了。過去幾十年，科學(xué)家們提出了不少改變地球環(huán)境氣候的設(shè)想，這種通過大規(guī)模改造地球環(huán)境來降低地球溫度的設(shè)想被稱為地球工程，或地球氣候工程。這些設(shè)想中有些是異想天開，如同科幻小說一樣，極具爭議。但近年來形勢嚴(yán)峻，讓科學(xué)家們不得不認(rèn)真考慮這些設(shè)想的可能性。

氣候活動家凱利·旺瑟（Kelly Wanser）曾在2019年的TED演講中提出：是否可以利用“海洋云增亮”等氣候工程項目，減少全球變暖的趨勢。

知識鏈接

凱利旺瑟（Kelly Wanser）是非政府組織SilverLining的執(zhí)行董事。這個組織專注于應(yīng)對未來氣候變化的地球工程研究，它希望連結(jié)政府、科研機構(gòu)，并向大眾普及未來氣候的影響和可能的應(yīng)對措施等。同時，凱利也擔(dān)任美國華盛頓大學(xué)“海洋云層增亮”科研協(xié)作項目資深總監(jiān)。

延伸閱讀

兩個效應(yīng)

大氣排放對地球氣溫的影響主要造成兩個截然相反的效應(yīng)。第一個效應(yīng)是溫室氣體濃度的增加導(dǎo)致全球氣候在變暖，這個過程有點像人體的發(fā)燒，如果溫度繼續(xù)升高會導(dǎo)致十分嚴(yán)重的后果，比如冰川融化、海平面上升等;第二個效應(yīng)是科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)人類排放的氣體影響了云層，云層越亮，太陽光反射率就越高，高亮的云層把光線反射回太空，從而降低地球溫度。

美國太平洋西海岸海洋云層衛(wèi)星圖像

美國國家航空航天局對地球大氣的模擬圖顯示了云層和粒子在地球上的移動情況。明亮處是云層中粒子反射陽光的部分（供圖/王治鈞）

無心插柳的云層增亮降溫法

在右側(cè)美國太平洋西海岸海洋云層衛(wèi)星圖像中，云層中的條紋是船只排出的廢氣造成的，這些氣體中的硫酸鹽等微粒與云層混合后，會暫時使云層變亮，而明亮的云層會把更多的太陽光反射回太空，這樣會使溫度降低。這種降溫效應(yīng)在海洋云層中最明顯。

實際上，很多包含硫的排放物都可以使云層變亮，比如煤、柴油廢氣、森林火災(zāi)等排放出的氣體粒子都有冷卻效應(yīng)，在某種程度上起到降溫的作用。不過，這種效應(yīng)有很大的不確定性，因為我們無法知道降溫的程度，而這也是我們很難預(yù)測氣候變化的主要原因之一。

早在2015年，科學(xué)家就評估了這種快速降溫的可行性。按照他們的估算，如果能把云層的陽光反射率多增加1～2個百分點，就可以使地球降溫2℃或更多。

海洋云層覆蓋著地球表面約20%的面積，這能反射大約30%的太陽總輻射，而且云層也能直接令海洋表面冷卻，所以一些科學(xué)家就有了治療地球“發(fā)燒”的一個急診思路：向海洋上空注入某種反射光粒子，或向天空噴灑鹽水來照亮沿海云層，從而為“發(fā)燒”的地球降溫。

海洋云增亮計劃

海鹽霧的初步設(shè)想：理論上可行且不唯一

這是英國氣候?qū)W家約翰·萊瑟姆提出的一種方案：使用一種天然的微粒來源——海水中的海鹽霧，從船上噴射到海洋上易受影響的云層中。

據(jù)其模型研究顯示，只需在10%～20%易受影響的海洋云層中部署“海洋云增亮”，就可能抵消2℃的升溫，甚至還能通過云層變亮來減少海洋表面溫度上升引發(fā)的影響。比如，在大西洋海灣等地颶風(fēng)季來臨前的幾個月，用此方法降溫，可以降低颶風(fēng)的威力。另外，這種方法還可以使一些過熱的珊瑚礁海域“冷靜”下來，典型的案例就是為澳大利亞的大堡礁降溫。

但這個設(shè)想目前還只是停留在理論層面，并且不是唯一一種用來提高太陽光大氣反射率的方法。

火山爆發(fā)啟發(fā)了科學(xué)家發(fā)射平流層顆粒的設(shè)想

發(fā)射平流層顆粒設(shè)想：太多的不確定因素

這個設(shè)想源自1991年菲律賓呂宋島皮納圖博火山的爆發(fā)。當(dāng)時，火山爆發(fā)釋放了大量顆粒物質(zhì)，約有1700萬噸的硫酸鹽進(jìn)入平流層。這些懸浮顆粒隨著大氣水平運動擴散到全球各地，使云層變亮，陽光反射率提高。在此后的大約2年內(nèi)，地球溫度下降了約0.5℃。這次降溫導(dǎo)致1992年北極冰層覆蓋率顯著增加。然而，在隨后幾年，隨著這些粒子落回地面，冰層覆蓋率也隨之下降。

這種現(xiàn)象給諾貝爾化學(xué)獎得主、荷蘭大氣化學(xué)家保羅·約瑟夫·克魯岑提供了靈感：以可控的方式將粒子播撒到平流層，讓隨之形成的云來減低陽光入射量，冷卻地球。

這張來自美國國家大氣研究中心的對比圖顯示了直到2100年地球表面的溫度變化。左邊的黃色顯示了按目前趨勢到2100年地球表面溫度變化的情況，而右邊的則是模擬2020年微粒被逐漸播撒到平流層，并持續(xù)操作到2100年的情況。可以看出，到2100年，這種干預(yù)可以讓地球表面溫度接近目前的水平，如果不干預(yù)，溫度則將上升超過3℃。

干預(yù)與否狀況下的2100年地球表面的溫度的對比圖

地球工程實驗項目：急需資金和政策支持

近年來，越來越多的學(xué)者開始進(jìn)行一些試驗來驗證運用地理工程技術(shù)給地球“降溫”的可行性。

哈佛大學(xué)進(jìn)行的SCoPEx實驗，全稱“平流層控制擾動實驗”。這個實驗的第一階段計劃在美國西南部上空20千米處進(jìn)行可操控大氣球飛行實驗，用大氣球向平流層釋放2千克硫酸鹽、碳酸鈣和水，形成一條長1000米、寬100米的管狀云帶，大氣球在推進(jìn)器引導(dǎo)下闖過這片人造云，傳感器會監(jiān)測研究顆粒密度、大氣化學(xué)和太陽光發(fā)散等實驗的物理效應(yīng)。

平流層控制擾動實驗（供圖/王治鈞）

哈佛大學(xué)的實驗人員認(rèn)為他們能妥善管控這個氣候干預(yù)技術(shù)，但是環(huán)保組織和一些批評者認(rèn)為這項技術(shù)會引起污染，導(dǎo)致災(zāi)難性的連鎖反應(yīng)。為了緩解各方面的恐慌情緒，哈佛SCoPEx項目組放慢了實驗步伐，在2019年年中成立了一個獨立專家委員會來評估項目風(fēng)險，并吸納政府和各方的意見。

一群硅谷的退休工程師在華盛頓大學(xué)提出了另一項實驗的思路：向陸地和海洋的云層中噴灑一層細(xì)鹽水霧。

為實現(xiàn)這樣的實驗，科研人員需要先開發(fā)出高速噴射噴頭，這種噴頭每秒鐘可以噴發(fā)3萬億微小顆粒，每一粒有80納米大小。然后將大量噴頭集束裝配在類似造雪機的噴撤器上面。一旦這些基礎(chǔ)設(shè)備就緒，就可以在沿海地區(qū)進(jìn)行初步的測試，最終的成規(guī)模測試將會在海上進(jìn)行。

實驗所需的高速噴射噴頭（供圖/王治鈞）

想法雖好，但因為缺乏資金，他們可能需要10年時間來逐步驗證和研究實驗所需的全套噴灑系統(tǒng)。

為了找到讓氣候恢復(fù)正常的解決方案，為保障一個安全的未來，我們需要凈化人類工業(yè)和消除二氧化碳，從現(xiàn)在開始研究應(yīng)對地球“發(fā)燒”急診所需的“醫(yī)療”方案，評估氣候工程的能力、局限和風(fēng)險，以便在未來有可能發(fā)生的緊急狀況下做出明智的決定。

延伸閱讀

雖然很多科研人員都在努力，試圖找到類似的地球工程解決方案，但這些很前沿的實驗性項目，面臨的問題大都是資金缺乏和政策支持。

最近的科學(xué)報告預(yù)測，未來幾十年，地球的發(fā)熱趨勢可能會到達(dá)某個臨界點，到時人類再想扭轉(zhuǎn)自然系統(tǒng)的趨勢就很難。

好在一些國家已經(jīng)開始注意到這些問題，并開始試探性地提供資金支持。比如，美國在2019年12月底首次同意撥付400萬美元給國家海洋和大氣管理局，用于平流層大氣監(jiān)測和相應(yīng)的氣候工程研究工作。