从天空之城到机器人管家，未来主义的设想充斥着《PopSci》的历史。在“我们到了吗？”专栏中，我们会跟进我们最宏伟承诺的进展。在此处阅读更多关于该系列的内容 。
大约在上个世纪之交，欧洲各地安装了超过 12,000 门火炮。这种特殊的炮兵并不是第一次世界大战的前奏。相反，这些巨大的锥形枪管对准了一个古老的共同敌人：逼近的积雨云。大约在 1890 年代，朝天空发射冰雹炮取代了敲响教堂钟声等方法，以抵御破坏农作物的冰雹风暴。
《流行科学》杂志 1919 年 10 月的一篇文章描述了冰雹炮和类似的技术成果，旨在改变天气模式。当时，最新的气候斗争武器库包括“电动尼亚加拉”，高耸的钢塔装有铜避雷针，用于从天空中汲取能量并防止冰雹形成；在空中引爆液态二氧化碳炸弹以诱发降雨；以及“配备产生电放电”的高空气球，以电离大气并“促进冷凝”。1919 年的文章中概述的一些方案超出了地方或区域的愿景，狂热者将目光投向了行星工程的设想，例如通过在美国西部点燃数百场火灾来改变急流，以影响风向并将天气引导到东方，或者通过在美国和加拿大之间建造一个巨大的码头来保护变暖的墨西哥湾暖流免受极地水的影响。
自古以来，人类就试图影响天气和气候。然而，直到 19 世纪末，这种尝试大多采取了 仪式性舞蹈、咒语和神圣祭品 的形式。冰雹炮标志着向技术的大规模转变，因为它有可能提供更可靠的替代方案。但是，尽管进行了长期的尝试，包括持续至今的大规模人工降雨试验，但技术记录充其量也只是参差不齐，这些试验在 1950 年代和 1960 年代在美国、中国和前苏联真正开始 。
在 21 世纪，随着人类活动将地球推向危险变暖趋势的证据不断增加，并且认为减少温室气体排放可能不足以 避免 全球变暖带来的毁灭性影响，一些科学家、工程师和气候活动家正日益推广熟悉的干预气候的策略。但是，今天操纵地球气候的提案是否更好？
用技术控制气候
根据大卫·基思（David Keith）现任芝加哥大学地球物理学教授、气候系统工程倡议会的创始人兼教务主任在 2000 年的报告 中所说：“地球工程是环境的有意大规模操纵，特别是旨在减少不受欢迎的人为气候变化的操纵。”
《潘多拉的工具箱：气候干预的希望与危险》一书的作者、耶鲁大学环境学院讲师韦克·史密斯（Wake Smith）声称，许多不切实际的地球工程方案在流传，例如“把沙漠涂白、在海上放气泡、以及稀薄卷云”。但史密斯认为，有几项基于自然的想法值得考虑。史密斯说：“我们工具箱的两端是碳捕获，另一端是阳光反射，这实际上是指平流层气溶胶注入（SAI）。”他还提到了海洋云增亮是另一个可能的竞争者。
应对气候变化的其他提议的地球工程方法包括（更多）人工降雨，云层稀薄化，海洋盐化，以及海洋增白。然而，除了碳捕获之外，这些减缓战略都没有得到实施，甚至连从空气中吸走温室气体或在它们排放之前将其捕获的碳捕获技术也没有得到广泛实施。
调整规模
即使在 21 世纪，行星工程似乎仍然是科幻小说中的内容。但是，如果在未来十年左右，气候科学家和工程师真的在朝着这项技术取得重大进展，那么考虑如何控制它将是值得的。
例如，行星气候控制混合器的第一个旋钮可能标有“规模”。19 世纪的努力，如冰雹炮，会登记在低范围内，作为局部响应措施。将旋钮调至中档，以实现区域性的天气控制，就像 20 世纪中叶开始并至今仍在进行的云层播种试验一样。对于 21 世纪的行星恒温器提案，将旋钮调至最大设置——地球工程。
但是，要高效地调节地球气候，一个运转良好的气候控制混合器至少还需要几个旋钮、推子和按钮。应通过上下滑动“干扰”推子来决定部署哪种解决方案，其设置从被动到主动不等。一种解决方案越被动，其适得其反的可能性就越低，但它也可能不太有效。
被动与主动控制
例如，直接空气捕获——从周围环境中吸取碳并将其泵入地下——代表了地球工程更被动的一种形式。像 CarbFix、CarbonFree 和 Climeworks 这样的几家初创公司已经建成了直接碳捕获设施，并正在试验和部署解决方案。问题在于时间框架和效率低下。虽然史密斯认为应广泛部署碳捕获——立即部署——特别是用于过滤工厂烟囱的排放，“但他表示，‘需要一两个世纪才能从空气中捕获到使气候恢复到工业化前水平所需的碳量。’即使大规模部署，碳捕获也不是减少温室气体排放的替代方案。”
SAI，一种太阳能地球工程，将处于“干扰”范围的主动端。“SAI”的灵感来自自然发生的地理现象——火山爆发。非常强大的喷发，每世纪发生一到两次，会将富含硫磺的羽流喷射到平流层，即地球表面 4-12 英里 的高度，散布一层细小的颗粒，将阳光反射回太空。在 1991 年皮纳图博火山爆发 之后，地球在一年内经历了近一华氏度的降温效果。
史密斯说：“我们非常有信心（SAI）会真正奏效，因为皮纳图博火山、喀拉喀托火山 和 坦博拉火山。”虽然已知这些剧烈的、喷出硫磺的火山喷发会使地球降温，但它们也可能产生副作用，例如全球降水模式的显著变化、臭氧层损耗，以及导致酸雨和一些人的呼吸困难。然而，史密斯认为，与其他地球工程建议不同，SAI 大多数后果都是已知的。“火山不会消除所有风险，”他指出，将 SAI 与自然发生的喷发进行比较，“但它们大大降低了意外后果的可能性。”
海洋云增亮是另一种主动解决方案，也借鉴了自然的经验。在地球上的一些地方，主要在海洋上空，像盐这样的天然气溶胶进入云层，导致云层反射更多阳光。目前在 澳大利亚拯救大堡礁免受海洋过度升温的试验包括将从海水中抽取的盐气溶胶喷入云层以增亮它们。到目前为止，结果尚无定论，不同珊瑚礁地点的有效性存在显著差异。
成本和速度控制
当然，任何一个合适的气候控制混合器都必须包含“成本”和“速度”的旋钮，以及一对高优先级的反馈仪表来监测环境和地缘政治影响。增加对直接空气捕获等被动技术的投资可能产生可忽略不计的地缘政治影响，但可能需要一个世纪或更长的时间才能开始产生环境影响，提供的好处太晚了，无法遏制全球变暖。另一方面，增加对 SAI 等主动技术的投资可能会以更低的成本快速起效，但环境利弊在全球范围内的分布可能不均衡，正如 一些模型已经表明 的那样，可能会引发广泛冲突。此外，成本将是经常性的，以维持降温效果。
尽管如此，今天地球工程解决方案与其 19 世纪和 20 世纪的对应物之间的区别在于我们科学和工具的进步——以及我们的需求。科学家们受益于一个世纪以来的气象数据和气候研究，包括前所未有的监测能力来追踪结果。虽然还没有人有意尝试在全球范围内改变天气模式或气候，但今天的技术，如果大规模部署，其发挥作用的可能性比以往任何时候都大。毕竟，我们陷入当前的气候困境，是因为我们已经大规模部署了排放二氧化碳的机器——如汽车、发电厂和工厂——结果导致了快速升温。事实上，越来越多人认为，我们可能被迫部署地球工程解决方案来 减缓沿海淹没、灾难性风暴和野火、流行病爆发以及大规模灭绝等灾难的规模。
但是，地球工程科学仍然未经证实，干扰地球自然通过紧密耦合的生态系统复杂网络运作的方式，其风险，或许今天并不比过去更不鲁莽。
团结起来应对气候
随着我们继续向比工业化前温度高出 2 摄氏度的全球变暖悬崖冲刺，史密斯和其他人呼吁进行地球工程试验，以便我们至少对干预地球变暖需要付出什么以及可能产生什么后果有所了解。
史密斯说：“目前还没有真正努力开发这项技术，也没有开发使技术合法化的治理基础设施。”“根本什么都没发生。”
问题在于，即使是进行有组织的试验也需要国际外交的努力。一项由哈佛大学科学家（史密斯参与其中）长期规划的小规模 SAI 试验最近被取消了，因为缺乏一个用于协商地球工程的国际框架，并且足够多的团体表示反对，阻止了指导委员会允许试验进行。
面对日益加剧的气候灾难和国际不作为，像 Make Sunsets 这样的少数独立研究人员和初创公司，已经尝试了他们自己的非科学地球工程试验。这些小规模的未经授权的试验不会有造成广泛环境影响的风险，但它们确实证明了任何不关心外交的流氓行为者或国家都可能自行其是。这表明任何负责任的气候控制混合器都应该配备一个醒目的红色按钮，标有“紧急情况按下”——这是失控计划的退出坡道。
但是，停止地球工程项目，尤其是长期运行的任务，可能会带来其自身重大的风险，称为“终止休克”。停止降温地球的努力可能导致气温迅速反弹，这将震惊地球的生态系统，可能造成毁灭性的影响。
鉴于风险如此之大，即使开始进行严肃的地球工程试验也需要决定谁将管理未来的气候控制混合器？谁来决定要转动哪些旋钮，何时开始转动，何时调低，或者何时按下红色按钮？
史密斯说，这需要“一项多边、政府间的事情”，并补充说，“在现实世界中（今天）根本无法想象这种情况发生。”这是因为即使气候灾难日益加剧，地球的气候仍然相对宜居，尤其是对于最富有和最有权势的居民来说。我们经历的足以同时对数百万人生活产生严重影响的气候事件很少，而那些事件，例如 2022 年巴基斯坦洪水，主要影响了全球南方的穷人。与此同时，排放了大部分温室气体排放量的国家相对安然无恙。
虽然二十多年来我们一直未能就气候倡议达成国际共识，但签署的条约已经失败，并且只有一项初步协议，但事实是：当地球人团结在一起时，我们能够做出惊人的事情，甚至是在行星尺度上。1985 年 5 月，科学家们宣布他们在南极洲上空发现了一个臭氧洞，并将其归因于氯氟烃（CFCs）（20 世纪 20 年代为制冷而发明）的有害云层，这些云层在地球平流层聚集了半个世纪。全球政府团结起来。
两年之内，《蒙特利尔议定书》条约得到了地球上每个国家的支持，以迅速减少平流层臭氧消耗物质（如 CFCs）。这是有史以来第一个获得如此普遍批准的条约。此后，平流层臭氧消耗物质的排放量减少了 98%。虽然南极臭氧洞每年都会波动，受季节温度和湿度的多重因素影响，但改善趋势一直持续。专家预测 到 2070 年将完全恢复。
在几十年的拖延和停滞的外交努力之后，需要付出什么才能让世界领导人再次团结起来，这次是为了大幅快速地减少碳排放，并至少探索地球工程的选项？
史密斯说：“全世界普遍仍然认为我们将避免气候变化。”“我们不会避免气候变化，”他补充道。它已经发生，并且很可能会变得更糟。
不幸的是——又庆幸的是——将没有气候控制混合器可供我们使用。我们必须共同努力，迅速减少排放，测试哪些地球工程解决方案可能提供合理的权衡，并在时机成熟时实施它们。
但是，当我们考虑这一过程时，值得记住的是，直到今天，冰雹炮仍然在孤立的地区被制造和使用，尽管没有科学证据支持向积雨云开炮有效。至少在一种重要意义上，冰雹炮提供了一个警示故事：让我们不要仅仅因为我们能做到就转向技术，让我们依靠科学来指导我们。
