遮挡阳光是否能解决气候危机?

研究人员敦促,在向天空中注入硫磺之前,我们应该先弄清楚其后果。
A plume of smoke following a volcanic eruption.
利用气溶胶进行太阳地球工程,就像制造持续的人工火山喷发。Pexels

随着每燃烧一磅煤炭、天然气和石油,人类就向危险且不确定的未来狂奔。大气中过量的温室气体捕获更多太阳能,这会加剧飓风延长森林火灾,并普遍加热地球

罗格斯大学的气候科学家艾伦·罗博克(Alan Robock)说:“全球变暖是真实存在的。它是人类造成的。它很糟糕。”“解决方案是把化石燃料留在地下。”

如果政府未能足够迅速地减缓化石燃料的大规模开采,一些科学家正——带着极大的担忧——考虑一个危险而不确定的备选方案:通过将一部分太阳能反射回太空,理论上称为“太阳地球工程”,我们可以将地球冷却到足以争取额外的时间。

人们对这项技术越来越感兴趣。哈佛大学的工程师正准备在瑞典高层大气中进行一项小规模实验,但由于环保组织和原住民团体的压力,瑞典航天局在上周取消了该测试。就在几天前,美国国家科学院、工程和医学科学院呼吁进行更多研究,以更好地理解这项技术。

太阳地球工程日益受到关注,这引起了生态学家的警觉。数十年来,他们一直致力于研究气候变化将如何——以及已经——破坏生态系统的稳定。现在,气候科学家和生态学家之间的一项合作,即气候干预生物学工作组,正在警告说,给太阳“降温”可能会对包括人类在内的地球生物产生其他后果。

密歇根州立大学的生态学家、跨学科团队成员菲比·扎内茨克(Phoebe Zarnetske)说:“存在着另一种潜在的未来,我们需要思考这些潜在情景将如何影响生态系统。”

B计划

最常被提及的“阻挡太阳”的气候“创可贴”技术,其专业术语是“平流层气溶胶干预”,其本质上相当于人为制造持续的火山喷发。

火山对气候变冷的作用已广为人知。例如,1991年菲律宾的皮纳图博火山爆发时,其喷发的烟尘形成了大量细小液滴(气溶胶),使上层大气反射性更强。这些气溶胶将更多阳光反射回太空,使地球温度降低了约一度华氏度

如果地球工程师拥有一支飞机机队,在它们飞越上层大气时持续喷出类似化合物,它们就可以创造并维持类似的效果,在社会解决其能源问题期间,将地球的温度调低几十年。(但不要停止喷洒,直到碳浓度下降,否则富含碳的大气会再次捕获热量,并且比以前更有效率。)

这项技术需要一种新型飞行器,能够将数吨物质运送到海拔一万四千英里(约22500公里)的高度,几乎是商用飞机飞行高度的两倍。但就联邦预算而言,这并非不可能,甚至不那么昂贵。一年避免一度的升温可能花费约180亿美元,与NASA的年预算相当。

[相关:2020年有望成为有史以来最热的一年]

停止气候变化需要集体行动,但减轻气温上升的痛苦将掌握在某个绝望的政府手中。在此之前,研究人员希望弄清楚地球工程究竟是救命的止血带,还是自残的伤口。

罗博克说:“随着全球变暖不断加剧,当社会感受到尝试这样做(地球工程)的诱惑时,我们需要能够做出明智的决定。”

无法回头

风险效益分析的一部分将是确定喷洒气溶胶如何影响覆盖地球的生物相互交织的网络。罗博克开始与石溪大学的生态学家杰西卡·格雷维奇(Jessica Gurevitch)合作,因为他们意识到关于地球工程的生态影响几乎没有研究。于是,他们发起了气候干预生物学工作组,这是一个由16名来自世界各地的气候科学家和生态学家组成的团队。经过两年的远程会议,该团队在本周早些时候的《美国国家科学院院刊》上公布了他们的结论

他们的核心信息是,降低温度并不能让时光倒流。引入气溶胶是通过一种全新的方式改变气候来冷却地球,这种方式会带来自身一系列复杂的后果,需要生物去适应。

例如,向平流层注入硫酸盐化合物(最有可能模仿火山喷发的物质)会与现有的氯发生反应,在某些区域破坏臭氧层,导致更多紫外线辐射进入。对人类来说,这可能意味着需要额外的防晒霜和治疗皮肤癌。扎内茨克说,对两栖动物等特别敏感的动物,影响会更严重。

新的云层还会使光线变得不那么直接——就像将整个地球置于最薄的森林冠层之下。许多植物在这种条件下茁壮成长,但其他植物则会受损。罗博克说,研究人员目前还没有答案,这种变化将如何影响农作物产量?或者亚马逊雨林的生物多样性?

下游效应还有很多。气溶胶会产生整体的冷却效应,但会减缓最冷的温度,使得入侵性昆虫更容易在冬季生存。雨水会变得稍带酸性。降水模式会发生变化。每一次变化都会带来新的生态赢家和输家,但目前生态学家们对谁是赢家、谁是输家毫无头绪。该合作组织建议,在任何国家都有权按下“启动键”之前,应对地球工程的生物学影响进行广泛研究。

大处着眼,小处着手

国家科学院建议联邦政府在未来五年内拨款1亿至2亿美元用于研究地球工程,罗博克和扎内茨克希望其中一些资金能用于支持气候与生态交叉领域的研究。

气候科学家倾向于大局观,他们会考虑非洲未来几十年的平均气温。而生态学家则常常聚焦于地球的细节,比如乌干达南部蟾蜍如何应对干旱。该小组认为,只有通过合作,研究人员才能找到“棘手”的中间地带。

例如,通过将气候模型聚焦于特定区域,研究人员可以提高分辨率,更清晰地了解特定区域将发生的变化。

生态学家还可以告诉气候科学家应该优先考虑哪些信息。模型会产生大量数据,以小时为单位跟踪几百个变量(如温度或压力)数年的变化。大多数数据点会被平均处理,但如果生态学家要求具体数据,他们也许能够利用被忽略的数据来预测小型生态系统将如何应对地球工程。一个充满未探索联系的领域正等待被发现。

罗博克说:“我们可能会发现这些无法忍受的‘大杀器’。我们需要尽早知道。”

 

更多优惠、评测和购买指南

 

Charlie 是一名记者,报道地球内外物理科学领域的发展。除了《流行科学》,他的作品还发表在《Quanta Magazine》、《Scientific American》、《The Christian Science Monitor》等刊物上。此前,他曾在莫桑比克和日本教授物理和英语,并在布朗大学学习物理。您可以在这里查看他的网站。


© .