為了讓天氣涼快下來，科學家想往海里扔十億個高爾夫球_風聞

來源：微信公眾號“千人智庫”

導讀：牛津大學環境變化研究所的Myles Allen指出：“我們並沒有試圖減少碳排放，每年都有400億噸二氧化碳被排放至大氣中，我們只是愉快地委託後代再去解決這個問題。”

往海面上投放數十億個高爾夫球，讓它們反射陽光，這能不能緩解全球變暖？六十年代的美國科學家們還真想過。

地球工程研究如何人為影響氣候，一度被視為科幻小説中才有的設定。早期的一些計劃非常激進，如今隨着相關技術更加成熟，而氣候形勢變得更加嚴峻（據一連串可怕的科學預警稱，最近大氣中二氧化碳濃度激增，大幅降低碳排放量已經刻不容緩），越來越多的科學家開始認真考慮採取這方面的措施。因為這項工程可能阻止即將失控的氣候變化。

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“我們的時間已經十分緊迫，”地球工程倡導者之一、前英國政府首席科學家David King在去年秋季的一次會議上表示，“我們在未來十年中的行動將決定人類未來一萬年的命運。”

2015 年，King協助確保了《巴黎協定》的達成，但他相信僅靠降低温室氣體排放已遠不足以避免災難。他正在劍橋大學籌建一個氣候修復中心（Center for Climate Repair），他認為這類研究“將是十分必要的”， 而這所機構將成為這個領域的全球首個主要研究中心。它關注的技術包括一系列限制太陽輻射抵達低層大氣的舉措，例如噴灑硫酸鹽顆粒氣溶膠至平流層，或通過高桅橫帆船將海中的鹽粒子泵送至極地上空雲層中，使雲層更加明亮，反射更多的太陽光，從而為快速變暖的極地區域降温。

美國的科學家也在從事這方面的研究。美國國家科學院去年10月啓動了一項關於陽光反射技術的研究，評估其可行性、影響和風險以及管理需求。美國國家科學院院長Marcia McNutt表示：“我們已沒時間來緩解災難性的氣候變化，其中的一些干預措施……在未來可能需要被納入考慮。”

該項研究的參與者們於四月下旬在華盛頓特區舉行了第一次會議。演講者中有哈佛大學物理學家David Keith，他曾開發了採用化學物質從大氣中直接清除二氧化碳的專利技術；還有來自海洋雲層光明計劃（Marine Cloud Brightening Project）的Kelly Wanser，研究將海鹽和其他材料撒入雲層是否能有效將更多陽光反射回太空。該項目正在為未來的實地實驗做準備。

十億個高爾夫球

要不要對氣候開展地球工程以阻止全球變暖，這個討論出現的時間幾乎與氣候變暖威脅出現的時間一樣長。早在 20 世紀 60 年代，美國的研究人員就建議在海洋上投放數十億白色的漂浮物體，例如高爾夫球，以反射陽光。1977 年，來自位於奧地利的國際應用系統分析研究所（International Institute for Applied Systems Analysis）的Cesare Marchetti論述了一套方法，要捕獲歐洲所有二氧化碳排放，並將其注入正在下沉的大西洋洋流中。

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1982 年，蘇聯科學家Mikhail Budyko提議將硫酸鹽粒子注入平流層，將陽光反射回太空。1995 年，英國研究人員首次開展實驗，探究向海洋中增加鐵元素能否促進吸收二氧化碳的藻類生長。兩年後，氫彈的發明者Edward Teller提出了將巨型反射鏡放置在太空的想法。

直到現在，很多氣候科學家依然認為這些提議即使不是無稽之談，也十分非主流。他們指出這些提議弱化了減少温室氣體排放的迫切性。去年四月，一羣科學家在《自然》（Nature ）期刊上撰文，聲稱太陽地球工程“怪異並令人感到不安……讓人聯想起科幻小説”。

然而，這種情緒正漸漸發生着變化。全世界科學家們達成了廣泛共識：《巴黎協定》的目標是將全球氣温升幅控制在2攝氏度內，而我們實現目標的時間窗口正在急劇變窄。

二氧化碳排放增長曾經出現了一次短暫的停滯，在2015年和2016年為人們帶來了希望，如今這一希望也已經破滅；波茨坦氣候影響研究所科學主任（Potsdam Institute for Climate Impacts Research）Johan Rochstrom表示，當我們應該為 2030 年前實現將碳排放量減半的目標進軍的時候，碳排放的增速已經恢復。大氣中二氧化碳被視為地球的温度調節器，它的濃度現在是 415ppm，並以每年近 3ppm 的速度增長，達到三百萬年來的最高水平。“要想將曲線趨勢扭轉向下，我們只有兩年的時間，” Rockstrom説。

有專家認為，我們可能面臨這樣一個時刻的到來：除了地球工程，沒有其他方法能夠實現國際社會在1992年地球峯會上簽署《聯合國氣候變化公約》時作出的承諾，即防止“人類活動對氣候系統產生危險的影響”。牛津大學環境變化研究所的Myles Allen指出：“我們並沒有試圖減少碳排放，每年都有400億噸二氧化碳被排放至大氣中，我們只是愉快地委託後代再去解決這個問題。”

往大氣層撒硫酸鹽？

目前，地球工程的一些可能方案和日程正在討論中。以哈佛大學太陽地球工程研究項目（Solar Geoengineering Research Program）執行主任 Gernot Wagner 去年秋天公佈的計劃為例：

未來的 15 年，為應對氣候變暖影響的逐漸惡化，滿載硫酸鹽粒子的飛機將從世界各地機場起飛。飛機會飛到 65000 英尺、遠高於目前航空線路的高度，並將裝載物噴向平流層：第一年將會有 4000 次飛行計劃，第二年 8000 次，第三年 12000 次，以此類推。15 年後，專門建造的高空艦隊將攜帶大罐裝硫酸鹽進行每年 60000 次的飛行。

這個厚重的粒子層與火山爆發時的噴出物類似，可將射入大氣層的太陽輻射反射回太空，以此來對抗氣候變化。這個計劃的靈感來自一次著名的火山噴發事件——1991 年，菲律賓皮納圖博火山噴發產生了大量硫酸鹽顆粒，導致全球氣温在接下來的兩年內下降了 0.6 攝氏度。這個項目計劃連續 15 年人為製造“火山噴發”，預計將全球變暖幅度下降 0.3 攝氏度，相當於這段時間內預估氣温升幅的一半。

一項計劃模擬了火山噴發的場景，其靈感源於 1991 年菲律賓皮納圖博火山噴發。圖片來源：Wikipedia

瓦格納和一名共同作者説，硫酸鹽噴灑“非常廉價”，最初15年的部署中每年的花費將不超過20億美元，這比直接減排便宜得多。所以問題已經解決了麼？並不盡然。事實遠沒有這麼簡單。

首先，絕大多數硫酸鹽粒子不會在空中停留超過兩年，比如皮納圖博火山噴出的那些。飛機將不得不持續飛上天空，和噴灑越來越多的硫酸鹽，否則全球變暖將變得更加劇烈。

另一方面，儘管硫酸鹽的包裹可能降低全球氣温，但抑制太陽輻射極有可能對天氣系統和降雨模式造成巨大變化，因為這些氣象多數受太陽能驅動。保障20億人糧食供應的亞洲季風可能會消失。大氣中積累的二氧化碳還會產生許多其他影響，例如海洋酸化。

英國埃克塞特大學的Peter Cox指出：“連世界頂尖大學的研究人員都要求部署這樣一項激進的計劃，這證明了氣候變化問題已經多麼刻不容緩。”這同時還帶來了一些擔憂：誰將對這些舉措負責？

牛津大學地球工程項目的Steve Rayner説：“這項技術藴藏的潛在衝突……可能是巨大的。”十年前，他曾幫助起草了《牛津原則》（Oxford Principles ），呼籲“地球工程決策的公眾參與”，並將其監管“視為一項公共利益”。但在緊要關頭，這項原則還有用麼？我們又能將氣候問題託付給哪些世界領導人？

還有評論人員表示，僅僅是研究這項技術也會產生道德風險，因為它暗示了可能存在一種解決全球變暖問題的簡單方法，這會鼓勵我們繼續依賴化石燃料。倫敦帝國理工學院的大氣物理學家Joanna Haigh説，平流層硫酸鹽計劃“很可能鼓勵在減排方面採取更弱的行動”。

往海洋裏撒鐵屑？

牛津大學地球工程項目將地球工程定義為“有意對地球自然系統進行大規模干預，以應對氣候的變化”。干預手段主要包括兩種類型：一種是遮蔽地球免於太陽輻射，平流層中硫酸鹽覆蓋是最快速、有效及成本最低的；另一種是從大氣中去除更多的二氧化碳或其他温室氣體，超出自然界現有的自淨能力，實現所謂的負排放。

目前各大洋吸收了很多的二氧化碳，還有一種方法能讓它們吸收更多，這極有可能被列入劍橋研究小組的議程，那就是在海洋中散播鐵元素以刺激海藻生長。理論上，這樣做能讓藻類蓬勃生長，使其從水中、進而從大氣中吸收更多的二氧化碳。但也有人擔心藻類的大量繁殖會對海洋食物鏈造成影響，還有人質疑這樣的局部吸收到底能不能增加海洋對碳的總體吸收。

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另一種方法的效果更容易測量評估，那就是從大氣中去除二氧化碳，例如大規模部署可從環境空氣中吸收二氧化碳的設備（稱為直接空氣捕獲），或通過其他更天然的方法，例如將大片土地種上樹木等能夠吸收碳的作物。收穫的生物質可以用作發電站的燃料，燃燒產生的廢氣可被新的作物吸收，因此淨排放將為零。

將生物質燃燒與捕獲及掩埋發電廠碳排放的技術相結合，這套集成技術被稱為具有碳捕獲及儲存功能的生物能源（Bioenergy with Carbon Capture and Storage，簡稱 BECCS），很有可能實現碳排放為負值。理論上，燃燒的越多，從空氣中吸收的二氧化碳就越多。

聯合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）在2014年發表的第五次評估中積極地採納了 BECCS。報告稱，大多數將氣温保持在2攝氏度以下的願景，都需要“在本世紀下半葉獲得並廣泛部署 BECCS 和植樹造林”。

別説，這還真有可能。生物質燃燒在發電站中越來越受歡迎。碳捕獲和儲存（CCS）是一項經過驗證的技術，儘管它尚未實現大規模應用。在本月，歐洲港口鹿特丹、安特衞普和根特宣佈將聯合推進一項計劃，向附近的海上氣田每年注入1000萬噸二氧化碳，這將使情況大為改觀。

但也有評論表示，BECCS 的問題是多方面的，龐大的土地需求就是其中之一。用於提供燃料的森林通常是單一樹種的速生林，例如桉樹和金合歡樹等。如果從農民手中收走土地用於植樹，那麼誰來為世界提供食物呢？而如果這些土地來自現存的天然森林，那麼據倫敦大學的 Simon Lewis 所説，BECCS 的碳效益就會大大降低，因為人工林的碳含量通常只有成熟天然森林的5%。

可能是我們最好的方案

也許還有一個更簡單的解決方案。可能最好的答案就是迴歸自然——恢復天然森林。許多環保主義者最近都表達了對這種“天然”的氣候問題解決方案的支持，其中有倡導企業環保主義的人，如自然保護協會（TNC），也有反資本主義者，例如英國專欄作家George Monbiot。

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這個方案的試金石是2017年的一篇論文，由TNC的Bronson Griscom及其他24名共同作者所發表。文章指出，從現在到2030年，維持全球氣候穩定所需採取的措施中，近三分之一可通過促進自然生態系統的發展而以較高的性價比實現，每年從空氣中多吸收的二氧化碳將高達110億噸。這些具體措施主要包括重新造林，同時進行更好的土壤管理、保護富含碳的濕地（如泥炭地），以及在農田中種植更多的樹木等。

支持者認為，上述措施不僅是減排的替代方案，更是“通向零排放經濟的生態橋樑”。該計劃符合牛津大學對地球工程的定義，儘管他們儘量避免使用這個術語。

該措施的科研案例也令人信服，它很大程度上可以在現存的遭到破壞和退化的森林中實現。世界資源研究所（World Resource Institute）估計，全球有 770 萬平方英里的森林因砍伐或輪作而退化，但這些森林都是可以恢復的，其總面積相當於加拿大國土面積的兩倍。

康涅狄格大學生態學家、《二次生長》（Second Growth ）作者Robin Chazdon認為，在貧瘠土壤上種植一些植被，尤其是固氮植物，有助於土壤修復。但最重要的是，森林會在合適的條件下自然再生。

事實上，自然再生通常是比人工種植更好的方案。因為“允許自然選擇在自然迭代中占主導地位的物種，會體現出更強的區域適應性和功能多樣性”，她説。今年3月，包括Chazdon在內的87位研究人員發表的一項研究得出結論稱，“次生林的恢復速度非常快”，20年內通常便能恢復其80%的原有物種，50年內即能恢復全貌。

這看上去是一個雙贏的局面，能夠在地球工程的層面上實現氣候收益而不產生壞的影響。埃克塞特大學的Tim Lenton是地球工程研究的支持者，他表示這將是一個非常理想的解決方案：“我反對類似於在平流層引入硫酸鹽氣溶膠的新舉措，但我支持模擬和增強自然反饋閉環系統，比如恢復退化的森林。”

他還認為這一舉措會加強生物圈天然的自我調節能力。英國科學家James Lovelock將這種能力稱為蓋亞（Gaia），因此Lenton提出了一個新術語來描述我們需要做的事——並非地球工程，而是蓋亞工程。

本文最早發表於《耶魯環境 360》（Yale Environment 360 ），是氣候平台合作（Climate Desk）項目的一部分。