针对气候变暖 给地球撑把遮阳伞

最近，加拿大阿尔伯塔省卡尔加里大学的物理和能源专家戴维·W·基思（David W. Keith）在作地球工程学（geoengineering）演讲时常常指出，人工气候改造的想法由来已久——人们从担忧全球变暖之时起，就开始谈论通过人为改变气候来抗衡全球变暖。早在1965 年，美国前副总统阿尔·戈尔（Al Gore）还是大学新生，一个由著名环境科学家组成的小组就警告当时美国总统约翰逊，化石燃料释放的二氧化碳可能引起“显著的气候变化”，而这种变化“可能是有害的”。然而，当时科学家并没有提到减少排放的可能性。相反，他们考虑向范围约为1,300 万平方千米的海洋上 “撒布很小的反射粒子”，使得大约1/100 的阳光被反射回太空——基思说：“这是一个疯狂且毫无效果的地球工程学方案。”

此后的几十年，利用地球工程改造气候的想法一直存在，但这些想法不断边缘化——科学家和环保主义者普遍认为，地球工程学想法似乎是以愚蠢甚至不道德的尝试来避免强调全球变暖问题的根源。最近的三个进展又让地球工程学想法回归主流。

首先， 尽管经过了多年讨论和国际谈判， 直到2007 年， 二氧化碳排放量的上升速度还是比政府间气候变化专门委员会（Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC）预计的最坏情形还要快得多。美国加利福尼亚州斯坦福市卡内基科学研究所的气候模拟专家肯·卡尔代拉（Ken Caldeira）指出：“二氧化碳的排放量越来越大，这种趋势不断上升——对煤的依赖程度在任何时候都不曾减少”。

其次，两极冰川的融化速度比历史上任何时候都快，揭示出气候变化可能已经接近人们无法想象的危险边缘——也就是通常所说的临界点。

最后，荷兰著名大气化学家保罗·J·克鲁岑（Paul J. Crutzen）2006 年在《气候变化》（Climatic Change）杂志上发表了一篇文章。文中，他以沉重的心情敦促人们要认真考虑地球工程学。1995 年，克鲁岑因关于大气臭氧层破坏的研究工作而获得诺贝尔化学奖。如果他在认真考虑地球工程学的话，那么似乎每个人都应该这么去做。

2007 年11 月，基思和美国哈佛大学地球物理学家丹尼尔·P·施拉格（Daniel P.Schrag）轻易说服了顶尖的气候学家，去美国马萨诸塞州剑桥市参加一批热心地球工程师组织的研讨小组。他们一致同意有必要对地球工程学进行进一步研究——有些人是因为地球工程学真正令他们感兴趣，另一些人则是觉得两害相权只能取其轻，还有一些人希望毕其功于一役。但他们达成了一致——地球工程学东山再起了。

地球工程学方案分为两种，你可以想象它们相当于调节地球温度的两个旋钮。一个旋钮控制光线的多少——也就是控制太阳能的多少，更准确地说是控制到达地球表面太阳能的多少；另外一个旋钮控制向太空流失的热量，主要取决于大气中二氧化碳的含量。将二氧化碳从大气中除去的方案，例如向海洋中“施肥，可以直击问题的根源，但是这种做法要等几十年才会起到较大成效。相比较而言，一个“遮阳伞”可以立即减缓全球变暖——尽管必须不断对它们进行维护才能维持遮阳的作用。因此，遮阳伞的想法可以处理那些被科学家视作极端紧急情况的气候问题。施拉格说：“如果格陵兰冰原明天就要开始崩塌，而你是美国总统，你怎么办？你将别无选择。”

到目前为止，对于任何一种方法，或者对于这些方法潜在的、不可预知但确实存在的负面影响的研究还很少。卡尔代拉说：“这方面说的比做的多，大多数研究还停留在业余水平。”一些想法没有多少研究价值——比方说在海洋上大面积撒布反射粒子，这些反射粒子会不可避免地污染海洋，并且会很快被冲刷到海滩上。但另外一些想法却值得考虑。

地球工程学背后的基本原理则更难被人忽视。现在，没有多少研究人员提出，阻挡阳光是阻止大气中二氧化碳升高的替代方案，或者仅靠地球工程学就能够解决二氧化碳问题。相反，科学家认为，地球工程学能够为我们赢得一些时间进行能源革命，让无碳能源替代现有能源， 或建立一个碳中性（carbon-neutral）的能源消耗方式。美国国家大气研究中心（National Center for Atmospheric Research，简称NCAR）的汤姆·M·L·威格利（Tom M.L. Wigley）说：“我认为地球工程学应该被认真对待的原因在于，我不认为把排放－减排方法摆到桌面上来谈就能够拯救地球。还没有人认真考虑过如此大规模的技术挑战的难度。”

平流层里的微粒

有科学家认为，地球工程学方法低廉可靠，他们提出向平流层注入二氧化硫，形成硫酸液滴云来散射阳光。但多少二氧化硫才能平衡当前二氧化碳的作用，对于这一点还存在争议。

克鲁岑和威格利都坚信，有一个方案是最便宜也是最可靠的方法。这个方案最早在1974 年，由苏联物理学家麦克海尔·I·布迪科（Mikhail I. Budyko）在列宁格勒的地球物理观测台提出：每年将几百万吨二氧化硫投入平流层。在平流层中，二氧化硫会与氧、水和其他分子反应，形成由水和硫酸根离子组成的微小液滴，附着在灰尘或盐等其他小分子上。这种硫酸液滴形成的云可以散射阳光，落日将变得更红，整个天空会变得更加苍白暗淡，就像污染严重的城市天空那样，而地表温度平均来讲会有所下降。1991年，菲律宾皮纳图博火山爆发，2,000 万吨二氧化硫被喷入了平流层。这次喷入的二氧化硫产生了前面所述的所有效应：它使全球气温在一年里大约下降了0.5℃。“因此，基本上我们知道这样是有效的，”卡尔代拉说。实际上，在克鲁岑写出这一构想之前，卡尔代拉已经进行过十年的模拟研究了。

当克鲁岑重拾这一想法时，全世界对地球工程学已经有了更加充分的准备。自从布迪科的文章发表后，全球温度已经升高了0.5℃，大量的冰已经融化。20 世纪90 年代，美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室(Lawrence Livermore National Laboratory，LLNL) 的爱德华·特勒（Edward Teller）和他的同事们曾经提出，金属粒子在高层可以停留更长时间，并且可以反射更多的阳光，但克鲁岑坚持支持向平流层注入二氧化硫这个更加成熟的想法。这使克鲁岑制定的计划更加引人注目。

克鲁岑指出，通过化石燃料的燃烧，人们每年向低层大气排放5,500 万吨二氧化硫和80 亿吨二氧化碳。根据世界卫生组织的统计，这样的二氧化硫浓度每年造成了50万人死亡。不过，二氧化硫同样也使地球温

度有所下降——尽管没有人知道确切的下降数值——因此，政府强制执行反污染法（例如美国的清洁空气法案），反而使得全球变暖的情形更加糟糕。克鲁岑说，把一部分二氧化硫抬升至平流层，使二氧化硫不仅不会伤害我们，还可以为我们阻挡阳光，这样不是很有意义吗？

布迪科的初步设想是，让使用高硫燃料的飞机在平流层中飞行；克鲁岑提议用气球将二氧化硫运送至平流层。目前大气中二氧化碳的含量已是工业化前的两倍，对于要用多少二氧化硫来平衡当前二氧化碳的作用，这一点还存在争议。威格利认为每年需要500 万吨硫（通常仅用硫的重量来表示）；克鲁岑和美国国家大气研究中心的菲利普·J·罗素（Philip J. Rasch）经过计算认为，如果粒子的平均尺寸小于火山喷发的颗粒（约0.2微米），则需要150 万吨硫才能起作用。

实际上，我们已经排放了许多二氧化硫到低层大气，比以上所有估计量都多得多，但与二氧化碳问题的量级相比，这些二氧化硫就显得太少了。卡尔代拉强调，每年所需的二氧化硫量大致相当于每个美国人都从灭火水龙带里面挤出一管二氧化硫。克鲁岑估计他的方案每年将耗资250 亿～ 500 亿美元，分摊到发达国家每个公民头上就是25 ～ 50美元。这个数额小于美国人在彩票上的平均花费，并且回报比彩票要确定得多：那就是一个更加凉爽的地球——至少全球平均温度会有所下降。