地球工程,能否拯救我们的未来?

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2018-02-28 10:19:55

修补气候

地球,是人类最大的实验室。自人类懂得钻木取火以及耕种土地的那刻起,这个星球就成了我们修补大气中气体成分和数量的长期实验基地。

近年来,科技的迅速进步和人口数量的激增加速了实验的进展,而初期的实验结果显示,人类造成的影响不容乐观。研究表明,人类不可能将地球的平均温度的上升幅度控制在高于工业化社会之前的2C以内,这是常被视作为一旦超过这个温度,就将迎来有去无回的“临界点”。如果那种情况真的发生,地球将会变成一个频繁出现大规模干旱、极端天气和灾难性海平面上升的炼狱。人口数量可能因各种疾病的肆虐和日益加剧的饥荒而受到严重影响。

○气候变化持续恶化的潜在后果:到了2025年,50亿的人类将周期性的面临水资源短缺。北极圈的永冻土将融化,并释放出1900亿吨的温室气体,继续扩大当前的变暖趋势。|图片来源:Futurism

为了改善这种潜在的危害,有人建议我们在地球上开展全新的实验,来化解那些由气候变化带来的破坏性“报复”。这个实验性的解决方案就是地球工程,一个用来改变地球气候、使地球变得更适合人类居住的过程。

目前专家们虽然已提出许多可行方案,但每个方法的实施都面临着各方面的巨大挑战。这些方案的完成几乎需要地球上的每个国家之间进行精确和持续的合作,这是一项从未完成过的壮举。

更重要的是,科学家对地球工程在安全性方面仍然存在分歧。部分原因在于,由于影响地球气候系统的变量众多,因此任何方案都可能造成一些科学家无法预测的副作用。科学家已经为此产生了许许多多的争论。

但用地球工程改变地球的提案仍然坚挺存在。许多科学家坚持视地球工程战略作为拯救人类未来的最后一根稻草。

○气候变化持续恶化的潜在后果:到了2050年,世界上整整四分之一的植物和脊椎动物面临灭绝;海洋酸化将消灭所有剩下的珊瑚礁。小冰川完全消失,大冰川缩小70%。同时,惊人、致命的热浪将席卷全世界的主要城市。|图片来源:Futurism

斯坦福大学的气候学家 Ken Caldeira说:“假设全球变暖继续持续,热带地区或许就会变得太热,以至于大部分农作物都无法种植,从而导致大面积的作物欠收和大规模的饥荒。”由于大气中含有大量的二氧化碳,所以即使我们已经到了这个危机状态,变暖依然会继续下去。Caldeira补充说:“地球工程是唯一已知能使地球在社会关联的时间尺度内开始冷却地球的方法。”

我们该怎么做呢?

大约30年前,一位名叫John Martin的海洋学家在一次演讲中说:“给我半桶铁,我会还你一个冰河时代。”Martin的大胆声明开启了在之后十年内的第一批地球工程的研究。

Martin的理念从概念上看非常简单,叫铁质施肥(Iron Fertilization)。它所需要做的就是在一片宽阔的海洋表面撒上一层铁(以硫酸亚铁的绿色晶体的形式存在)。这些铁会刺激浮游植物、海生植物的生长,接着植物会吸收二氧化碳并释放出氧气。从理论上说,如果大规模地开展这项措施,铁质施肥将能移除大气中的大部分由人为产生的二氧化碳。

○铁质施肥。|图片来源:LouPatrick Mackay/Futurism

根据美国宇航局(NASA)的说法,海洋中的自然碳循环每年大约将100吨的碳从大气转入深海中,并且提供了地球一半的氧气。但是如果这种效应被人为的放大又会出现什么问题呢?

简而言之,会有很多问题。海洋科学家再三强调,虽然大量浮游藻类在活着时会吸收二氧化碳,但死亡后,它们的微小分解体会吸引大量细菌。大量濒死的浮游植物聚集在一起招来的细菌能消耗掉周围水域中的所有氧气,从而形成一个让任何游入这片区域的生物都会死亡或病变的“死亡地带”。

最重要的是,即使是最“理想”的铁质施肥模式,对全球二氧化碳的浓度影响也可能不大。2008年,联合国生物多样性中心发布了一项禁止铁质施肥试验的中止规定。

然而,由于政府的倾向和甚至一些非法的施肥实验的开展,这个想法在新闻报道中不断涌现。海洋科学家一直对铁质施肥的质量感到沮丧,有时他们认为这一风潮已经平息了,可之后又发现它们如同僵尸一般不断侵袭。2009年,几位著名的海洋专家在对这个话题的回顾中写道:“我们建议现在是时候打破这个20年循环了。我们对海洋施肥已经有了足够多的了解,因此敢说我们不该再将其列为缓解气候变化的手段之一。”

○气候变化持续恶化的潜在后果:到了2085年,热带气候区被“推进”至高纬度地区使许多种不同的热带疾病传播至更多地域,许多人都会接触到诸如登革热、寨卡病毒和西尼罗河病毒等病原体。|图片来源:Futurism

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在地球工程中,铁质施肥计划的魅力在于其简单性:它相对便宜,依靠的是我们已有的技术,使用的是科学家已经熟知的过程。

其他的地球工程策略并没有这么简洁。例如,在空间放置浮动阵列的镜子或大量“遮阳伞”来反射或阻挡阳光。据NASA在2006资助的一项研究工作发现,通过将全球阳光水平降低2%,就能足够冷却地球,甚至足以平衡大气中二氧化碳的两倍的热量。

○在空间中安放镜子来反射阳光。|图片来源:Lou Patrick Mackay/Futurism

这种提议对后勤的挑战是巨大的,这需要数10亿美元来设计并发射这些设备。此外,我们对直接阻断阳光的潜在副作用了解甚少,据专家预测,这有可能导致农业生产力的降低、天气模式的改变,极地冰盖的移动,和海洋环流模式的变更。

○太空遮阳伞。|图片来源:Lou Patrick Mackay/Futurism

现在,研究人员更倾向于采用一些模仿地球自然过程的地球工程技术。地球工程的支持者最力挺的一种方法是平流层的气溶胶注射,这是一种将反射性颗粒注入高层大气的过程。如果这种方法能达到预期效果,颗粒将会反射入射的太阳光线,减少大气的温室效应。这种方法模仿了火山喷发后造成的影响,在过去,火山喷发已显示出对地球具有冷却效应。

但这也同时存在着风险。《自然》杂志最近报道的一项模拟研究表明,在北半球的平流层注入气溶胶可以使北半球局部地区略微降温,甚至可能会减少北大西洋飓风。但是,这也会对撒哈拉以南的非洲地区造成毁灭性的干旱。相反,若在南半球的大气层释放这些微粒,可以增加撒哈拉以南非洲地区的降雨量,但同时也会增加北大西洋的热带气旋数量。在这两种情况下,会发生这些现象是因为局部急流变得更强,并向各自的极点转移。

○气溶胶注射。|图片来源:LouPatrick Mackay/Futurism

避免这种情况发生的唯一方法就是持续的定期注射气溶胶,大气科学教授Haywood预计至少每6个月就需在赤道周围的高海拔附近进行注射,以确保颗粒能均匀的分布。这是一个需要世界各国政府共同达成的全球协定,一个全世界所有人都想要改变我们一直生活的环境的共识。

虽然反射性气溶胶可以降低地球的温度,但并不会减少已存在于大气中的温室气体。因此,这个计划也要求我们在连续几十年内都维持这种反射性气体层,同时减少我们的总体排放量。如果做不到这样,届时地球的情况对人类来说可能会变得更糟糕。

气候:分裂

对于大多数地球工程计划来说,要想真正减轻气候变化的影响,就不能妄想有一劳永逸的方法,这需要数十年甚至数百年如一日的持续维护。

Haywood说:“所有的模型都表明,假如我们从现在起到2100年之间都开展地球工程,然后在2100年突然停止工程,那么只需约5年的时间,就能累积所有常态下积累的全球变暖。”这种反弹被称为“终止效应”,意味着如果人类想要使用任何基于反射的地球工程策略(例如用气溶胶或反射面),还必须同时大幅减少大气中已有的温室气体和新的排放量。

这将使我们需要通过对政治体制、经济繁荣和社会优先次序的改变,长期地对地球工程的进行维护。

对于反对地球工程的人来说,这就是真正的问题所在:我们应找到一个“快速解决”的方法,而不是减少对化石燃料的依赖。然而这些修复并不会像我们认为的那样去运作。我们对地球的思考方式就如同一些想要想减肥的人,我们宁愿边吃减肥药边继续胡吃海喝,但最后的付出会比直接采用健康饮食和加强运动要多得多。

ETC组织的拉丁美洲司长 Silvia Ribeiro说:“地球工程计划忽略了为什么到现在为止仍没有足够多的政治主张要对气候变化的做出更多应对,而他们反过来却为自己的无作为辩护。”甚至地球工程的支持者也担心这些计划可能会鼓励政治部门不再积极减排,例如美国国务卿 Rex Tillerson最近就称气候变化“只是一个工程问题”。

科学家们早已厌倦了被卷入这种争论。

○气候变化持续恶化的潜在后果:到了2100年,大气中的二氧化碳预计达到840ppmv,这是过去65万内间的最高水平。新的气候区出现在39%的地球陆地表面,地球的地表特征将转移。届时,干旱将使沙尘暴席卷全世界。|图片来源:Futurism

这些都告诉了我们什么?要做出与气候变化有关的任何决定,无论是有关地球工程还是减排,人类这边的进程基本都是相同的:我们需要共同达成协同合作的意愿。即便明天就出现一种奇迹般的地球工程技术,它能保证在没有副作用的情况下就帮助我们恢复到工业化前的气候,也仍需所有人一起对其进行测试和实施。

所以,前进的问题可能不是缺乏科研资金或政治问题――只是我们很难达到共识。这或许比科学难题都更具挑战,也是一个自人类出现以来就有的问题。然而,为了避免最糟的情况,我们必须克服!

编译:原原

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