平流層注入氣溶膠

　　空間反光鏡

　　太陽傘

　　海洋中施加鐵元素

　　溫室氣體導(dǎo)致的全球氣候變暖已經(jīng)成為當(dāng)前世界各國(guó)面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)之一。在此背景下，“地球工程”作為應(yīng)對(duì)全球氣候變暖而提出的一種最直接的人為治理氣候的手段，在國(guó)際氣候談判中被越來越多地提及和關(guān)注。

　　那么，“地球工程”到底是什么?有何作用?為何逐漸成為國(guó)際談判中的寵兒?

　　1.什么是地球工程?

　　“地球工程”也被稱為氣候工程，是指為了應(yīng)對(duì)全球氣候變化及其影響，人類根據(jù)認(rèn)知水平和相應(yīng)能力，從工程和技術(shù)手段在較大尺度范圍對(duì)氣候狀況加以調(diào)節(jié)或修正的各種努力和行為。“地球工程”的定位是在減緩和適應(yīng)氣候變化不力情況下的應(yīng)急措施，目標(biāo)是解決氣候變化帶來的全球升溫問題。

　　“地球工程”的想法由來已久。早在20世紀(jì)60年代，美國(guó)總統(tǒng)科學(xué)顧問委員會(huì)在一份名為“恢復(fù)我們的環(huán)境質(zhì)量”的報(bào)告中提出二氧化碳排放正在改變我們賴以生存的家園，需要認(rèn)真探索人工干預(yù)對(duì)抗氣候變化的可行性，并建議每年花費(fèi)50億美元在熱帶地區(qū)安置反射性材料，以及利用增加云層等手段來應(yīng)對(duì)氣候變化。這是全球第一個(gè)正式應(yīng)對(duì)氣候變化的研究報(bào)告，也是第一次在政府層面提出的大規(guī)模人為干預(yù)氣候變化的設(shè)想。但“地球工程”這一概念直到2009年才由英國(guó)皇家學(xué)會(huì)提出，且提出之前經(jīng)歷了多年的發(fā)展孕育過程。荷蘭大氣化學(xué)家保羅·約瑟夫·克魯岑由于證明了氮的氧化物會(huì)加速“大氣平流層中保護(hù)地球不受太陽紫外線輻射的臭氧”的分解，而獲得1995年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。在此基礎(chǔ)上，克魯岑引入了“人類世”的概念，即地球環(huán)境越來越受到人類活動(dòng)影響的一個(gè)新的地質(zhì)時(shí)期，并據(jù)此提出在全球變暖背景下，在大氣平流層注入氣溶膠以應(yīng)對(duì)全球氣候變暖的設(shè)想，由此開啟了進(jìn)入21世紀(jì)以來地球工程應(yīng)對(duì)全球氣候變化的大爭(zhēng)論。

　　“地球工程”的熱議與21世紀(jì)全球氣候變暖的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)分不開。隨著全球氣候變暖持續(xù)，聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門委員會(huì)(IPCC)在2011年第一次召開了以“地球工程”為主題的會(huì)議，同時(shí)IPCC第四次和第五次評(píng)估報(bào)告中也開始不斷關(guān)注地球工程的內(nèi)容，并探討地球工程在氣候變化應(yīng)對(duì)中的技術(shù)和治理問題。

　　2.“地球工程”的兩種主要類型

　　聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門委員會(huì)將地球工程分為兩種類型。

　　第一種類型是碳移除地球工程，其主要原理和路徑是通過植樹造林、土壤固碳、生物質(zhì)碳捕獲、土地利用管理、巖石圈和海洋碳封存等各種碳捕獲、封存和轉(zhuǎn)化技術(shù)，來降低大氣中的溫室氣體濃度。

　　碳去除地球工程最典型的是海洋施肥。主要包括三種手段：一是向海洋中施加鐵元素，促進(jìn)浮游生物大量生長(zhǎng)，提高固定二氧化碳的能力;二是向海洋中施加氮、磷等營(yíng)養(yǎng)元素，加快浮游生物的代謝過程，加速二氧化碳沉淀到海底的速率;三是將深層海水抽到表層，向海洋表層提供營(yíng)養(yǎng)元素，同時(shí)加快表層的碳固定到海底的速率。20世紀(jì)90年代以來，全球至少進(jìn)行了13次大規(guī)模的海洋施肥實(shí)驗(yàn)，涉及海域超過1400平方公里，參與的國(guó)家包括美國(guó)、加拿大、澳大利亞、英國(guó)、法國(guó)、巴西、墨西哥、日本、菲律賓、荷蘭、中國(guó)等。

　　第二種類型是太陽輻射管理地球工程，是通過影響進(jìn)入到大氣層的太陽輻射，為地球“直接降溫”。其主要原理和路徑是通過增加反照率，把一些太陽光散射回太空，從而減少地球吸收的短波輻射，降低地球變暖的速率。例如在大氣層中的平流層人為注入氣溶膠、亮化增白大氣中的云層、屋頂刷白、沙漠綠化、在地球大氣層中設(shè)置太空反射鏡等。

　　1991年，菲律賓呂宋島的皮納圖博火山爆發(fā)，大量火山灰進(jìn)入大氣平流層，近2000萬噸二氧化硫和水滴混合形成一種氣態(tài)反射鏡，在高空停留了近兩年時(shí)間，將太陽光反射回太空，導(dǎo)致1992-1993年間抵達(dá)地球表面的太陽輻射減少超過10%，使得全球在一年之內(nèi)降溫0.75攝氏度。平流層注入氣溶膠盡管是遏制全球變暖最快的方式之一，但也是最危險(xiǎn)的方式，一旦工程啟動(dòng)，全球氣候模式將受到極大的影響。

　　3.“地球工程”研究中充滿爭(zhēng)論

　　早前歐美一些國(guó)家已率先開展了地球工程的相關(guān)研究，但由于地球工程措施過于激進(jìn)，因此，科學(xué)界對(duì)地球工程的“副作用”存在很多爭(zhēng)議。例如太陽輻射管理地球工程會(huì)破壞區(qū)域天氣氣候模式和季風(fēng)系統(tǒng)，這對(duì)依賴可預(yù)測(cè)的季節(jié)周期來完成農(nóng)業(yè)等任務(wù)的部門來說是一個(gè)棘手的問題。

　　例如已有研究表明，如果從2020-2070年間每年在赤道上空噴灑500萬噸二氧化硫，南北半球會(huì)均勻地蒙上一層硫酸云，使地球氣溫下降約1℃。如果這項(xiàng)工程實(shí)施后驟然停止，氣溫會(huì)以實(shí)施之前10倍的速度回升，帶來的環(huán)境變化將使很多生物難以適應(yīng)。在溫帶草原和森林地帶，氣溫與降雨量分布的嚴(yán)重不協(xié)調(diào)會(huì)使生物無所適從。同時(shí)地球工程的實(shí)施可能導(dǎo)致熱帶太平洋水溫升高，產(chǎn)生厄爾尼諾現(xiàn)象，給南美洲帶來旱災(zāi)。

　　4.應(yīng)對(duì)氣候變暖最后救命稻草

　　2015年12月12日在巴黎氣候變化大會(huì)上通過了《巴黎協(xié)定》，并確立了溫控目標(biāo)，即“把全球平均氣溫較工業(yè)化前水平升高控制在2攝氏度之內(nèi)，并為把升溫控制在1.5攝氏度之內(nèi)而努力”。目前全球地表平均氣溫已經(jīng)大約上升了0.85攝氏度，這一形勢(shì)下，要達(dá)到《巴黎協(xié)定》所確定的溫控目標(biāo)挑戰(zhàn)十分嚴(yán)峻。

　　雖然地球工程是一個(gè)非常有爭(zhēng)議的領(lǐng)域，但近年來，科學(xué)界對(duì)于“地球工程是一種研究禁忌”的看法開始逐漸轉(zhuǎn)變。目前國(guó)際上主要的研究機(jī)構(gòu)都開始參與到地球工程的研究中來，并發(fā)展出相互合作的研究計(jì)劃，以從理論上深化地球工程在應(yīng)對(duì)全球氣候變化中的作用和可能的影響。近十年的地球工程研究雖然取得一些進(jìn)展，但地球工程的研究還是相對(duì)薄弱，還未得到地球系統(tǒng)多模式集合的驗(yàn)證，且實(shí)施效果具有高度不確定性，可能帶來高風(fēng)險(xiǎn)。這一系列的問題還沒有統(tǒng)一科學(xué)的答案，因此，目前的認(rèn)識(shí)還不能支持未來能否實(shí)施地球工程的決策。

　　如果全球氣候變暖不能得到有效控制，一旦變暖超過4攝氏度，氣候系統(tǒng)將會(huì)逼近氣候變暖不可逆的“臨界點(diǎn)”，在這種情況下，太陽輻射管理地球工程將會(huì)成為短時(shí)間、低成本和應(yīng)急的地球有效降溫的“最后一劑猛藥”。

　　5.我國(guó)也在開展“地球工程”研究項(xiàng)目

　　2015年，我國(guó)啟動(dòng)了關(guān)于“地球工程”的第一個(gè)為期五年的國(guó)家重大科學(xué)研究計(jì)劃“地球工程的綜合影響評(píng)價(jià)和國(guó)際治理研究”。該項(xiàng)目的設(shè)立將有助于提升我國(guó)在“地球工程”研究領(lǐng)域的理論水平和科學(xué)認(rèn)識(shí)。

　　中國(guó)氣象局發(fā)展研究中心孔鋒等在《災(zāi)害學(xué)》雜志上發(fā)表的最新研究成果，系統(tǒng)分析了“地球工程”對(duì)中國(guó)極端降雨強(qiáng)度的影響，結(jié)果表明地球工程會(huì)使得中國(guó)整體性的極端降雨趨于增多，且極端降雨的空間異質(zhì)性增強(qiáng)。

　　根據(jù)孔鋒等人前期的研究成果，發(fā)現(xiàn)在當(dāng)前“地球工程模式比較計(jì)劃”的模式設(shè)定的地球工程實(shí)施當(dāng)量下，大氣物理環(huán)境的“自我恢復(fù)能力”依然能夠占據(jù)主導(dǎo)地位。地球工程對(duì)氣候產(chǎn)生的人為擾動(dòng)隨著時(shí)間的推移逐漸被“抹平”，確保地球工程實(shí)施結(jié)束后原有的氣候格局不被根本性改變。這一結(jié)論支持了2014年IPCC第五次氣候變化評(píng)估報(bào)告第三工作組關(guān)于太陽輻射管理地球工程的評(píng)估結(jié)論。(孔鋒)