想象一下撒哈拉沙漠，风吹起的沙丘在阳光下闪耀。有些人可能会看到贫瘠的土地，那里缺水少生命，气温酷热。另一些人则看到了解决迫在眉睫的能源危机的潜在方案，而且这一方案可能还会在这个世界上最大的沙漠之一引发降雨。
在本周发表于《科学》杂志的一篇论文中，研究人员发现，通过在沙漠中建造巨大的风能和太阳能发电场，他们不仅可以为欧洲、非洲和中东提供惊人的电力，还可以同时改变气候——增加热量，但也增加极度需要绿色植被的地区的降水和植被。他们估计，这样的工程可以将该地区的降雨量翻倍，并将植被覆盖率提高约 20%。
我们说的是多少绿色？撒哈拉沙漠覆盖 355 万平方英里（920 万平方公里）。在这项研究中，研究人员运行了计算机模型，在沙漠中每隔约一英里放置一个风力涡轮机，并以不同的配置覆盖了 20% 的沙漠（有时面板以棋盘格图案散布在沙漠中，有时则集中在象限中）。较低的覆盖率会产生较小的气候影响——在这种情况下，降水量较少——但很大程度上也取决于涡轮机和面板的位置。例如，在西北角安装面板比沙漠其他三个区域的影响更大。
用颜色较深的太阳能电池板覆盖沙漠的部分地区意味着，反射掉的阳光比颜色异常浅的撒哈拉沙子少，因此其反照率比其他非极地沙漠更高。这意味着撒哈拉通常会将更多的光和热反射回空气中。通过安装颜色较深的太阳能电池板来降低反照率，实际上可以在该地区增加降水，同时增加太阳能电池板周围的温度。温暖的空气上升到大气中较冷的地方，那里的湿气会凝结并以降雨的形式落下。
“1975 年，我的博士导师、麻省理工学院的朱尔·查尼提出了一个反馈机制，以帮助解释萨赫勒地区的干旱，萨赫勒是撒哈拉以南的半干旱过渡区：过度放牧增加了地表反照率（反射率），减少了降水，进而进一步减少了植被。大约十年前，我想到，在大型太阳能发电场存在的情况下，这种反馈会反向作用，因为它们会降低地表反照率，”该论文的首席作者之一尤金妮娅·卡尔奈在一份新闻稿中说。“同样，风力发电场会增加地表摩擦和空气汇聚，从而产生上升运动和降水。”
有了更多的雨水，草木就能慢慢地重新长回曾经的葱郁景观，在涡轮机和太阳能电池板之间萌发，就像在现有的农场里一样。
据估计，风力发电场平均将产生 79 太瓦时的电力，风力发电场将产生约 3 太瓦时的电力——而不会产生温室气体排放。相比之下，作者说，去年全世界使用了约 18 太瓦时的电力。
但建造一个巨大的太阳能发电场并非一蹴而就，因此研究人员编程了计算机模型来观察在 100 年的建设期以及发电厂建成后的 100 年里会发生什么。
“如果我们能立即完成所有风能和太阳能发电场的建设，一些大气效应将几乎立即显现。但由于植被-反照率-降水反馈机制而产生的效应需要一些时间才能被观察到，因为植被需要时间生长（在几年内）。实际上，随着已安装风能和太阳能发电场规模的增长，效应也会随之增长，”两位首席作者李岩和萨法·莫特沙雷在一封电子邮件中说道。
绿色先例
这并非人类首次改变撒哈拉沙漠。它曾经比现在湿润、绿色得多。
“撒哈拉沙漠是人类重要的生物群落，是文化和生态多样性的宝库，”首尔国立大学的考古学家大卫·赖特在一封电子邮件中写道。他指出，即使在今天，该地区也不仅仅是一片沙海，而是拥有山脉、丘陵、小河流和湖泊，是数千种物种的家园。
“我们最早的已知祖先，在我们与其它猿类分支之后的谱系，Sahelanthropus tschadensis，就是在撒哈拉被发现的。在非洲湿润时期（约 11,000-5,000 年前），撒哈拉是一个广阔、多样化的生态系统，点缀着湖泊和渔民。它是早期牛、骆驼和驴的驯化地。它是帝国管理的庞大大陆陆路贸易网络的所在地。撒哈拉可以教会我们很多关于人类过去如何适应气候变化的知识，”赖特说。
赖特去年发表的一篇论文提出，牛群在 8000 到 4000 年前迁入该地区。牛就像牛总是做的那样，吃掉了植被，并在此过程中增加了反照率——加速了从湿润的撒哈拉向干涸的撒哈拉的转变。
“人类的影响将自然系统推过了荒漠化的阈值，在人类带着他们的动物进入生态系统的地区，从湿润到干燥的转变远远超过了没有这些压力的情况下发生的进程。从阿塔卡马沙漠到蒙古再到撒哈拉沙漠，这种变化一次又一次地得到证实，”未参与这项新《科学》研究的赖特说。
研究人员已将气候变化与撒哈拉沙漠的持续扩张联系起来。自 1920 年以来，该沙漠的面积增长了 10%。
更近一篇论文的作者没有考虑在撒哈拉沙漠大规模建设风能和太阳能发电场可能带来的其他生态影响，但他们认为增加的降雨总体上将惠及居住在该地区及周边地区的人们。
“世界上 10% 最富有的人口产生了世界上约 50% 的碳排放。因此，如果世界上 90% 最贫困的人口希望通过使用化石能源将他们的生活水平提高到最富有的 10% 的水平，这将使总能源使用量和全球温室气体排放量增加五倍，”李和莫特沙雷在一封电子邮件中说道。为了让全世界都能获得发展——同时又不进一步加剧气候变化——作者认为，我们需要尽可能多的清洁可再生能源。
故意改变气候的前景显然充满伦理问题。但赖特指出，我们以前也这样做过。“人类本质上是栖息地建造者。我们作为栖息地建造者进化而来，而我们的栖息地建设活动将产生两种可能的结果之一：要么拯救我们的物种免于灭绝，要么让我们走向灭绝。人类社会已经对沙漠和半沙漠环境产生了巨大的生态足迹，”他说。“在意愿方面，是的，人们肯定愿意并且有能力在非洲的沙漠和半沙漠地区建造数十个能源工厂。是否明智这样做是一个悬而未决的问题。这项研究表明它是明智的，但正如他们指出的那样，这类项目不仅有生态成本，还有更多其他成本。”
在最好的情况下，分析这样一个改变世界的项目的成本和收益也是一项艰巨的任务，但在这种情况下，风险尤其高。特别是对于已经居住在该地区的人们。
“当地人民需要自己决定他们是否愿意冒险发展能源基础设施，这可能会对该地区更广泛的生态系统产生连锁效应，”赖特说。“在工业时代的政治背景下，这类发展项目很可能只会使建设地区的极少数人受益，尽管他们将承受最严重的生态影响。利益将流向已经发达的世界地区，这些地区不承担任何风险，只享受利益，”赖特说。
该论文的作者也建议在未来采取任何行动时都应经过深思熟虑。
“实施如此大规模的太阳能和风能发电场变得越来越可行，但需要适当的规划和富有远见的决策，以及政策制定者、公司、利益相关者和人民的合作。我们希望所有这些地方和全球行为者和利益相关者合作，使之成为现实，”李和莫特沙雷写道。“这可能是我们在这个星球上维持生命的同时提高每个人的生活质量的最佳机会。”
