用地球工程学应对全球气候变暖

　　——用“地球工程学”应对全球气候变暖

　　只要将太阳光遮挡掉1.8%，就能抵消大气层中双倍的温室气体所产生的变暖效应

　　即使世界各国满怀最良好的意愿，致力于减少二氧化碳的排放量，也不见得能阻止全球气候变暖的趋势。事态正在趋于明朗化：即使我们采取最严厉的措施来抑止排放量，气候模型中的不确定因素，仍会使全球极端变暖和海平面升高成为可能。与此同时，某些政府和特殊利益集团采取的抵制态度，也有可能使气候科学家所倡导的应对理念无法得到迅速落实。

　　值得庆幸的是，即使到了一筹莫展的时候，科学家仍有某些锦囊妙计可供采纳。他们多半不愿意讨论这些可供选择的方案，生怕诱发一种沾沾自喜之感，从根本上挫败解决问题的努力。这就是到目前为止的现状。

　　越来越多的研究人员开始用新的眼光，来看待可望阻止全球气候变暖的大规模“地球工程学”计划。美国加利福尼亚州斯坦福大学的气候研究人员提出的设想是，为整个地球筑一道“遮阳屏风”。这一设想目前仍存在着争议，但近来的研究表明：通过使抵达地球表面的阳光发生折射，来中和温室效应所产生的热量，还是有希望实现的。

　　全球的气候模型表明：只要将太阳光所带来的能量遮挡掉1.8%，就能抵消大气层中双倍的温室气体所产生的变暖效应。这一点可能是至关重要的，因为即使目前提出的最严格的排放控制措施得以落实，到本世纪末我们仍会面临着翻倍的二氧化碳量，而且这种局面至少还将持续一个世纪。

　　技术应急措施的概念并不新颖别致。如果说，大部分的补救对策着力同温室气体本身展开斗争，例如想方设法把它们从空气或发电厂的排放物中清除的话，那么，着眼于根治的建议只是到最近才引起高度重视。去年11月，来自美国各地的一批研究人员聚集在斯坦福大学，参加了一个探究如何减少大气层

太阳能量输入的研讨会；去年，美国国家航空航天局(NASA)为这类项目提供了一笔研究拨款。这些小小的步骤表明：一度被视为异端邪说的概念正在赢得信任。

　　迄今提出的建议有两种：在地球大气层内对阳光加以转向折射，或是在外层太空对它进行阻挡。这两种方法各有利弊。对大气层进行“修修补补”可能成本比较低廉，也比较简单易行，而基于太空的方法则可能效果持续时间更长一些，不大可能造成有害的副作用，只是技术上的挑战要更加巨大。

　　最简单的方法是对高层大气射入二氧化硫，价格低廉，平衡温室气体所需要的量将是很小的，只要用一根消防水带，就足以向大气层喷射所需要的一切。

　　建议中最简单的方法，人们已熟知几十年了。那就是模拟火山的冷却效应，对高层大气注射二氧化硫。硫磺价格低廉，释放的手段也很简便，可以通过垂直的管道抽运10公里之遥而达到同温层。二氧化硫会形成硫酸盐颗粒，直径约为0.1微米，大得足以阻止入射的阳光，但又小得足以让红外线波长，即来自地球的热辐射重新散逸到太空中去。

　　“真正重要的是颗粒的大小。”斯坦福大学的物理学家、卡内基研究所全球生态系部去年组织研讨会的肯·卡尔戴拉说，“它们由什么构成，则是无关紧要的。”况且，正如卡尔戴拉解释的，这种方法是相当简单和廉价的。平衡温室气体所需要的量“将是很小的，只要用一根消防水带，就足以向大气层喷射所需要的一切。它的成本也许要比改造

能源系统便宜1000倍。”他说，“这种方法既廉价，也不需要采取国际合作的形式来减小排放量，实在太富有吸引力了。”

　　由于火山喷发的结果，硫磺天然地存在于高层大气。所以，有些研究人员认为，增加高空硫磺量的效应也许不至于造成什么副作用；例如有人提议，为扭转全球变暖趋势而往海洋中撒铁屑或其他促成二氧化碳消耗的营养物，但这样做的结果可能带来很多无法预见的副作用。

　　当然，这种注射方法也不是毫无风险的。我们在地球大气层内所作的任何干预，都可能带来比对策更糟糕的无法预测的副作用，例如地区降雨量或干旱模式的剧烈变化，还有可能破坏生态系的化学反应。此外，硫磺必须不断给予补充。“如果是春季在南北极区域进行喷射的话，它还会断送下一个冬季；而在赤道地区，它的效果可能持续5年之久。”卡尔戴拉说。他表示，无论以哪一种方式诉诸这样的战略，都意味着得考虑持续几个世纪的后续效应。

　　基于太空的遮阳系统，若日夜不停地工作，每隔5分钟发射一束圆片前后达10年，就能将足够的圆片射入太空以构成“微型卫星”，达到使照射在地球上的阳光减少1.8%的目的。成本将在数万亿美元范围内。

　　这些缺陷驱使着其他研究人员转而认真思考风险较少、成本却更高昂的大规模方法。其中卓有成效的途径，也许就是基于太空的遮阳系统。它听起来似乎有点异想天开，但在美国国家航空航天局的拨款下，一个由宇航员和太空科学家组成的团队已在研究这个理念，并进行了小规模的试验。其概念很简单，但在规模上却令人叹为观止。塔克森亚利桑那大学负责生产世界上最大望远镜的宇航员罗杰·安杰尔已拟就了一些细节，确信它是切实可行的。

　　安杰尔的设想就是运用常规的芯片制造技术，制成直径约60厘米、厚度仅为几微米、重约1克的硅圆片。每个圆片上布满尺寸经过精确计算的细孔，能像透镜那样分散入射的光线。结果，将对阳光形成轻微而难以觉察的遮暗作用。

　　这些圆片将以成百万枚堆叠的形式，被压入一个金属容器内，然后借助于电磁枪——一种在实验室经过试验而尚未付诸实用的推进技术——发射到太空中。这些容器将由依次激活的电磁线圈以递增的速度，沿着近乎垂直的轨道向前推进，直至达到逃逸速度。

　　其原理与推动磁浮列车相同，只不过作用力是向上的。加速度实在太快，不可能用来发射精密仪器，但早已有人提出将散装材料，如水、

火箭燃料或建筑材料发射到太空的方法。它可能比传统的火箭更廉价、更可靠。

　　一旦进入太空后，那些容器将会渐次漫游到地球的“L1”点——引力场在地球与太阳之间被抵消，从而使物质相对于两个天体保持稳定的地方。正是在那里，圆片将得到释放。每个圆片均带有由内装的太阳能电池提供动力、可通过无线电接收机加以控制的活动导向鳍。如同水流中的舵一样，带镜面的活动鳍起着调整圆片方位和定向的作用。安杰尔认为，这些圆片可望在各自的位置上保持50年甚至更长的时间。

　　美国国家航空航天局的皮特·沃顿以开发试验型DC-X火箭而著称；安杰尔和他一起经过计算确定：20根高度分别为30公里的轨道枪，若日夜不停地工作，每隔5分钟发射一束圆片前后达10年，就能将足够的圆片射入太空以构成“微型卫星”，达到使照射在地球上的阳光减少1.8%的目的。成本将在数万亿美元范围内。按照安杰尔的说法，这些圆片将以超过1000倍的效率，抵消发射中排放的碳所造成的变暖效应。

　　这听起来似乎有点牵强附会，但谁也没有对技术分析提出异议。“微型飞船就像成群的昆虫一样，具备足以保持各自定位的智能。”沃顿说，“如果你决定让它们偏离原位，只要将它们关闭即可。”他表示，控制系统背后的原理建立在现有技术的基础上，挑战则在于对设计的微调和将重量与成本降到最低限度的制造工艺。发射技术将是全新的；到目前为止，研究人员只进行了小规模的试验，例如运用磁性装置，将4.5公斤的重量发射到2米的高度。

　　卡尔戴拉用计算机进行的独立模拟也表明：太空遮阳几乎能抵消预期从全球变暖中产生的温度变化，除了南北极的小片地区外。那是因为温室变暖呈现均匀的态势，极地区域承受的阳光少于热带地区，所以阳光变化给南北极带来的效应是微乎其微的。这种冷却中的地区差异，可能造成气候模式不可预测的异变。由于极地区域的遮阳效应较为微弱，它们仍会承受一定的冰层覆盖损耗。在这种情况下，正如卡尔戴拉所指出的那样，二氧化硫的选项就可能具备一定的优势：通过在极地区域喷射更多的颗粒来加以弥补。

　　伴随着科学上的每项发现，不可能同时形成一个没有高风险的解决方案。但大部分科学家认为，基础研究还是值得一做的。这就好比后备急诊外科：平时你决不会想去那里接受手术，但还是得随时提高它的医治水平。

　　那么，哪一种方法更有优越之处呢？问题的症结，还是在于成本和可行性。卡尔戴拉说，如果我们突然面临着一场气候灾难，那么，二氧化硫的颗粒法是够廉价的，差不多跟免费无异。“工程原理十分简单，我们在两年内就可以付诸实施，部署起来也很省力。”他说。太空遮阳虽然富有吸引力，但看来好像不大可能付诸实施。“如果不考虑成本，你会希望采用类似安杰尔那样的方案。”卡尔戴拉说，“因为它清洁、便于控制，可望将任何副作用降低到最低限度。但它的成本太高昂了。如果要想达到那种效果，还不如改造我们现有的能源系统来得简便。”

　　更何况，地球工程学通常存在不容忽视的缺陷。它丝毫无助于减少大气层中的二氧化碳，仍会产生海洋酸化之类的后续效应。“众所周知，二氧化碳是一种弱酸。”施奈德说，“碳酸是岩石频遭侵蚀的原因。它们一旦流入海洋，就会提高海洋的酸性度。这可是一件至关重要的大事。珊瑚礁也好，靠碳基贝壳为生的浮游植物群落也罢，迟早都会发生问题。这一点是谁也无法否认的。惟一的问题是：它对基本的生态系有多大影响？”

　　还有一个风险就是，我们的全球气候可能危险地受到地球工程学的左右。最近，卡尔戴拉和同属于卡内基研究所的戴蒙·马修发表了一份研究报告提示：如果地球生物圈适应了阳光稀少的环境和当前的二氧化碳排放量，那么，“太阳屏风”一旦失灵就可能带来迅速而严重的后果，包括全球变暖的速度比当前加快20倍。

　　尽管存在诸如此类的风险，研究这些措施是否依然是一个好主意呢？或者说，讨论这些问题是否只是在为那些宁可无所作为的人打掩护呢？虽然有不少科学家认为，向公众谈论这些可能性是危险的，但大部分人仍觉得基础研究还是值得一做的。“我们应该开展研究，然后断定它是否是一个值得考虑的选项。”沃顿说。“作为一名科学家，我无法预料沧桑世变。伴随着科学上的每项发现，不可能同时形成一个没有高风险的解决方案。轻率地否定某一项技术是愚蠢的。”

　　“谁也不想非如此不可。”安杰尔补充说，“但是，如果海平面升高了6米，我们可能就会想到用它作为选项了。”

　　施奈德强烈主张：应通过大幅度降低二氧化碳排放量，来应对愈益严重的温室气体。他认为，开展研究工作是重要的，这样就能把技术当作最后的手段来利用。“我们并不打算实施。”他说，“这就好比后备急诊外科：平时你决不会想去那里接受手术，但还是得不断提高其医疗水平。”

　　(何积惠 编译)

　　奇异计划两面观

　　史蒂芬·施奈德(美国斯坦福大学物理学家兼生物学教授)

　　不必在意这些耗费巨资的奇异太空计划，我们还是来谈一谈建立同温层注射烟雾，藉以平衡温室效应带来的热量问题。

　　从原则上说，你可以这样做——与约束煤炭工业相比，或许成本也很低。但是，同温层的颗粒尘埃效应只能持续2到4年，而二氧化碳的异常现象将会持续200到400年。所以，我们需要有一批可信的全球气候监控人员，去开展长达几个世纪的工作。他们必须持续、可靠和协同一致地工作。

　　我之所以对地球工程学持有异议，原因并不在于我们无法琢磨出如何实施的途径——尽管存在无法预料的副作用。我更担心的，是长达几个世纪的可信气候监控。如果你想试着去改变气候，那么，最好还是买一份不追究过失责任的灾难保险，因为随时会发生人员伤亡的险情。

　　应成为保险政策

　　沃利·布罗克(纽约哥伦比亚大学地质学家兼古气候学家)

　　地球工程学应该成为一项保险政策，以防出现不可接受的全球变暖。基于太空的方法耗资特别巨大，但如果我们想控制气候的话，则不失为一项终极性的解决方案。我强烈建议开展这方面的研究。

　　另一方面，如果从同温层入手的话，那就难免会出现降雨量或诸如此类的异常。考虑到这些因素，我们最好还是致力于试验。你眼下能做的一件事，就是以较低的成本进行试验。为了防止二氧化碳量翻倍，到2070年，我们必须实现零排放。这是一个艰巨复杂的事业。所以，我们应该对所有的选项展开探索。

　　即使目前提出的最严格的排放控制措施得以落实，到本世纪末我们仍会面临着翻倍的二氧化碳量，而且这种局面至少还将持续一个世纪。为了使地球降温，科学家设想了两种方案：

　　大气层方案

　　把直径约0.1微米的二氧化硫颗粒，射入离地球表面10公里高的大气层。它们既能折射阳光，又足以使地球上的热辐射得到散逸。

　　太空方案

　　向距地球150万公里的太空发射直径为60厘米的可控硅圆片，让它们组成“微型卫星”，起到分散可见光的作用。