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应用遮阳工程解决全球暖化的危机

发布时间:2016/05/16 点击量:0
  目前许多科学家支持“地球工程”的研究,目标是减缓甚至扭转全球暖化的趋势。
  -在诸多地球工程的方案中,遮蔽阳光能立即见效,但这些方案都有着无法预期的副作用。
  -将二氧化硫注入平流层(如同火山喷发产生的效果),是目前最确定可行的阳光遮蔽法。其它方案包括让海盐微粒悬浮在大气中,使海上的云层更明亮,或是在太空中建造遮阳伞。
  加拿大埃布尔达省卡加立大学的物理与能源专家凯斯(David W. Keith)每次在上课中提到“地球工程”(geoengineering)时,总会说这个概念由来已久。自从全球暖化成为令人忧心的议题后,人们便开始讨论有计划的改变气候来对抗全球暖化的可能性。
  早在1965年,美国前副总统戈尔还是大学新鲜人时,一个由杰出环境科学家组成的委员会,便警告当时的总统约翰逊:燃烧化石燃料产生的二氧化碳(CO2)可能会造成“气候的显著改变”并“导致危险的后果”。
  然而,这群科学家并未提到降低CO2排放的可能性,相反的,他们考虑将“能够反射阳光的微粒”散布到面积约1300万平方公里的海面上,以便将1%的阳光反射回太空。凯斯说:“这个疯狂的点子根本不可行”。
  数十年后,地球工程的点子虽然没有消失,却被放逐到科学的边疆。科学家与环保学者认为,这些想法不仅愚蠢而且违反道德,会使人们逃避解决全球暖化的根本成因。然而近来三项事态的发展,又将地球工程带回主流科学家的讨论中。
  首先,即使各国大力呼吁并签订各项国际协议,CO2排放量的上升趋势,依然比跨政府气候变迁研究小组在2007年预测的最糟情况还要快。美国斯坦福大学卡内基科学院的气候模型学家卡德拉(Ken Caldeira)说:“人类对燃煤的依赖有增无减,导致CO2排放量持续上升。”
  其次,极地的冰层正以前所未见的速度融化中,意味着气候变迁比起任何人想象的更濒临崩溃的危险边缘。
  最后,著名的荷兰大气化学家克鲁琛(Paul J. Crutzen)在2006年《气候变迁》期刊中发表了一篇论文,忧心忡忡地疾呼各界应该认真探讨地球工程的可能性。凯斯说:“这篇论文透露出重大讯息。”克鲁琛对于大气臭氧层遭受破坏的研究,让他获得1995年的诺贝尔化学奖。如果连他都开始认真考虑地球工程,看来每个人都该这么做。
  到了2007年11月,凯斯与美国哈佛大学的地球物理学家施拉格(Daniel P. Schrag),很快就邀请到许多顶尖的气候学家与热心的地球工程学家,参加一场在美国麻州剑桥举办的研讨会。会后所有人都同意必须进行更多的研究,有些人觉得地球工程的想法令人振奋,有些人认为两害相权取其轻,有些人则希望一劳永逸地解决全球暖化问题,然而科学家的共识是:“地球工程回来了。”
  地球工程的方案分为两类,不妨想象成两个可以控制地球气温的旋钮。其中一个旋钮控制让多少阳光(或者更精确的说是多少太阳能)抵达地球表面,另一个旋钮则控制让多少热量逸散回太空,而后者取决于大气中有多少CO2。将CO2从大气中移除的方案,例如在海水中施放含铁的肥料,能从根本解决问题,但必须花上数十年才会见到成效。相反的,遮蔽阳光的方案,理论上能够立即停止全球暖化,不过效果只有在遮蔽作用持续时才看得到。因此科学家将遮蔽阳光的想法视为解决气候问题的紧急对策。施拉格问道:“如果明天格陵兰的冰层开始崩塌,而你是美国总统,你该怎么办?你没有选择的余地。”
  然而截至目前为止,针对任何做法或可能因而引起无法预测的巨大副作用,相关研究依然太少,卡德拉说:“大部份的研究都停留在业余阶段,以空谈的成份居多。”某些方案根本不可行,例如在广大的海面上施放能反射阳光的微粒,势必污染海水,而且这些微粒极可能很快被冲刷上岸,但有些方案或许值得考虑。
  要驳回地球工程背后的基本主张也越加困难。几乎没有研究人员认为遮蔽阳光是降低大气层CO2含量的解决方案,或是地球工程可以独力解决全球暖化问题,不过他们主张地球工程可以争取时间,让人类完成改用碳中和(carbon-neutral)能源的革命。美国国家大气研究中心(NCAR)的威格里(Tom M. L. Wigley)说:“我认为应该考虑地球工程的原因是,台面上降低CO2排放量的方法都无法拯救地球,没有人认真考虑技术上的困难。”
  增加平流层中的硫酸微滴
  克鲁琛与威格里共同主张的地球工程方案是最便宜、而且确定可行的一种。早在1974年,俄国列宁格勒地球物理主观测站的物理学家布迪科(Mikhail I. Budyko)便提出了这项方案,做法是将数百万吨的二氧化硫(SO2)注入平流层中,二氧化硫与氧气、水和其它分子反应,形成由水、硫酸(H2SO4)、尘埃、盐粒或其它微粒组成的硫酸微滴,进而使硫酸与水凝结在微滴上。所有人都同意,硫酸微滴形成的云可以散射阳光,让夕阳看起来更红、天空显得黯淡,而地球表面的平均温度会下降。1991年菲律宾皮纳吐坡火山爆发,将2000万吨的二氧化硫喷入平流层中,使往后一年内的全球平均温度下降了0.5℃。卡德拉说:“因此基本上我们确定,这个方法确实有效。”事实上,早在克鲁琛发表论文的10年前,卡德拉便已经开始以模型测试这项方案了。
  当克鲁琛出面呼吁时,世界对于地球工程的接受度更高了,因为在布迪科发表论文之后,全球气温至今已升高0.5℃,导致许多冰层融化。20世纪90年代,劳伦斯利佛摩国家实验室的泰勒(Edward Teller)与同事建议,金属微粒也许可以在空中停留更久,并能反射更多阳光,但是克鲁琛坚持使用早已验证有效的二氧化硫,这让他的提议显得更有说服力。
  克鲁琛指出,由于燃烧化石燃料,每年有5500万吨的二氧化硫(加上80亿吨的CO2)被释放到低层大气中。根据世界卫生组织的估计,高浓度的二氧化硫每年杀死50万人,然而二氧化硫也会冷却地球,但没有人知道幅度有多大。因此当政府实施污染防治法时,例如美国的空气清净法案,也同时会让全球暖化更严重。克鲁琛建议,将部份的二氧化硫注入平流层看来十分合理,毕竟二氧化硫在高空中会帮地球挡住阳光,而不至于杀死我们。
  布迪科的原始构想是利用飞机在平流层中燃烧富含硫的燃料,克鲁琛则提议利用气球将二氧化硫送上高空。如果大气中的CO2浓度比工业革命之前上升了一倍,那么需要多少二氧化硫,才能抵消CO2所造成的全球暖化效应呢?每个人的估计都不同。单纯以硫的重量来说,威格里估计每年需要500万吨,而克鲁琛与NCAR的拉许(Philip J. Rasch)则估计150万吨便足够,前提是人造微粒的平均直径,必须比火山喷发的微粒还小(后者直径小于0.2微米)。
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