地球工程：削弱太阳辐射，减缓全球变暖
编者按：随着全球气温的不断升高，气候变化问题越来越突出。极地冰冠和高山冰川都在不断融化，动物们正在改变迁徙模式，植物也在改变活动周期，我们人类赖以生存的地球正在经历着更加严峻的考验。面对气候变暖问题，科学界也提出了不少解决方案，包括在大西洋建造巨型强防止暖流到达并加热冰川，以及建立大型人工岛来解决沿海城市面临的威胁等。这篇翻译自Robinson Meyer原创的题为The Very Optimistic New Argument for Dimming the Sky的科学文章，介绍了用地球工程项目来应对全球变暖的解决方案。
2055年，气候变暖开始在全球范围内造成破坏性的影响。长达数月的热浪席卷了全球多个城市，并且对婴幼儿和老年人的生命健康产生了严峻威胁。全球各大洲均出现了食物短缺现象，各国政府也面临着严峻考验。
虽然各个国家逐渐意识到环保的重要性，并纷纷控制减排温室气体。然而，即便降低二氧化碳排放，也不会带来立竿见影的效果。科学家称，地球气候的持续变暖，至少还将持续一百年。
地球工程效应，就好比火山爆发时产生的火山灰云团，可以削弱到达地表的太阳辐射。图片来源：REUTERS@CARLOS GUTIERREZ
为共同应对全球气候变暖问题，中国和美国计划联手推出一项大胆的方案：通过向平流层注入硫酸盐气溶胶（sulfate aerosols），从而降低太阳对地球的日照影响。这个方案就好比火山爆发时产生的火山灰云团，削弱了到达地表的太阳辐射。
这个方案被命名为“地球工程”。据中美两国称，这个方案可以解决地球的气候变暖问题，同时还可以降低地球的“体温”。
然而，“地球工程”方案也招来不少质疑和反对声音。反对意见认为，硫酸盐气溶胶会进一步加剧地球的复杂气候变化，减弱季风气候，从而在亚洲和非洲造成大面积的干旱。
这些画面听起来就好像在看科幻片一样，但实际上到底要不要谨慎考虑“地球工程”方案，却已经是在现实中发生的事情了。
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近日，根据某研究团队发布的一篇论文，这种减少太阳对地球辐射影响的方案是可行的，而且并不会对全球各地造成负面影响。此外，相比于目前气候变化对地球产生的影响，在“地球工程”影响下，主要大洲可以免遭更加极端的气候考验。
“听起来还是非常振奋人心的。如果这个方案是真的话，那将会给我们赖以生存的地球带来巨大的变化。”论文作者之一、哈佛大学应用物理学教授大卫·凯斯（David Keith）说。
除凯斯之外，这篇论文的还有两位共同作者。一位是麻省理工大学研究热带旋风的教授凯里克里·伊曼纽尔（Kerry Emanuel），另一位是普林斯顿大学的地球科学教授加百利·韦奇（Gabriel Vecchi）。他们两位都是著名的气候科学家，在这之前从未公开发表过任何关于“地球工程”的文章。
凯斯认为，根据论文中得出的早期乐观结果，现在很有必要立即开始建立一项国际性的关于地球工程的科研项目。
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这篇发表在《自然气候变化》（Nature Climate Change）的论文，同时也受到了不少的质疑和批评。批评意见认为，研究地球工程的学者在这方面的进度过快，目前这项技术仍然处于理论状态。此外，他们也担心，关于地球工程的乐观评论，还可能会阻碍全球二氧化碳减排计划的实施。
“他们迫切地想要正式研究这个科研项目，但我认为他们这种言过其实的看法，在后期可能会产生负面影响。”气候政策研究员、亚利桑那州立大学助理教授简·弗里格（Jane Flegal）说。此外，弗里格还担心，论文中的乐观结论，其实忽略了一个现实问题，即这种全球性的地球工程项目，在真正落实时需要全球各国在经济上和政治上达成一致。
“如果把地球工程项目吹捧成一个非常利好而且又安全的方案，那就大错特错了。”新泽西州罗格斯大学环境科学教授阿兰·罗伯克（Alan Robock）在一封邮件中答复道。
他非常质疑这篇论文中使用的计算机气候模型，并认为论文作者没有通过火山气溶胶对大气的影响来模拟地球工程项目。相反，他们直接在电脑模型中人为地减少太阳对大气的影响。“他们这种实验方法并不可取，毕竟我们还不能人为地减少太阳对地球的影响。”罗伯克说。
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凯斯和他的同事也留意到有关质疑。但据凯斯称，在实验中人为地降低太阳对大气的影响，从而来模仿地球工程 ，是一种非常普遍的实验做法。即便通过不同电脑模型使用不同方式来模拟大气层气溶胶，但也可以轻松地进行对比实验。
这篇新的论文，并没有提到地球工程是否可以将气候问题改善至前全球变暖时代的水平（目前，应对气候变化的唯一手段只有通过全球各国协作，共同降低二氧化碳排放）。相反，这篇论文直接提出了一个大胆的想法，即地球工程可以将气候变暖问题所带来的危害降低50%。
它通过高分辨率气候模型，其中还包括美国国家海洋和大气管理局（National Oceanic and Atmospheric Administration）研发的一个模型，来对比两种不同的场景：一个场景中大气层二氧化碳水平相较于前工业阶段提高了一倍，而这个场景中没有引入地球工程；另一个场景的不同之处，仅在于在实验中引入了地球工程。
通过实验发现，在地球工程的影响下，世界各个地区的气温都没明显加剧。虽然地球工程对某些地区的气候带来了新的变化，但都是非常小的影响，重要的是，它整体上降低了对气候变化最明显最严峻地区的影响。论文中提到，“遭受最严峻气候变化的地区，在地球工程的作用下，气候变化的影响将逐渐降低。”
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当然，论文中也提到一些值得关注的事实。这篇论文所关注的地区覆盖面比较宽，其中一个区域覆盖了整个南美洲太平洋海岸区，而另一个区域则基本涵盖了巴基斯坦、印度以及孟加拉国等地区。但论文中并没有对人们可能更关心的分界线进行研究，即国与国之间的国境边界线。
即便上述区域的降雨量非常稳定，但如果降雨量在国与国之间存在差异，则可能会导致不一样的结果，同时影响农作物生长以及自来水供应等问题。这篇论文无法实验这种可能性。
此外，这篇文章还研究了一种比如今监测气候变化问题更简单更纯粹的方法。在实验场景中，假设某场景中当今二氧化碳浓度约为560ppm（1ppm为百万分之一，属正常浓度标准），但即便稍加控制，在本世纪中叶时，也会超过该浓度水平（最严重的场景中，二氧化碳浓度在2100年时将超过1370ppm）。
“我并不是说，我们已经知道了地球工程可以降低全球变暖风险。”凯斯这样说。他也承认，这篇论文提到的可能都是理想化的风险，而且也并不一定正确。但同时他也提到，“但最重要的是，地球工程的确是有用的。”
“关于地球工程的可行性方案，这篇论文基本没有提及，”弗里格教授说，“因此，地球是否会像实验模型数据那样产生变化，就值得深究。此外，即便地球发展变化轨迹与实验模型吻合，我也不敢确认，这项研究就可以作为该领域的‘风向标’，从而影响相应的‘理性’决策。”
“人们对气候变化的体验体会，并不完全取决于自然气候变量，”弗里格教授补充道，“还涉及到文化、政治、社会以及经济领域等多方面因素的影响。”总之，即便地球工程并不会对气候造成负面影响，人们还是有可能责怪它。
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虽然科学家通过实验假设地球工程产生的影响已有很长的历史，但上个世纪整整100年间，都没有人真正地研究过这个课题。直到13年前，荷兰化学家、诺贝尔奖得主保罗·克鲁岑（Paul Crutzen）号召全球科学家认真对待并研究这项技术，并展开真正的科学研究。从那时起，各地政府以及慈善家就逐渐开始斥资并资助地球工程项目的研究。
“现在，有更多的高级科学政策领导对开始对地球工程项目感兴趣。”凯斯说。2017年，在美国总统奥马巴离任前，白宫公布了一项多年计划，并将对地球工程项目展开深入综合研究。美国国家科学院最近也成立了专题委员会，并准备开展对地球工程项目的研究。
但全球范围内，地球工程项目并没有被广泛地研究。不少环境保护机构也处于进退两难之中。
虽然主流的环保群体不冷不热地为地球工程项目背书，但只要特朗普总统通过推特发布对该项技术的认可，或者哪怕是任何反对派领导发声并把地球工程嗤讽为减排的借口，都可能直接导致这些环保群体撤回他们的背书支持。
“在科学界，有不少的学者都对地球工程持反对意见。”凯斯说。只有非常少的部分学者真正研究过这个课题。“当然，我就是其中之一了。其他学者可能会认为，’哦，是凯斯，看来在我们开始这样研究之前，他应该知道答案。’”正是因为如此，知道伊曼纽尔教授和韦奇教授也在研究这个课题后，我就非常地开心。
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就凯斯而言，应该有更多的学者参与到对地球工程课题的研究中来。“有一些学者现在把研究地球工程当作一项爱好，但我们希望他们更严肃地对待这个项目，并务实推动更深入的国际研究项目和合作。”凯斯说。
此外，凯斯也意识到，通过论文结果，目前并不能而且也没有条件立即部署开始投入地球工程项目。“现在部署这个项目，可能会让人觉得滑稽。”他说。目前而言，地球工程实施的条件并不成熟。还没有找到方法如何向平流层注入硫酸盐气溶胶。对这个方案持质疑态度的，还有罗伯克教授，他认为如果要向大气注入硫酸盐气溶胶的话，每年起码要耗费大约500亿至2000亿美元。
“每个人都想知道，我们到底要不要做这个项目？但我们还是需要理性对待，”现年55岁的凯斯说，“我们这一代，和我差不多年纪的科学家们，都不应该来做这个决定。真正做决定的，应该是我们的下一代。也许再过20年后，我们的下一代就可以真正严肃地对待这个研究已久的课题。”
“我们不能只给他们留下两个选择，到底做还是不做这个项目。如果我们现在对这个项目持保留围观态度，并不做任何研究的话，我们的下一代终究还是会面对这个问题的。”凯斯说。
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