为了让天气凉快下来，科学家想往海里扔十亿个高尔夫球

往海面上投放数十亿个高尔夫球，让它们反射阳光，这能不能缓解全球变暖？六十年代的美国科学家们还真想过。

地球工程研究如何人为影响气候，一度被视为科幻小说中才有的设定。早期的一些计划非常激进，如今随着相关技术更加成熟，而气候形势变得更加严峻，越来越多的科学家开始认真考虑采取这方面的措施。

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来源 Wired

翻译 Helena

编辑 戚译引

地球工程曾一度被视为令人闻之丧胆的科幻小说情节，如今却受到人们日益迫切的关注，因为这项工程可能阻止即将失控的气候变化。据一连串可怕的科学预警称，大幅降低碳排放量已经刻不容缓；加上最近大气中二氧化碳浓度激增，越来越多的科学家表示，是时候认真考量这类有争议的技术了。

“我们的时间已经十分紧迫，”地球工程倡导者之一、前英国政府首席科学家 David King 在去年秋季的一次会议上表示，“我们在未来十年中的行动将决定人类未来一万年的命运。”

2015 年， King 协助确保了《巴黎协定》的达成，但他相信仅靠降低温室气体排放已远不足以避免灾难。他正在剑桥大学筹建一个气候修复中心（Center for Climate Repair），他认为这类研究“将是十分必要的”， 而这所机构将成为这个领域的全球首个主要研究中心。它关注的技术包括一系列限制太阳辐射抵达低层大气的举措，例如喷洒硫酸盐颗粒气溶胶至平流层，或通过高桅横帆船将海中的盐粒子泵送至极地上空云层中，使云层更加明亮，反射更多的太阳光，从而为快速变暖的极地区域降温。

美国的科学家也在从事这方面的研究。美国国家科学院去年 10 月启动了一项关于阳光反射技术的研究，评估其可行性、影响和风险以及管理需求。美国国家科学院院长 Marcia McNutt 表示：“我们已没时间来缓解灾难性的气候变化，其中的一些干预措施……在未来可能需要被纳入考虑。”

该项研究的参与者们于四月下旬在华盛顿特区举行了第一次会议。演讲者中有哈佛大学物理学家 David Keith，他曾开发了采用化学物质从大气中直接清除二氧化碳的专利技术；还有来自海洋云层光明计划（Marine Cloud Brightening Project）的 Kelly Wanser，研究将海盐和其他材料撒入云层是否能有效将更多阳光反射回太空。该项目正在为未来的实地实验做准备。

十亿个高尔夫球

要不要对气候开展地球工程以阻止全球变暖，这个讨论出现的时间几乎与气候变暖威胁出现的时间一样长。早在 20 世纪 60 年代，美国的研究人员就建议在海洋上投放数十亿白色的漂浮物体，例如高尔夫球，以反射阳光。1977 年，来自位于奥地利的国际应用系统分析研究所（International Institute for Applied Systems Analysis）的 Cesare Marchetti 论述了一套方法，要捕获欧洲所有二氧化碳排放，并将其注入正在下沉的大西洋洋流中。

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1982 年，苏联科学家 Mikhail Budyko 提议将硫酸盐粒子注入平流层，将阳光反射回太空。1995 年，英国研究人员首次开展实验，探究向海洋中增加铁元素能否促进吸收二氧化碳的藻类生长。两年后，氢弹的发明者 Edward Teller 提出了将巨型反射镜放置在太空的想法。

直到现在，很多气候科学家依然认为这些提议即使不是无稽之谈，也十分非主流。他们指出这些提议弱化了减少温室气体排放的迫切性。去年四月，一群科学家在《自然》（Nature）期刊上撰文，声称太阳地球工程“怪异并令人感到不安……让人联想起科幻小说”。

然而，这种情绪正渐渐发生着变化。全世界科学家们达成了广泛共识：《巴黎协定》的目标是将全球气温升幅控制在 2 摄氏度内，而我们实现目标的时间窗口正在急剧变窄。

二氧化碳排放增长曾经出现了一次短暂的停滞，在 2015 年和 2016 年为人们带来了希望，如今这一希望也已经破灭；波茨坦气候影响研究所科学主任（Potsdam Institute for Climate Impacts Research）Johan Rochstrom 表示，当我们应该为 2030 年前实现将碳排放量减半的目标进军的时候，碳排放的增速已经恢复。大气中二氧化碳被视为地球的温度调节器，它的浓度现在是 415ppm，并以每年近 3ppm 的速度增长，达到三百万年来的最高水平。“要想将曲线趋势扭转向下，我们只有两年的时间，” Rockstrom 说。

有专家认为，我们可能面临这样一个时刻的到来：除了地球工程，没有其他方法能够实现国际社会在 1992 年地球峰会上签署《联合国气候变化公约》时作出的承诺，即防止“人类活动对气候系统产生危险的影响”。牛津大学环境变化研究所的 Myles Allen 指出：“我们并没有试图减少碳排放，每年都有 400 亿吨二氧化碳被排放至大气中，我们只是愉快地委托后代再去解决这个问题。”

往大气层撒硫酸盐？

目前，地球工程的一些可能方案和日程正在讨论中。以哈佛大学太阳地球工程研究项目（Solar Geoengineering Research Program）执行主任 Gernot Wagner 去年秋天公布的计划为例：

未来的 15 年，为应对气候变暖影响的逐渐恶化，满载硫酸盐粒子的飞机将从世界各地机场起飞。飞机会飞到 65000 英尺、远高于目前航空线路的高度，并将装载物喷向平流层：第一年将会有 4000 次飞行计划，第二年 8000 次，第三年 12000 次，以此类推。15 年后，专门建造的高空舰队将携带大罐装硫酸盐进行每年 60000 次的飞行。

这个厚重的粒子层与火山爆发时的喷出物类似，可将射入大气层的太阳辐射反射回太空，以此来对抗气候变化。这个计划的灵感来自一次著名的火山喷发事件——1991 年，菲律宾皮纳图博火山喷发产生了大量硫酸盐颗粒，导致全球气温在接下来的两年内下降了 0.6 摄氏度。这个项目计划连续 15 年人为制造“火山喷发”，预计将全球变暖幅度下降 0.3 摄氏度，相当于这段时间内预估气温升幅的一半。

一项计划模拟了火山喷发的场景，其灵感源于 1991 年菲律宾皮纳图博火山喷发。图片来源：Wikipedia

瓦格纳和一名共同作者说，硫酸盐喷洒“非常廉价”，最初 15 年的部署中每年的花费将不超过 20 亿美元，这比直接减排便宜得多。所以问题已经解决了么？并不尽然。事实远没有这么简单。

首先，绝大多数硫酸盐粒子不会在空中停留超过两年，比如皮纳图博火山喷出的那些。飞机将不得不持续飞上天空，和喷洒越来越多的硫酸盐，否则全球变暖将变得更加剧烈。

另一方面，尽管硫酸盐的包裹可能降低全球气温，但抑制太阳辐射极有可能对天气系统和降雨模式造成巨大变化，因为这些气象多数受太阳能驱动。保障 20 亿人粮食供应的亚洲季风可能会消失。大气中积累的二氧化碳还会产生许多其他影响，例如海洋酸化。

英国埃克塞特大学的 Peter Cox 指出：“连世界顶尖大学的研究人员都要求部署这样一项激进的计划，这证明了气候变化问题已经多么刻不容缓。”这同时还带来了一些担忧：谁将对这些举措负责？

牛津大学地球工程项目的 Steve Rayner 说：“这项技术蕴藏的潜在冲突……可能是巨大的。”十年前，他曾帮助起草了《牛津原则》（Oxford Principles），呼吁“地球工程决策的公众参与”，并将其监管“视为一项公共利益”。但在紧要关头，这项原则还有用么？我们又能将气候问题托付给哪些世界领导人？

还有评论人员表示，仅仅是研究这项技术也会产生道德风险，因为它暗示了可能存在一种解决全球变暖问题的简单方法，这会鼓励我们继续依赖化石燃料。伦敦帝国理工学院的大气物理学家Joanna Haigh说，平流层硫酸盐计划“很可能鼓励在减排方面采取更弱的行动”。

往海洋里撒铁屑？

牛津大学地球工程项目将地球工程定义为“有意对地球自然系统进行大规模干预，以应对气候的变化”。干预手段主要包括两种类型：一种是遮蔽地球免于太阳辐射，平流层中硫酸盐覆盖是最快速、有效及成本最低的；另一种是从大气中去除更多的二氧化碳或其他温室气体，超出自然界现有的自净能力，实现所谓的负排放。

目前各大洋吸收了很多的二氧化碳，还有一种方法能让它们吸收更多，这极有可能被列入剑桥研究小组的议程，那就是在海洋中散播铁元素以刺激海藻生长。理论上，这样做能让藻类蓬勃生长，使其从水中、进而从大气中吸收更多的二氧化碳。但也有人担心藻类的大量繁殖会对海洋食物链造成影响，还有人质疑这样的局部吸收到底能不能增加海洋对碳的总体吸收。

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另一种方法的效果更容易测量评估，那就是从大气中去除二氧化碳，例如大规模部署可从环境空气中吸收二氧化碳的设备（称为直接空气捕获），或通过其他更天然的方法，例如将大片土地种上树木等能够吸收碳的作物。收获的生物质可以用作发电站的燃料，燃烧产生的废气可被新的作物吸收，因此净排放将为零。

将生物质燃烧与捕获及掩埋发电厂碳排放的技术相结合，这套集成技术被称为具有碳捕获及储存功能的生物能源（Bioenergy with Carbon Capture and Storage，简称 BECCS），很有可能实现碳排放为负值。理论上，燃烧的越多，从空气中吸收的二氧化碳就越多。

联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）在 2014 年发表的第五次评估中积极地采纳了 BECCS。报告称，大多数将气温保持在 2 摄氏度以下的愿景，都需要“在本世纪下半叶获得并广泛部署 BECCS 和植树造林”。

别说，这还真有可能。生物质燃烧在发电站中越来越受欢迎。碳捕获和储存（CCS）是一项经过验证的技术，尽管它尚未实现大规模应用。在本月，欧洲港口鹿特丹、安特卫普和根特宣布将联合推进一项计划，向附近的海上气田每年注入 1000 万吨二氧化碳，这将使情况大为改观。

但也有评论表示，BECCS 的问题是多方面的，庞大的土地需求就是其中之一。用于提供燃料的森林通常是单一树种的速生林，例如桉树和金合欢树等。如果从农民手中收走土地用于植树，那么谁来为世界提供食物呢？而如果这些土地来自现存的天然森林，那么据伦敦大学的 Simon Lewis 所说，BECCS 的碳效益就会大大降低，因为人工林的碳含量通常只有成熟天然森林的 5%。

可能是我们最好的方案

也许还有一个更简单的解决方案。可能最好的答案就是回归自然——恢复天然森林。许多环保主义者最近都表达了对这种“天然”的气候问题解决方案的支持，其中有倡导企业环保主义的人，如自然保护协会（TNC），也有反资本主义者，例如英国专栏作家 George Monbiot。

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这个方案的试金石是 2017 年的一篇论文，由 TNC 的 Bronson Griscom 及其他 24 名共同作者所发表。文章指出，从现在到 2030 年，维持全球气候稳定所需采取的措施中，近三分之一可通过促进自然生态系统的发展而以较高的性价比实现，每年从空气中多吸收的二氧化碳将高达 110 亿吨。这些具体措施主要包括重新造林，同时进行更好的土壤管理、保护富含碳的湿地（如泥炭地），以及在农田中种植更多的树木等。

支持者认为，上述措施不仅是减排的替代方案，更是“通向零排放经济的生态桥梁”。该计划符合牛津大学对地球工程的定义，尽管他们尽量避免使用这个术语。

该措施的科研案例也令人信服，它很大程度上可以在现存的遭到破坏和退化的森林中实现。世界资源研究所（World Resource Institute）估计，全球有 770 万平方英里的森林因砍伐或轮作而退化，但这些森林都是可以恢复的，其总面积相当于加拿大国土面积的两倍。

康涅狄格大学生态学家、《二次生长》（Second Growth）作者 Robin Chazdon 认为，在贫瘠土壤上种植一些植被，尤其是固氮植物，有助于土壤修复。但最重要的是，森林会在合适的条件下自然再生。

事实上，自然再生通常是比人工种植更好的方案。因为“允许自然选择在自然迭代中占主导地位的物种，会体现出更强的区域适应性和功能多样性”，她说。今年 3 月，包括 Chazdon 在内的 87 位研究人员发表的一项研究得出结论称，“次生林的恢复速度非常快”， 20年内通常便能恢复其 80% 的原有物种，50 年内即能恢复全貌。

这看上去是一个双赢的局面，能够在地球工程的层面上实现气候收益而不产生坏的影响。埃克塞特大学的 Tim Lenton 是地球工程研究的支持者，他表示这将是一个非常理想的解决方案：“我反对类似于在平流层引入硫酸盐气溶胶的新举措，但我支持模拟和增强自然反馈闭环系统，比如恢复退化的森林。”

他还认为这一举措会加强生物圈天然的自我调节能力。英国科学家 James Lovelock 将这种能力称为盖亚（Gaia），因此 Lenton 提出了一个新术语来描述我们需要做的事——并非地球工程，而是盖亚工程。

本文最早发表于《耶鲁环境 360》（Yale Environment 360），是气候平台合作（Climate Desk）项目的一部分。

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