挽救北極海冰

曾欣然

北極夏季的海冰正在加劇融化。

北極正加速變暖

北極正處于危機(jī)之中。地球的頂部北極升溫比地球上其他任何地方都更快，冰雪的消融速度和消融面積一直在創(chuàng)造著新紀(jì)錄。北極夏季的海冰正在加劇融化。這是一個(gè)非常嚴(yán)重的問題，因?yàn)榘l(fā)生在北極的這些氣候改變不僅僅停留在北極，還會(huì)影響地球其他區(qū)域。

除此之外，格陵蘭冰蓋也正在消融。而如果格陵蘭冰蓋全部消失，那么，僅此一項(xiàng)就可以使全球海平面高度上升6米。冰凍的北極土壤和永久凍土也在持續(xù)融化，從而將更多的二氧化碳和甲烷釋放到空氣中。2019年，西伯利亞泥炭地的巨大野火持續(xù)燃燒了一個(gè)多月。同時(shí)北極變暖也對(duì)北半球的天氣系統(tǒng)造成了嚴(yán)重影響。如果更直觀地從經(jīng)濟(jì)的角度來看，到21世紀(jì)末，如果北極變暖未得有效遏制，那么，對(duì)經(jīng)濟(jì)造成的影響將是巨大的，最新估計(jì)為67萬億美元。

如果格陵蘭冰蓋全部消失，那么，僅此一項(xiàng)就可以使全球海平面高度上升6米。

有人說，我們正生活在一個(gè)處于“氣候緊急狀態(tài)”的時(shí)代?！皻夂蚓o急狀態(tài)”是2019年《牛津詞典》公布的年度詞匯，其使用率在2019年就增加了100倍?！杜＝蛟~典》將其定義為：需要采取緊急行動(dòng)以減少或阻止氣候變化，并避免由氣候變化造成的不可逆轉(zhuǎn)的環(huán)境破壞。

那么，我們應(yīng)該怎么應(yīng)對(duì)這種嚴(yán)峻的態(tài)勢(shì)呢？有科學(xué)家提出了“讓我們重新冰凍北極”的口號(hào)。一些科學(xué)家認(rèn)為，可以通過“干預(yù)”北極的氣候系統(tǒng)來“挽回”北極消融的冰。這是一個(gè)富有想象力的想法。

雖然要實(shí)施它既不便宜也不簡(jiǎn)單，但科學(xué)家們還是認(rèn)為，由于北極地區(qū)所面臨的危機(jī)太嚴(yán)重了，至少我們應(yīng)該研究一下可以采取一些怎樣的方法以“挽回”北極的冰。

而今，對(duì)北極的氣候干預(yù)比之前認(rèn)識(shí)的似乎更有必要了，因?yàn)楸睒O地區(qū)正在加速變暖?？茖W(xué)家通過建立數(shù)學(xué)模型進(jìn)行模擬的結(jié)果和衛(wèi)星圖像都顯示，我們?cè)诮窈蟮娜魏我荒甓伎赡芸吹揭粋€(gè)無冰的夏季。

深色的海洋直接暴露在陽光下時(shí)，它不會(huì)像亮白的海冰那樣反射陽光，反而會(huì)吸收更多的太陽熱量。在過去的30年里，由此所造成的升溫相當(dāng)于同期因人類活動(dòng)所釋放的二氧化碳總量的1/4的升溫效果。這樣的增溫使得極鋒急流減弱，從而導(dǎo)致“阻塞”天氣形勢(shì)加劇，以及相應(yīng)的干旱、洪水和熱浪等極端天氣事件。

深色的海洋直接暴露在陽光下時(shí)，它不會(huì)像亮白的海冰那樣反射陽光，反而會(huì)吸收更多的太陽熱量。

需要直接干預(yù)

在過去的40年里，大約有240萬平方千米的北極海冰消失了。

全球面臨的危機(jī)是巨大的。如果任由北極繼續(xù)以這樣的方式變化，那么，這將對(duì)世界各地構(gòu)成巨大的安全風(fēng)險(xiǎn)，并可能導(dǎo)致氣候系統(tǒng)變化的程度超出我們的恢復(fù)能力。當(dāng)然，如果幾十年前當(dāng)科學(xué)家們最初建議減少全球溫室氣體排放時(shí)，我們就開始行動(dòng)，那么我們本來可以阻止北極變暖?？上覀儺?dāng)時(shí)沒有開始行動(dòng)，現(xiàn)在也沒有。

正因?yàn)檫@樣，越來越多的科學(xué)家認(rèn)為，如果我們想拯救北極，就需要直接干預(yù)，“操控”北極的氣候系統(tǒng)。為此科學(xué)家們提出了三個(gè)主要方案：一是增加海冰的覆蓋范圍;二是增加冰面亮度以反射更多的陽光;三是通過增亮云層反射掉更多的陽光，讓北極的空氣變冷。這三個(gè)方案都屬于地球工程學(xué)（也稱氣候工程學(xué)、氣候調(diào)整或者氣候干預(yù)）的范疇，即對(duì)環(huán)境的干預(yù)程度要大到足以抵消氣候變化。有科學(xué)家認(rèn)為，既然在減排上想做得很好太難，那就不妨試試直接干預(yù)氣候系統(tǒng)。

那些倡導(dǎo)干預(yù)行動(dòng)的科學(xué)家關(guān)注的一個(gè)重要問題是，隨著北極氣候變暖，微生物會(huì)分解被解凍的有機(jī)物，使得甲烷開始從海底滲出。

他們擔(dān)心隨著繼續(xù)變暖，甲烷的些微滲出會(huì)發(fā)展為一場(chǎng)甲烷的大爆發(fā)。

所以，我們需要把北極海域的冰“挽回”，以避免災(zāi)難性的甲烷爆發(fā)。不僅如此，除了被封在海底的甲烷外，據(jù)估計(jì)還有1萬億噸的碳存儲(chǔ)在北極土壤地表下3米處。只要這其中的一小部分進(jìn)入大氣，就會(huì)抵消掉我們?cè)跍p排方面所做的努力。大自然在我們面前擺出的難題似乎是：一方面，從海底立即釋放出的甲烷會(huì)讓地球迅速變暖;另一方面，隨著陸地永久凍土層的融化，通過復(fù)雜的化學(xué)過程也會(huì)讓地球變暖。

但干預(yù)氣候的方案也讓許多科學(xué)家不安。他們擔(dān)心，人們會(huì)因?yàn)橛羞@些方案而降低減排力度。

第—個(gè)方案

第一個(gè)方案來自美國(guó)亞利桑那州立大學(xué)的天體物理學(xué)家史蒂夫·蓋爾。

他提出的計(jì)劃是建造風(fēng)力水泵，在冬天將冰面下的海水抽到寒冷的冰面上，使這些海水更容易凍結(jié)，從而讓海面的海冰變厚，覆蓋范圍擴(kuò)大。這種方法最近也被提出用以防止南極冰蓋的崩塌。

由于海冰會(huì)四處漂移，所以蓋爾的想法是將風(fēng)力水泵安裝在北極北部的海冰之上，這將有助于讓大塊的海冰變厚，這樣一來，海冰向南移動(dòng)時(shí)就難以融化.他認(rèn)為，這看起來像是一件不可能完成的任務(wù)，因?yàn)楸睒O是一塊非常龐大的區(qū)域，但這并非不可能，只是這項(xiàng)工程的范圍是巨大的。

據(jù)蓋爾計(jì)算，我們需要在整個(gè)北極地區(qū)建造1000萬臺(tái)風(fēng)力水泵來使其重新冰凍，這需要花費(fèi)約5000億美元。這是一大筆錢，但這與67萬億美元（若我們不采取行動(dòng)，我們將為北極變暖付出的經(jīng)濟(jì)代價(jià)）相比微不足道?？茖W(xué)家認(rèn)為，這在物理學(xué)上是可行的，也是符合基本的自然原理的。但到目前為止，這還只有一個(gè)在實(shí)驗(yàn)室運(yùn)作的風(fēng)力水泵模型，距離方案實(shí)際運(yùn)作還太遠(yuǎn)。

第二個(gè)方案

第二個(gè)方案已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室之外取得了一些成功進(jìn)展。該方案是，用閃亮的白色小珠子覆蓋冰層。這些微小的珠子會(huì)增加初生薄冰的反射率，從而保護(hù)冰面不受陽光照射。該方案的倡導(dǎo)者是美國(guó)斯坦福大學(xué)的工程師菜斯利，菲爾德。他的團(tuán)隊(duì)正在探究如何通過使用二氧化硅微珠來“挽救”

北極的冰。這些明亮無毒的珠子在化學(xué)和物理性質(zhì)上與沙子相似，但更小，更像粉末，直徑約為65微米（0.065毫米）。

菲爾德團(tuán)隊(duì)已經(jīng)多次進(jìn)行了這方面的實(shí)驗(yàn)，其中最引人注目的一次實(shí)驗(yàn)是在阿拉斯加的面積約4200平方米的北梅多湖上進(jìn)行的。實(shí)驗(yàn)證明，這些微球增加了約20%的反射率，減緩了冰的融化。但如果用這些材料覆蓋北極2.5萬平方千米的地區(qū)，僅材料費(fèi)就需要大約3億美元，而北極海冰有記錄以來夏季海冰覆蓋面積最低值（出現(xiàn)在2012年）也達(dá)340萬平方千米，2.5萬平方千米僅占其中的0.7%。

這一方案中也還存在許多問題，尤其是它是否對(duì)海冰有效？畢竟，迄今為止，實(shí)驗(yàn)都只是在結(jié)冰的湖泊上進(jìn)行的。而且，當(dāng)冰融化時(shí)，這些微珠會(huì)發(fā)生怎樣的變化？它們一部分會(huì)沉降，然后落入湖底的泥漿中，結(jié)果又會(huì)發(fā)生什么樣的變化都不得而知。因此有科學(xué)家擔(dān)心，向北極增加數(shù)百萬噸二氧化硅會(huì)對(duì)北極生態(tài)系統(tǒng)造成影響。這為該項(xiàng)計(jì)劃亮起了紅燈。

有科學(xué)家對(duì)用上述兩種方法來改變冰層表面的可行性以及這些方法是否能成為應(yīng)對(duì)氣候變化的有效工具表示懷疑，并對(duì)使用“白色小珠子”這種方法在影響大尺度的氣候上是否可行表示高度懷疑。

通過使用二氧化硅微珠來“挽回”北極的冰。這些明亮無毒的珠子在化學(xué)和物理性質(zhì)上與沙子相似，但更小。

實(shí)驗(yàn)證明，這些微珠增加了約20%的反照率，減緩了冰的融化。

第三個(gè)方案

有科學(xué)家認(rèn)為，最有希望的潛在干預(yù)措施不是直接修復(fù)海冰冰層，而是通過增亮北極上空的云層來間接讓海冰增多。這一想法可以追溯到20世紀(jì)90年代。當(dāng)時(shí)英國(guó)曼徹斯特大學(xué)的約翰·萊瑟姆開始思考如何通過減少到達(dá)地球表面的陽光來抑制溫室效應(yīng)。萊瑟姆對(duì)一種被稱為氣溶膠的“第一間接效應(yīng)”（Twomey）的現(xiàn)象很感興趣。該效應(yīng)描述了由云層反射回太空的太陽輻射量取決于云滴的濃度。在低層大氣中，水汽凝結(jié)在空氣中懸浮的氣溶膠粒子（云凝結(jié)核）上，就會(huì)形成云滴。如果增大云凝結(jié)核的濃度，那么云滴的濃度會(huì)隨之增大，從而提高云對(duì)太陽輻射的反射率。萊瑟姆據(jù)此認(rèn)為，可以通過向海洋上空播撒海鹽粒子來增加云滴的濃度，進(jìn)而將更多的太陽輻射反射回太空。

我們從船舶航跡（相當(dāng)于飛機(jī)留下的尾跡）的衛(wèi)星圖像上可以知道，由船舶排放的硫酸鹽可以成為云凝結(jié)核從而增加云量。萊瑟姆團(tuán)隊(duì)建立了計(jì)算機(jī)模型來展示通過使海洋的層積云變亮來恢復(fù)北極海冰的方法。這種大而圓的云是目前北極地區(qū)最常見的一種，通常成群出現(xiàn)，覆蓋大片范圍。

從理論上看這個(gè)方法似乎非常有希望，但實(shí)際測(cè)試又是另一回事。要實(shí)施這個(gè)方法，首先需要一種能大面積向海洋上空的低層大氣中噴射超細(xì)海霧的系統(tǒng)。英國(guó)科學(xué)家斯蒂芬·索爾特對(duì)此有很先進(jìn)的計(jì)劃，他提出了通過遠(yuǎn)程遙控?zé)o人駕駛船來實(shí)施向低層大氣中噴射超細(xì)海霧的想法，并將其提交給了英國(guó)政府環(huán)境審計(jì)委員會(huì)論證。但資金的缺乏阻礙了這一想法的實(shí)施。

在所有防止北極“崩潰”的想法中，相對(duì)來說最可行的是增加大氣對(duì)陽光的反射率。但目前在反射陽光方面的有效投資微乎其微。這讓我們面臨著巨大的短期氣候風(fēng)險(xiǎn)，并且沒有足夠的快速響應(yīng)選項(xiàng)來將氣溫上升控制在安全范圍內(nèi)。

北極地區(qū)正在繼續(xù)從白色變?yōu)樗{(lán)色。曾先后帶領(lǐng)過40支探險(xiǎn)隊(duì)到北極探險(xiǎn)的瓦達(dá)姆見證了北極的巨大變化。他說：“當(dāng)我剛開始去北極的時(shí)候，你可以把整個(gè)北半球都想象咸一個(gè)堅(jiān)固的大陸。從前冰面連接著歐亞大陸和北美，但現(xiàn)在其中一部分冰面變成了藍(lán)色的海洋。從物理上來看世界都變得‘破碎了?！?p>

如果增大云凝結(jié)核的濃度，那么云滴的濃度會(huì)隨之增大，從而提高云對(duì)太陽輻射的反射率。

可以通過向海洋上空播撒海鹽粒子來增加云滴的濃度，進(jìn)而將更多的太陽輻射反射回太空。

云的作用

云在控制氣候方面起著至關(guān)重要的作用。云層對(duì)太陽光的反射，特別是在熱帶地區(qū)，對(duì)地球的降溫起著非常重要的作用。但我們并不知道隨著地球越來越熱，云的形成會(huì)發(fā)生怎樣的變化。這意味著我們并不知道當(dāng)大氣中的二氧化碳濃度升高到某個(gè)特定值時(shí)，地球究竟會(huì)變暖多少。

氣候變化否定者們認(rèn)為，采用氣候模式對(duì)氣候變暖進(jìn)行預(yù)測(cè)時(shí)存在太多的不確定性。原因之一是氣候模式的敏感性不太確定。當(dāng)大氣中二氧化碳增加一倍時(shí)氣溫會(huì)增加多少呢？在氣候模式的預(yù)測(cè)結(jié)果中，升溫范圍在2-5℃。

我們不知道氣候是否非常敏感，如果敏感，那么當(dāng)大氣中二氧化碳的濃度翻倍時(shí)，地球的熱量也會(huì)相應(yīng)地大幅增加。有氣候科學(xué)家從最新改進(jìn)的氣候模式中得到的證據(jù)表明，我們的地球比我們想象中的還要敏感。如果大氣中的二氧化碳濃度僅僅增加大約70ppm時(shí)，氣溫就會(huì)增加1℃。那么，按照現(xiàn)在的二氧化碳排放速度，只需要20年就會(huì)使得全球變暖的幅度較工業(yè)革命前的水平由1.5℃增高至2℃，這就是所謂“嚴(yán)重影響”的程度，意味著全球會(huì)出現(xiàn)更多的極端天氣一森林火災(zāi)、洪澇災(zāi)害、熱帶風(fēng)暴的數(shù)量和強(qiáng)度都會(huì)增加。

云的形成需要大氣中的氣溶膠顆粒，而這些氣溶膠顆粒很多是來自工業(yè)過程和化石燃料燃燒形成的污染物。由于這些粒子直接或通過它們對(duì)云的形成的作用間接使得地球降溫，因此逐步消除它們的來源將揭開先前隱藏的溫室氣體使氣候變暖的真相的面紗。因此，為了了解當(dāng)大氣變得更加清潔時(shí)我們所能預(yù)期的額外變暖是多少，我們需要弄清云是如何影響氣候敏感性的。有科學(xué)家認(rèn)為，增亮海洋云層的實(shí)驗(yàn)有可能揭示氣候?qū)W中最棘手、最重要的問題之一：氣溶膠是如何影響云層的？在我們?cè)噲D干預(yù)氣候系統(tǒng)之前，我們有必要盡可能地了解它。