平流層氣溶膠噴射方案能否解決地球變暖之根本

我們能阻止地球變暖嗎？目前，一項(xiàng)富有爭議的高空氣球任務(wù)正在研究如何降低全球氣溫。

2021年，地球達(dá)到了一個(gè)“暗淡”的里程碑：大氣中二氧化碳濃度達(dá)到了前工業(yè)化時(shí)代的150%，為了防止氣候變化的最壞影響，世界需要在2050年前將二氧化碳凈排放量降低至零。

但即使我們實(shí)現(xiàn)了這個(gè)目標(biāo)，也不會(huì)突然剎住氣溫上升的腳步，因?yàn)槲覀冃枰欢ǖ臅r(shí)間觀察二氧化碳減少對全球氣溫的影響;畢竟全球變暖的負(fù)面影響將持續(xù)幾十年，我們還能做些什么來更快地降低溫度呢？

美國哈佛大學(xué)一支研究小組認(rèn)為，通過調(diào)整地球上層大氣的構(gòu)成，有可能暫時(shí)降低全球氣溫。研究人員希望在今年夏季的“平流層受控?cái)_動(dòng)實(shí)驗(yàn)（SCoPEx）”中測試其中一些技術(shù)，以及他們理論的可行性。盡管這項(xiàng)工作已被擱置，但該研究團(tuán)隊(duì)仍希望該實(shí)驗(yàn)在不久的將來能繼續(xù)開展。

地球熱量的最終來源是太陽，它持續(xù)不斷地照射著地球白天的一側(cè)，其中大約30%的熱量被大氣層反射至太空，而剩余的熱量在白天使地球變暖，在晚上又被輻射回太空。在前工業(yè)化時(shí)代的微妙大氣熱量平衡下，進(jìn)入地球大氣的熱量恰好被流失到太空的熱量所抵消，確保了全球平均氣溫穩(wěn)定。

“平流層氣溶膠噴射（SAI）”

受近代人類活動(dòng)的影響，二氧化碳排放嚴(yán)重破壞了這種平衡，因?yàn)榈厍蛭樟艘恍┍緫?yīng)輻射回太空的熱量，將其困在地球大氣層。大氣層中的二氧化碳越多，溫度上升幅度就越大。從長遠(yuǎn)來看，人類必須降低大氣二氧化碳含量，從而防止氣候變化帶來的最壞影響，但是其他一些過程可以在短期內(nèi)降低全球氣溫。

例如：火山爆發(fā)會(huì)將塵粒云噴射到平流層，形成一層防護(hù)屏障，阻止部分太陽熱量到達(dá)地球表面，1991年菲律賓皮納圖博火山爆發(fā)，導(dǎo)致北半球平均溫度在隨后的15個(gè)月里下降了0.5℃。目前SCoPEx研究團(tuán)隊(duì)希望通過向上層大氣注入粒子來降低溫度，從而借鑒此類火山爆發(fā)的降溫效應(yīng)。

這個(gè)被稱為“平流層氣溶膠噴射（SAI）”的基本方案很簡單，高空飛行下的飛機(jī)或者氦氣球?qū)馊苣z的微小顆粒散播在距離地面20公里的平流層，該高度比飛機(jī)通常飛行的高度更高一些。這些懸浮微粒會(huì)一直懸浮在空中，由于其體積太小無法觀測到，但大氣中氣溶膠數(shù)量較多時(shí)形成的云層可將部分太陽熱量反射至太空中。

在模擬實(shí)驗(yàn)中，平流層氣溶膠噴射似乎是一個(gè)可行的概念，2018年，政府間氣候變化專門委員會(huì)（IPCC）一份研究報(bào)告顯示，一批高空飛機(jī)能散播大量氣溶膠，從而抵消當(dāng)前的全球變暖狀況。但是氣溶膠必須每隔幾年補(bǔ)充一次，而且該方法僅解決了氣候變化的一個(gè)癥狀，而未能解決其根本原因——溫室效應(yīng)。在最理想的情況下，這僅是一個(gè)權(quán)宜之計(jì)，各國應(yīng)在執(zhí)行遏制溫室氣體排放的前提下，采取類似的措施降低大氣溫度。

迄今為止，研究人員對平流層氣溶膠噴射策略的研究仍停留在理論層面，他們提供了火山爆發(fā)有限降溫的真實(shí)數(shù)據(jù)。SCoPEx研究團(tuán)隊(duì)希望在認(rèn)真操控的條件下進(jìn)行真實(shí)測量，從而更好地校準(zhǔn)計(jì)算機(jī)模型，該項(xiàng)目的首席研究員、哈佛大學(xué)化學(xué)和化學(xué)生物學(xué)系弗蘭克·科奇教授表示，如果我們要為決策者提供關(guān)于該策略是否可行的有用信息，我們需要該模型的基礎(chǔ)真實(shí)性。

火山噴發(fā)主要噴射含硫化合物，但這些化合物不僅會(huì)降低大氣溫度，還會(huì)破壞保護(hù)地球的臭氧層，而臭氧層對于地球生命是至關(guān)重要的，它可以保護(hù)地球生命免遭有害的紫外線輻射。因此，SCoPEx研究團(tuán)隊(duì)當(dāng)前正在專注研制一種危害性更低的氣溶膠——碳酸鈣氣溶膠，簡單地講，這是粉筆灰的主要成分，研究人員希望能在不損害臭氧層的情況下產(chǎn)生預(yù)期的降溫效果。

具體實(shí)驗(yàn)方案

目前SCoPEx研究團(tuán)隊(duì)希望近期部署一個(gè)大型無人氦氣球，它將采用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的氣象氣球，但與之不同的是將配備螺旋槳，便于地面研究團(tuán)隊(duì)以可控方式操控，在瑞典太空公司的協(xié)調(diào)下，科學(xué)家計(jì)劃在瑞典北部地市基律納附近發(fā)射該氣球。

在暫定明年的首次飛行計(jì)劃中，該氣球不會(huì)向平流層散播任何物質(zhì)，而是氣球上升至距離地面20公里的高度，測試氣球的機(jī)動(dòng)系統(tǒng)，并檢查所有科學(xué)儀器和通信設(shè)備是否正常工作。

如果該測試成功，第二次飛行將在相同高度進(jìn)行1～2kg碳酸鈣微粒的受控散播。在釋放過程中，氣球會(huì)沿直線穩(wěn)定運(yùn)行，因?yàn)闅馊苣z微粒會(huì)形成一個(gè)大約1千米長的窄羽流，依據(jù)SCoPEx網(wǎng)站的觀點(diǎn)，氣球隨后會(huì)穿過該氣溶膠羽流返回，觀察氣溶膠微粒隨時(shí)間推移如何分散，以及它們反射陽光的程度。

盡管SCoPEx研究團(tuán)隊(duì)測試飛行對我們正確理解“平流層氣溶膠噴射概念”很有價(jià)值，但從科學(xué)的角度看待全球降溫效應(yīng)也很重要。該項(xiàng)目的提倡者之一、哈佛大學(xué)應(yīng)用物理學(xué)教授大衛(wèi)·基思說：“我們的目標(biāo)不是為了改變氣候，也不是為了證實(shí)是否人為操作能反射陽光，我們的目標(biāo)只是改進(jìn)平流層中氣溶膠形成方式的模型?！?/p>

基思說：“在大規(guī)模氣溶膠釋放之前，至少還需要進(jìn)行10年的研究，此類釋放可能涉及每年向平流層注入大約150萬噸氣溶膠，大約需要100架飛機(jī)飛行抵達(dá)距離地面20公里的高度散播氣溶膠?！?/p>

該方案仍備受爭議

盡管“平流層氣溶膠噴射”具有相應(yīng)的實(shí)施方案，但仍備受爭議。一個(gè)令人擔(dān)憂的問題是，人類向大氣中排放溫室氣體會(huì)造成氣候危機(jī)，那么人們怎么能確定向大氣中排放氣溶膠會(huì)讓情況變得更好呢？盡管計(jì)算機(jī)建模表明該方案是安全的，但仍有可能產(chǎn)生不可預(yù)見的副作用，例如：該方案的實(shí)施過程中可能會(huì)擾亂天氣模式，通過減少農(nóng)作物接受的陽光量從而阻礙農(nóng)作物生長，并且如果使用硫化物氣溶膠，將破壞地球臭氧層。

事實(shí)上，一些科學(xué)家對平流層氣溶膠噴射方案仍持謹(jǐn)慎態(tài)度，美國康奈爾大學(xué)研究員道格拉斯·麥克馬丁教授說：“我們實(shí)際上是試圖控制整個(gè)地球氣候，這是一個(gè)相當(dāng)可怕的想法，在技術(shù)成熟度、物理理解、潛在影響和治理方面均存在著不確定性?；谶@些擔(dān)憂，SCoPEx研究團(tuán)隊(duì)推遲了他們的氦氣球處女航時(shí)間表，直到經(jīng)歷一個(gè)更徹底的社會(huì)參與過程，能解決與瑞典太陽能地球工程研究相關(guān)的問題，才是考慮實(shí)施該方案的最佳時(shí)機(jī)?！?/p>

但是基思認(rèn)為，真正的風(fēng)險(xiǎn)在于一些特立獨(dú)行的組織在沒有SCoPEx希望獲得的科學(xué)數(shù)據(jù)的情況下，實(shí)施平流層氣溶膠噴射方案。同時(shí)，該方案持第二大反對意見的是，不愿減少二氧化碳排放的政府和企業(yè)將抓住平流層氣溶膠噴射可能產(chǎn)生的負(fù)面作用，用于證明地球大氣降溫是不必要的。

這樣可能會(huì)抵消平流層氣溶膠噴射方案的任何潛在好處，即使SCoPEx任務(wù)成功，平流層氣溶膠噴射方案全面實(shí)施，它也僅是補(bǔ)充而不是替代二氧化碳減排。哈佛大學(xué)太陽能地球工程研究項(xiàng)目常務(wù)董事莉齊·伯恩斯做了一個(gè)形象的類比，她說：“平流層氣溶膠噴射方案就像止痛藥，如果你需要手術(shù)并服用止痛藥，并不意味著你不再需要手術(shù)，而我們所指的手術(shù)是切實(shí)有效地減少二氧化碳等溫室氣體排放。”D01D566C-0A7C-4BC7-84E1-156FBA2B0099