【地球工程】“地球工程”能帮助我们解决气候问题吗？
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来源：极致君
随着气候变化的破坏变得越来越明显，一些科学家正在考虑一系列可能的技术修复——其中大多数可能在几年前就像科幻小说一样。但是，极端的时代可能会要求采取严厉的措施，而为了保持这个星球的适宜性，可能已经到了修补气候的时候了。
“地球工程”是所有试图改变地球气候以减轻全球变暖影响的术语。而且，毫不奇怪，从一开始就有争议。批评人士嘲笑它是“玩弄上帝”的环境，而潜在的风险几乎太多，甚至连它的支持者都强调，大规模的气候干预的后果是无法预见的。但随着全球变暖的迹象越来越多，地球工程开始看起来像是一个貌似可信的解决方案——或者至少是解决目前气候问题的一部分。
到目前为止，这些灾难都是令人痛苦的熟悉：北极的气温比历史平均水平高出35华氏度。与此同时，北极海冰已降至历史最低水平。在过去的二十年里，全球海平面上升的速度增加了一倍。这些影响和其他因素正迫使科学家认真考虑气候干预，而不久前，这些干预措施被认为是荒谬的。
研究人员已经提出了许多不同的地球工程策略。他们中的大多数都面临着“温室效应”的某些方面——地球变暖是由于热量被大气层所困。地球一直都经历着某种程度的温室效应，但自从工业革命以来，这个问题就加速了，那时我们开始人为地排放温室气体进入大气，特别是二氧化碳。结果——全球变暖——现在是地球上生命面临的最大威胁之一。
减少温室气体排放的一种方法是减少碳排放——这是我们基本上没有做到的。下一个最好的办法就是中和我们释放的碳的作用。提出了几种方法：大规模种植树木；埋碳在海上；甚至在海洋上喷洒铁屑，以模拟碳中和浮游生物的影响。
但大多数提议，不是解决碳排放问题，只是试图降低太阳辐射到达地球的数量。其中一项更加奢侈的太阳能工程计划是在太空中放置巨大的镜子，每一个都有轨道，让它们在太阳和地球之间，在它们到达地球之前拦截一些太阳射线。或者，我们可能会使用数万亿的超大尺寸的、类似飞盘的磁盘来实现同样的目的。一项更切合实际的建议被称为“唤醒白化”——操纵由大型货船制造的尾迹，使它们更能反光，持续时间更长。根据最近的一项研究，在未来的50年里，wake whitening会给地球降温1华氏度。
但是，似乎正在收集最多蒸汽的提议包括将小颗粒喷洒到空气中，增加大气的“反照率”——这是一项技术术语，用来表示其反射率——以便将更大比例的太阳射线送回太空。
第一个认真的地球工程实验可能在不到一年的时间内完成。哈佛大学(Harvard University)的科学家计划使用一种气球携带的探测器，将水汽注入亚利桑那沙漠上空的平流层，以反射一些阳光从地球上发出的光。这项工作目前得到了哈佛大学内部研究基金的支持，但该大学新成立的太阳地球工程研究项目从一组基金会和私人捐助者中筹集了730万美元，他们希望在未来7年内达到2000万美元。
《科学》杂志的记者、2010年出版的《黑客地球》一书的作者伊莱说，哈佛大学的研究“代表了一种转变，即从一套理论实验，或者计算机模拟，到在大气中的实际工作。”伊莱说，当他开始研究他的书时，地球工程“处于边缘”。现在，几乎每一个主要的科学机构——国家科学院，英国皇家学会——都赞同有必要研究它。
关键词是“学习”。哈佛大学的科学家们强调说，计划中的实验不一定是大规模破坏地球大气层的开始。远非如此。相反，直接的目标只是更好地理解所涉及的过程。
“目前存在着惊人数量的不确定性，”哈佛大学工程与大气科学教授弗兰克说，他也是计划地球工程实验的科学家之一。
1991年7月8日，在皮纳图博火山爆发的背景下，农民们犁地。我们对基础科学的一些了解来自于大自然自己的实验版本：1991年，皮纳图博火山爆发于菲律宾，向地球大气中喷出数百万吨的二氧化硫和其他粒子，导致地球平均温度下降了0.5度。1815年，印尼的坦博拉火山爆发了历史上最著名的一次爆炸。由此产生的碎片云导致农作物在数千英里外的地方失败，第二年被称为“没有夏天的一年”。
哈佛的实验规模要小得多。该计划将在平流层释放一公斤(仅超过两磅)的水，形成一千米长、100米宽的水汽。然后气球可以被引导回羽流来测量效果。后来的测试可能使用其他物质，如碳酸钙或氧化铝。但即便如此，科学家们强调，在飞行的一分钟内，释放的物质数量将少于商业喷气客机所产生的数量。
如果实验成功，我们可以想象在更大的范围内实施类似的计划可能会是什么样子。我们的孙辈们可能会有一天在穿越平流层时，在一群喷气式飞机上看到一群飞机，定期释放精确测量的粒子剂量。记者格雷姆·伍德描绘了一种更梦幻般的场景，在这种场景中，地面上的工厂通过长时间的软管向上泵出二氧化硫，他们的喷嘴被高高飞升的齐柏林飞艇高高举起。
（转载自微信公众号：极致君，版权归原作者所有，如有侵权请联系我们删除）
延伸阅读：解决气候问题，竟然要从地球本身入手？比如……来一场全球风暴？
如果你玩过《红色警戒》的话，一定不会对盟军的超级武器“闪电风暴”陌生，作为一个可以自由控制天气的装置，一直是各类虚构作品的最爱。本月27号要上映的《全球风暴》也说了个类似能控制天气最终导致大灾难的事情，那么，我们到底能不能控制天气呢？
气候问题影响着我们每一个人的生活，全球的气温整体也在呈变暖的趋势。科学界对此已经达成了共识，但民间还是存在着很多争议。就拿大明湖畔的美国总统川普举例好了，前段时间斩钉截铁要退出旨在遏制全球变暖趋势的《巴黎协定》，语气坚定，冷酷无情，不带一丝余地，然而在白宫之后的声明里，又出现了这样的一段话：
“The United States is withdrawing unless we can re-enter on terms that are more favorable to our country.”
（美国会撤出巴黎协定，除非有更有利于美国的条款出现。）
“气候变化？不存在的！”“……那为啥要改口风说项目有利就不退出咯？”
这种耍无赖的态度，跟小学生吵架之后把课桌上的三八线画了又擦的画风简直如出一辙。然而不管川普团队有多么不靠谱，该面对的气候问题还是得面对，而且可能要比我们想象中的要麻烦得多。就算每个加入《巴黎协定》的国家都遵守承诺严格节能减排，他们还是无法实现自己的“KPI”：按照《巴黎协定》所明确的目标，这些国家要把全球平均气温升幅控制在工业革命前水平以上低于2℃之内，并努力将气温升幅限制在工业化前水平以上1.5℃之内。如果有突发情况（比如战争）出现，任务就变得更加艰巨了一些。总之一句话概括——该搞不定的还是搞不定，只不过美国的退出会让形式更严峻一些罢了。
那咋整？人类总不能坐以待毙吧？真的要被温室效应搞到活活热死吗？！
没错，办法总比问题多。面对日益严峻的气候问题，一门名叫“地球工程学”（geoengineering）的新学科，就这样诞生了。
一、地球工程：改变人类，不如干预地球
听到“地球工程”几个字，是不是感觉有点心虚？听说过通信工程、土木工程、网络工程，地球工程这个名号未免也太大了点。莫非……这次是要对地球动手脚了？
你没猜错！这就是这门新兴学科的真·终极奥义！地球工程学也叫气候工程学（Climate engineering），是一种对整个地球的气候系统进行人为大规模干预的手段，旨在应对气候变化所带来的不利影响。就目前而言，地球工程主要从两个大方向入手：除去大气中的二氧化碳含量（Carbon Dioxide Removal，aka CDR），和减少太阳光辐射所带来的热量(Solar Radiation Management, aka SRM)。
这两项工程中的哪一项，单拎出来名号都是响当当，给人一种“卧槽这事儿搞砸了感觉地球就要毁了”的感受，但其实原理也并没有非常复杂。SRM技术的终极目标其实很简单，就是要把一部分太阳光反射走，让地球少受点热辐射。啥？你问如何实现？牛津大学的地球工程项目里给出了这样几种酷炫到没朋友的方式，包括——
提升云层或地表面的反射能力好让太阳光从哪儿来回哪儿去！
在一小部分太阳光到达地球之前把它们围追堵截！
在高层大气里引入有反射能力的小颗粒让它们把太阳光反射走！
图片来源：Al Jazeera
嗯总之，听上去就特别像疯狂怪博士会做的事情……
CDR就更有趣了，从大气中除去二氧化碳相当于直接逮捕了温室效应和海洋酸化的罪魁祸首。而且这项工程必须在全球范围内大规模实施，才能显著影响大气中的二氧化碳含量。嗯比如，将大量会与二氧化碳反应的矿物暴露在空气中，把（不会造成污染的）反应物存储在土壤或海洋里、直接建造大型仪器，让它们把大气中的二氧化碳吸走，然后找个地方存起来、或是全球范围内植树造林，让森林母亲帮我们解决掉多余的二氧化碳。
听上去就像洋葱新闻对不对？但这可都是科学家们冥思苦想之后正儿八经提出来的解决方案。全球变暖问题有多严峻，也就由此可见一斑了。
图片来源：Visual representation of proposed geoengineering techniques (New Scientist, 2009)
二、工程太大，花钱太多，地球工程面临重重窘境
单纯是听起来就觉得夸张到不行，操作起来当然是难度大过天。先从减少二氧化碳含量说起，这项工程已经让研究者们抓耳挠腮很多年了。无论是植树造林还是用矿物质进行化学反应，小范围实施起来问题都不大，但想要全球范围内大规模动工，根本是一件不可能的事情。贵得要死、耗能巨大，而且根本没人知道该怎么真正意义上实施项目：给整个世界的一半地表面都种上树？抽走大气层里一部分二氧化碳然后把它们用气泵打进地下？科幻片里都不敢这么演啊！
目前来讲，遏制太阳辐射带来的热量是一个更为可行的方案。马克斯·普朗克气象学研究所的科学家尤里卡·尼迈耶（Ulrike Niemeier）表示，硫注射（sulfur injections）是最可能有效的一种方式，硫能够散射太阳辐射，并将其反射回太空。这个思路源自对火山爆发现象的观察，在火山喷发时，大量二氧化硫被喷射进了平流层，引发了临时性的全球变冷事件。
火山喷发 图片来源：YouTube
如果人为实施的话，就用飞机把硫再喷射进平流层就行。当然了，问题还是摆在眼前：想要冷却1℃，一天就要飞机飞6700次，一年下来就是200亿美元。归根结底四个字：量大烧钱。所以目前都只能停留在空想阶段。
鉴于硫注射项目实在是无法投入应用，实际效果也还是一个大大的未知数。不过基于目前研究者根据建模得出的结论，如果我们在2040年开始义无反顾地往平流层喷硫，我们控制地表温度所能达到的成果，和不喷洒相比，要足足提前了160年。但对于我们来说，这也是13年之后要考虑的事情了。
图片来源：Visual representation of proposed geoengineering techniques (New Scientist, 2009)
三、争议与担忧：是救命稻草，还是蝴蝶的翅膀？
如果南美洲一只蝴蝶的振翅，都可能引发北美的一次龙卷风，那对地球自然系统如此大规模的人为干预会带来什么，任谁都不敢妄下定论。这也让地球工程学在科学界引发了巨大的争议和讨论。地球是一个十分庞大且复杂的生态系统，用简单粗暴的手段来应对全球所面对的气候问题，无疑要承担极其巨大的风险。对于科学家来说，他们要面对太多未知与挑战。温度突然降低可能会导致全球各个地方的气候变得稀奇古怪，在皮纳图博火山喷发后，世界上一些地区的降雨量就急剧地下降了。如果全球范围内实施的地球工程注定要让某些地区的人牺牲自己原本非常宜居的家园，以惠及地球上的其他居民，会引发怎样的后果？大规模迁徙？战争？或是这些国家或地区擅自进行的地球工程活动？这一切都不可想象。然而这也只是地球工程所要面临的全部问题的冰山一角。
地球工程的实施困难重重，全球气候问题又是摆在面前不得不解决的难题。矛盾摆在眼前，我们只能期待科学技术的进一步发展。或许未来有一天，我们的气象卫星不止可以预报天气，它们可以帮助人们调节气候水平，让干旱的地方下雨，让潮湿的地方放晴。地球工程学会不会向着这样的方向发展尚未可知，但这些大胆的猜想和假设，在电影的世界里都可以提前呈现。10月27日，你们老公吴彦祖出演的电影《全球风暴》大概就给出了一个好莱坞导演眼中的地球工程，至于跟现在我们已经在用的方法对比……啧啧，肯定在视觉上要强多啦！
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