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随着气候变化的加速，一些科学家们试图通过实验测试找到人为抵御气候变化的方法。他们推理：终有一天，我们可能会带着绝望来使用这项技术。 大卫·米切尔（David Mitchell）是位大气物理学家，在他看来，那些位于对流层上层的寒冷云层将成为我们应对气候变化的后备计划之一。 卷云中的微小冰晶将来自地表的热辐射反射回地球表面，就像给地球盖上一层厚厚的毯子一样。不过，这位环境科学研究所的副研究员脑海中正在酝酿着一个大胆的想法。 他的设想是这样的：每年冬天，组织大规模的无人机舰队跨越全球的高纬度地区，并在空中喷洒数吨优质的颗粒粉尘。如果这种做法有效，这将会产生比正常冰晶更大的冰晶，从而让卷云变薄，消散得更快。 “这将使更多的辐射进入太空，进而冷却地球，”米切尔说。根据耶鲁大学的一项研究，这个“云播种”计划可以将全球气温降低1.4°C。 然而，该想法仍然面临几大质疑：这样做是否会真的有效，可能会产生什么副作用，以及全球是否应该冒险部署这个可能改变整个气候的工具。 确实，人类将飞行器作为控制全球温度的恒温器听起来很荒唐。但真正的问题是：人类不愿荒谬的代价又是什么？ 图 | 类似于人工降雨的云播种计划 保守估计下，到本世纪中叶，由于饥荒，洪水，高温等气候变化带来的人口死亡将达到每年五十万人。一直以来，确保地球升温不超过工业革命前2℃，都被认为是应不惜一切代价坚守的红线，现在看起来已经几乎不可能实现。 根据联合国政府间气候变化专门委员会的报告，实现这个目标意味着到2050年全球温室气体排放量至少减排70％以上，而且还需要开发出能大量吸收二氧化碳的技术。但越来越多的研究表明，我们可能不会有时间或技术来达到这一目标。值得一提的是，即使每个国家都能坚守在巴黎气候大会上作出的承诺，到2100年全球气温仍将可能升高5摄氏度。 哈佛大学环境中心主任丹尼尔·施拉德（Daniel Schrag）表示：“2℃让绝大多数人看到了希望，但对我而言，这不过是个白日梦罢了，”作为奥巴马总统气候变化最高顾问之一，他说，“如果我们能幸运地撑到全球气温升温4度，那我确定将没有人能看到6度。” 图 | 正在加速逼近的全球变暖危机 根据气候变化委员会的一项研究显示，两度和四度之间的差距意味着全球四分之一的人口无法获得水资源，并且其中一亿多人常年处于水灾当中，全球作物产量也将大幅下降。 如果不及时采取措施，到本世纪中叶，全球每年将有五百万人丧命于气候变化带来的灾难性后果。 近年来，随之而诞生的一项称为“地球工程”的技术，通过重新设计气候本身，旨在帮助人类有效抵御气候变化带来的灾难，这项也被称为“地球工程学”的边缘学科也在十年前开始进入地球科学家们的视野。 现在，日益严峻的气候预测已经使越来越多的科学家相信，现在已经到了需要在地球上做点什么的时候了。此外，包括哈佛大学，卡内基理事会和加利福尼亚大学洛杉矶分校在内的一系列科研机构已经开始研究如何开展具体工作。 即便当前还没有科学家会说，我们应该尽快开始部署地球工程。然而，来自劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的前副主任简龙（Jane Long）说，“随着时间的推移，人类必须要探索出任何可能将世界从灾难的边缘拯救回来的方案。即使现在我们不知道答案是什么，但我相信事实的真相是什么，那就是我们需要它。” 尘埃的梦想 在米切尔的办公室里，桌子上堆满着科学论文，书架上也排列着各式的期刊和杂志。一张精美冰晶的特写图像就挂在计算机显示器上方的布告栏中。早在2005年春天，那时还在科罗拉多州博尔德国家大气研究中心工作的米切尔就开始探索冰晶的大小如何影响卷云和气候系统。他和他的同事发现，在粉尘颗粒存在的情况下，云层会倾向于形成的较大的晶体并从而产生更稀薄的卷云。 这一发现一直停留在米切尔的大脑中。直到一天早上回到内华达后，他突然有了一个大胆的想法，并把这个想法制定成了气候工程计划。他想知道如果人为地在这些云层形成的地方加入粉尘，那么是否就会产生那些更大的冰晶，从而形成更加稀薄的卷云，这样就能释放更多的地表热量进入太空。 虽然一直以来，他在地球工程这一问题上一直有所保留，但他还是决定试试这个想法。 2009年，他和一位同事共同发表了一篇论文，指出用微量的三碘化铋颗粒来种植卷云，文中指出，这种无机化合物将分解成亚微米尺寸的颗粒，由这些亚微米尺寸的颗粒形成的稀薄卷云可能会大大抵消气候变化带来的全球升温。最近，米切尔估计每年将需要大约160吨的特殊材料来覆盖全球，耗资约600万美元。 然而，这个建议也招来了学界的质疑。由麻省理工学院大气科学家丹·齐奇佐（Dan Cziczo）领导的研究团队在2013年《Science》上刊文指出，粉尘周围将形成冰晶，这种被称为异质冰晶核的物质正是创造卷云的主要机制。 这意味着增加更多的粉尘只会产生更厚的云层，从而将屏蔽更多的地表热量。在齐奇佐看来，云是当前气象学中研究最为薄弱的领域。我们对云微物理学所掌握的知识还远远不能支撑人类试图通过控制云层来实现精确地操纵气候。 但是在米切尔最近的研究中，其通过美国宇航局卡利普索卫星对大气中冰晶浓度的观察发现，云播种的确是可以发挥作用的，只要这些地区的卷云形成区域附近没有其他粉尘颗粒。 在米切尔办公室的显示器上，他给我们展示了一张地图，来自今年二月下旬他向国家大气研究中心提交的一份文件。在这张地图中，由深蓝到浅蓝色构成的区域代表着齐奇佐提出的异质云范围，其主要在中纬度地区占据主导地位，几乎覆盖了南美洲和非洲的大部分地区。 但是较高纬度的地区则以红色，黄色，橙色和绿色圆点覆盖，在这些地区，云层的种类符合米切尔的预期。 卫星图像表明，在寒冷和潮湿条件下，尤其是在冬天，微小的冰晶可以自发形成，并且还没有粉尘干扰。这就表明云播种可以工作，如果在这几个月内针对这些地区。 米切尔甚至认为可以让自然界进行现场实验来测试他的理论。每年春冬季节，来自西伯利亚的强冷空气带来的强劲西北大风，蒙古沙漠和中国西部地区就会发生大面积沙尘天气。这些细沙颗粒越过太平洋，穿过落基山脉到达美洲。 如果米切尔是正确的，那么这些颗粒将会有助于把那些厚卷云变得更薄。至于如何观察这种现象，就在去年底，美国国家海洋和大气管理局（NOAA）发射了一颗功能强大的成像卫星，并且该卫星还配备有可以测量云层温度的传感器。 理论上，该卫星能够准确捕捉到位于落基山上的尘土颗粒，从而可以监测到云微物理学中的微妙变化。 去年，米切尔就向NOAA提交了一项研究计划，要求该机构使用卫星进行这种观察。不过他也知道NOAA回复他的可能性不大，特别是鉴于当前特朗普政府一直致力于削减气候科学资金。 但如果NOAA同意，这项试验将有力佐证他的理论，当然也许也会得出完全相反的结论。 也许明年我们将迎来第一个室外地球工程实验（DT君先前已经报道，详见：向大气层喷射颗粒，科学家们模拟火山喷发试图控制全球变暖） 明年这个时候，哈佛大学教授大卫·基恩（David Keith）和弗兰克·科伊奇（Frank Keutsch）将在美国亚利桑那州图森发射一颗高空热气球，这颗名为“StratoCruiser”的热气球将向大气平流层中喷射雾状的二氧化硫，氧化铝以及碳酸钙等物质，然后利用传感器观测大气中这些颗粒物的反射率，分散或聚集程度，以及它们与大气中其他物质的相互作用方式。 图 | 高空粒子喷射实验 关于该实验的基本思想，其实就是某些被喷射到平流层的颗粒可以将更多的热量反射回太空。其模拟大规模的火山爆发将数千万吨的二氧化硫喷向天空，从而发生地球自然冷却的现象。 目前，科学家普遍认为这种技术可以缓解温度，不过仍有一些问题值得探讨比如该技术是否能达到精确控制全球温度？用哪些物质是最有效的？以及这项实验对于环境有什么副作用？ 毕竟曾经的火山爆发在导致全球气温下降的同时，也降低了全球部分地区的降水量，其释放的二氧化硫也在一定程度上破环了大气臭氧层。 “对我们的后来来说，气候在更长时间尺度上最可能出现的场景对他们来说是毁灭性的，绝对是毁灭性的。” 基恩曾利用计算机建模技术，来寻找对臭氧层产生温和影响的其他代替材料（包括金刚石粉和氧化铝）。去年年底，他和科伊奇等人联合发表了一篇论文，文中指出可以使用方解石作为替代品（一种由碳酸钙组成的矿物），“它能够在冷却地球的同时修复臭氧层。” 他们已经开始与亚利桑那州的一家热气球技术公司对该项目开展合作。而且他们还将同时建立一个独立小组来论证该试验的可行性。早期的飞行将测试气球的基本工作情况，该气球将拴在配有螺旋桨，喷雾器和传感器的缆车上。 最终实验是气球进入平流层并喷射出雾状的细小颗粒。然后，气球将反向跟踪这些细微颗粒的运动轨迹，同时通过传感器观测颗粒如何散射阳光，以及它们如何与臭氧前体发生相互作用。 “我们对未知的领域一无所知。” 的确，地球工程的全面展开势必会不可避免地带来一定程度的风险。我们很可能要在接受气候变化危机和开展地球工程所带来的未知风险之间做出选择。 罗格斯大学环境科学教授阿兰·罗伯克（Alan Robock）已经就地球工程将可能给地球带来的一系列负面影响，发表并列出了一项包含27个可能会出现的风险清单，这其中就包括臭氧层消失，以及非洲和亚洲的降雨量明显降低。 最终，罗伯克还是认为地球工程太过于冒险，并希望永远不要进行尝试。“我们对未知的领域一无所知，”他说，“我们既然知道问题的根源来自于温室气体，那么问题的解决方案就是如何把温室气体排出，你不要试图做一些完全不明白的事情。” 是时候了吗？ 今年三月下旬，美国太阳能地球工程研究论坛在华盛顿的卡内基国际和平基金会上聚集了全球数十名气候和社会科学专家，会上重点讨论了他们对地球工程研究的意见。 在会上，有专家就抛出了一系列有关地球工程的相关国际治理问题： 谁来决定何时拉动打响地球保护工程的第一战？ 全球平均气温如何确定，相同的温度是否又会以不同的方式影响不同的国家？ 一个国家是否应该因其地球工程计划对另一个国家的天气的负面影响负责？ 用于地球工程的工具可以用来故意攻击邻国吗？ 这些问题的冲突可能会引发战争吗？ 苏塞克斯大学研究员罗斯·凯恩斯（Rose Cairns）接着说道：“我还没有听过任何关于未来的太阳能地球工程世界的描述，这对我来说都是反乌托邦或者非常不现实的。” 不过来自哈佛大学的施拉格（Schrag）对此持截然相反的想法：“未来最可怕的情况将有可能是因为我们从未开发或部署过地球工程，人们还没有足够了解我们对气候的依赖性”他说，“对我们的后来来说，气候在更长时间尺度上最可能出现的场景对他们来说是毁灭性的，绝对是毁灭性的。” 伴随着他闪过的几张幻灯片，片中展示了近几个月来北极和南极冰面的大规模融化，施拉格强调，气候变化带来的影响已经非常明显，并且已经超过任何人的预期。 他补充说，对地球来说，当前的温室气体排放量已经达到积重难返的地步，即使我们从明天开始停止排放，但就目前我们已经排放的数量仍会持续造成一个阶段的升温。 图 | 1979年（左）和2013年（右）的南极冰面对比图（更直观显示见NASA官网：https://www./content/goddard/nasa-study-shows-global-sea-ice-diminishing-despite-antarctic-gains） 在他看来，严峻的现实意味着我们也许需要尝试面对并忍受一些地球工程造成的困难局面。他说：“就我看到的情况而言，这些困难仍比气候变暖要好得多。鉴于当前全球气候的严峻形势，以及减排的难度，这些问题是我们真正需要理解的。” 恐惧的力量 正如米切尔在他的大部分职业生涯中向来都反对地球工程一样。曾经在他看来，人为改变气候系统的想法简直不可思议。但像其他研究人员一样，几十年来越来越令人担忧的数据结果慢慢迫使他去改变最初的想法，这个世界需要倾听来自科学家们最后的警告，他也只能不情愿地改变观点。 也许我们需要几十年的时间来了解哪些地球工程方法可能会起作用，以及如何将环境副作用最小化。我们对地球工程的真正研究越往后推迟，那么我们在面临突发性气候条件下部署不安全工具的风险也会越大，甚至在真正需要时手足无措。没有人真的知道这一天会何时降临。 “气候工程的需求可能比我们意识到的要快。”米切尔说。 - END -
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