为了让天气凉快下来,科学家想往海里扔十亿个高尔夫球
时间: 2019-09-10 来源:Wired
提要:“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。”

为了让天气凉快下来,科学家想往海里扔十亿个高尔夫球

 

  本文翻译/Helena

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2018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。

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。

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。

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。

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。2019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。(Wired)

注: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。

Helena


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