給地球擋陽光？這項科研工程爭議巨大，反對者要讓它熄火

作為一個新興的研究領(lǐng)域，科學家們在太陽能地球工程上提出的各種策略可謂腦洞大開。然而，推進該工程最難的不是創(chuàng)想，而是進行真實試驗。因為它對環(huán)境會帶來怎樣的影響，誰也說不好。問題是，現(xiàn)在反對者想把它扼殺在搖籃里，干脆不要開展試驗。

撰文 | 都保杰

3月18日，由哈佛大學化學教授Frank N. Keutsch領(lǐng)導的一項工程試驗正式宣告終止。

這項名為SCoPEx（平流層受控擾動實驗）的工程試驗，有比爾·蓋茨參與資助，旨在研究向平流層噴射粒子的效果，其理論上可以反射部分陽光照射，實現(xiàn)給地球降溫的效果。

然而，由于擔心它可能會以前所未有的、具有潛在危險性的方式篡改大氣層，該試驗一直面臨著巨大爭議。終于，在該試驗最初構(gòu)想被提出的10年后，它走到了盡頭。

這只是太陽能地球工程的最新一次敗陣。往前倒20多天，該領(lǐng)域剛剛遭遇了滑鐵盧，整個領(lǐng)域都蒙上了陰影。

“離譜”的主張

2024年2月26日至3月1日，第六屆聯(lián)合國環(huán)境大會（UNEA-6）在肯尼亞召開，作為目前世界上最高級別的環(huán)境議題決策機構(gòu)，貫穿大會的一個主題是：地球正處于臨界點，人類必須緊急行動起來，解決三重地球危機，即氣候變化、自然喪失和環(huán)境污染。

尋求可持續(xù)發(fā)展是全球共識，來自182個國家的代表就20多項草案進行審議，最終通過了15項決議。應該說，通過率還是蠻高的，但是由瑞士專家組牽頭提出的建立太陽輻射管理（SRM），實施太陽能地球工程的提案，由于存在重大分歧，引起很多科學家對“人造日落”未知風險的極度擔憂。感到沮喪的瑞士人最終被迫撤回了決議，嘴里嘟囔著“令人失望”。

圖：不同形式的太陽能地球工程丨來源：NOAA/CIRES

SRM并非首次被正式提出，早在2019年，瑞士就曾提議評估“氣候改變技術(shù)”（又名地球工程）的科學性和可能的效果。地球工程泛指所有試圖人為改變地球本身氣候的行動總稱。經(jīng)過修正改進，通過SRM實施太陽能地球工程成為其中一個特殊的理論分支，旨在通過用反光材料阻擋太陽照射來改變地球氣候。支持者認為，如果太陽輻射能被反射，地球氣候短期內(nèi)就會變冷，基本邏輯就是這么簡單。

但當下環(huán)境是否已經(jīng)到了大范圍實施“最后手段”的時候，或者是否應當著手進行局部實驗來測試SRM有效性開展預防性治理，成為整個環(huán)境科學界最糾結(jié)的點。

那么，爭議如此之大的科學設想，它的提出是不是很離譜呢？讓我們從難以遏制的全球變暖說起。

由于人類活動造成的碳排放超標，地球正在急速升溫。普通人或許只是感覺近年來天氣越來越不正常了，但環(huán)境科學家們已為此操碎了心。

圖：全球變暖升溫估算丨來源：Climate Action Tracker

2019年，聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署發(fā)布了一份慘淡的環(huán)境報告Emissions Gap Report 2019，其中指出，即使各國按照2016年生效的《巴黎協(xié)定》下的所有承諾落實措施，全球溫室氣體排放速度仍將導致到2100年全球平均氣溫上升3.5°C（范圍為3.4–3.9°C，概率為66%）。

除非2020年至2030年間全球溫室氣體排放量每年下降7.6%，否則世界將失去實現(xiàn)《巴黎協(xié)定》1.5°C溫度目標的機會。同時，政府間氣候變化專門委員會（IPCC）也警告稱，升溫超過1.5°C將大幅增加極端氣候影響的頻率和強度。

來源：聯(lián)合國新聞

數(shù)據(jù)顯示，近50年可觀察的氣候改變速度是過去100年的雙倍，而21世紀前20年內(nèi)更是屢次創(chuàng)下氣溫新高，很多國家和地區(qū)氣溫刷新歷史記錄，出現(xiàn)38°C至45°C的極端高溫天氣變得常見，熱浪天氣導致的死亡事件也越來越頻繁。2023年11月30日，世界氣象組織預警，2023年是有記錄以來人類歷史上最熱的一年，各項氣候變化指標達“爆表”水平。

由于全球溫室氣體減排的努力和成效，都遠遠低于預期，科學家們對氣候危機越來越感到沮喪甚至恐慌。除了減排，我們還有其他辦法嗎？

部分科學家就想到了開展地球工程，目標是通過一系列技術(shù)手段來人為干預氣候，減少或抵消全球升溫帶來的氣候變化。

這些技術(shù)大體分為兩條截然不同的路徑：一種是從大氣中吸收二氧化碳（碳捕獲和封存），另一種則是在陽光照到地面之前，將其反射出去，也就是太陽能地球工程。

然而，這些技術(shù)的有效性大多都未經(jīng)驗證。

從理論上看，大規(guī)模清除二氧化碳的成本非常高，且需消耗大量能源和資源，大規(guī)模部署此類技術(shù)在后勤方面也會存在巨大的挑戰(zhàn)。在支持者眼中，太陽能地球工程是一種更便宜、更快捷、更直接的控制全球變暖的方法。他們希望至少把這當成對抗全球變暖的“最后手段”，先積極開展實驗研究，以防萬一。

科學家們的腦洞與進展

作為一個新興的研究領(lǐng)域，科學家們在太陽能地球工程上提出的各種策略可謂腦洞大開。

例如通過往平流層注入特殊氣溶膠，模擬火山噴發(fā)引起的地球冷卻效果；或是“漂白”云層或給海洋上“涂層”，以增加陽光反射率；亦或是在地球和太陽之間架設一面特殊的“太空鏡”，用來調(diào)節(jié)通往地球的太陽輻射。

但實施太陽能地球工程最難的不是構(gòu)想，而是進行真實實驗。

大約30年前，英國物理學家約翰·萊瑟姆（John Latham）在《自然》雜志上的一篇文章中，首次提出給云朵增亮來緩解全球變暖。他提議部署艦隊，向海洋上方的低洼云層噴灑微小鹽粒，這些粒子會導致形成更多的水滴，產(chǎn)生更大、更密、更白的云，從而將更多的熱量反射回太空。

幾十年過去了，沒有團隊說很順利就能部署太陽能地球工程，因為它對環(huán)境會帶來怎樣的影響，誰也說不好。

圖：太陽能地球工程方法效果示意圖丨來源：The Conversation US, Inc.

2017年以來，悉尼大學和悉尼海洋科學研究所的科學家在大堡礁進行了多次試驗，該項目規(guī)模不大，涉及將海水泵到船上并從噴嘴噴向天空，項目負責人表示，造霧機需要擴大十倍，達到約3000個噴嘴，才能使附近的云層增亮30%，經(jīng)過多年試驗，該項目尚未產(chǎn)生經(jīng)過同行評審的經(jīng)驗證據(jù)，證明云增亮可以降低海面溫度。而所有這些船舶機器都會在夏季持續(xù)數(shù)月泵送和噴灑大量海水，即使它有效，也很難像其支持者所說的那樣“對環(huán)境無害”。

還有一個叫做北極冰項目的研究，聚焦于北極危機的一個關(guān)鍵因素：海冰融化。通過在北極的關(guān)鍵部分覆蓋一層薄薄的微小空心玻璃微球（HGM），靠增強反射率弱化太陽能的吸收來減緩極地冰層融化速度，從而穩(wěn)定全球氣候。但科學家最近的研究表明，這些球體實際上吸收了一些陽光，在某些條件下加速了海冰的流失。

圖：北極太平洋冰層環(huán)境變化丨來源：AGU

前面提到哈佛大學的SCoPEx項目，曾被認為是最合理的太陽能地球工程形式——它有真實的自然現(xiàn)象為依據(jù)。例如，1991年菲律賓皮納圖博火山爆發(fā)時，釋放出大量氣溶膠，科學家觀測到在接下來的兩年里，地球溫度降低了0.4 °C。

SCoPEx設想使用一組專門的噴氣機，將相對少量的硫酸鹽氣溶膠（或由碳酸鈣組成的類似顆粒）噴撒到平流層大氣中，來反射陽光。這就是模仿一些大型火山爆發(fā)時造成的影響。

2021年，SCoPEx項目的一組研究人員計劃在瑞典北部小鎮(zhèn)基律納（Kiruna）進行試驗，在一家航天公司幫助下，將顆粒物噴射到距離地球表面約12.5英里的高空進行觀察研究。

第一次飛行只是對儀器和高空氣球的動力吊艙進行試運行。但就在哈佛獨立咨詢委員會預計批準該項目之前不久，一個瑞典環(huán)境組織和原住民理事會發(fā)出了一封信，要求取消該項目。SCoPEx因此被迫擱置。盡管他們試驗用到的釋放物是少量碳酸鈣或硫酸鹽，只是常見的礦物質(zhì)或洗滌劑中的常見成分，但還是讓當?shù)孛癖姼械綍尨髿獬煞肿兊貌话踩?/p>

圖：實驗氣球準備升空丨來源：SCoPEx

為減少輿論阻礙和擔憂，2022 年，麻省理工學院（MIT）提出了一項天基解決方案的太陽能地球工程，被稱為“太空氣泡”計劃。

MIT科學團隊表示，這是第一個提出在外太空使用反射薄膜的研究方案，易于部署且完全可逆。

他們認為，偏轉(zhuǎn)1.8%的太陽輻射可以完全扭轉(zhuǎn)全球變暖情況，氣泡可以直接在外太空制造部署，形成一個位于地球和太陽之間拉格朗日點附近的大范圍偏轉(zhuǎn)筏，整個太空氣泡筏大概需要制造成巴西面積那么大，在拉格朗日點，地球和太陽的引力影響抵消，從而確保筏保持在原位，并且可以提供將氣泡移近太陽以獲得最佳影響的能力。

圖：“太空氣泡”設想丨來源：MIT

在太空環(huán)境中制造冷凍氣泡或許不難，但這么大的“太空氣泡”建造需要來自建筑學、土木和機械工程、物理學和材料科學的諸多科學家組成的跨學科團隊才能完成，且需要全球相關(guān)資源的傾注支持，理論可行，實施起來著實有點科幻。

截至目前，各類喜憂參半的太陽能地球工程試驗尚不能給出振奮人心的答案。

更多是對未知的恐懼

陽光是地球上萬物生靈存活不可缺少的，人為干預過多會帶來什么后果？誰也不知道。這是很多太陽能地球工程反對者的出發(fā)點：萬一是場災難，沒人能承擔得起比全球變暖更可怕的生態(tài)后果。

圖：太陽能地球工程非使用協(xié)議組織丨來源：solargeoeng.org

在最近的這次聯(lián)合國爭議之后，來自澳大利亞詹姆斯-庫克大學和荷蘭瓦赫寧根大學的三位研究人員繼續(xù)對太陽能地球工程窮追猛打，在《對話》上發(fā)表文章，稱其是“危險的分心”。他們認為，呼吁對這些技術(shù)進行戶外試驗是錯誤的，會分散我們逐步淘汰化石燃料的精力和資源。

實際上，在2022年，就有來自61個國家的500多名科學家、學者簽署了一封公開信，呼吁各國政府和聯(lián)合國“封殺”太陽能地球工程，他們在公開信中提到了三個基本問題：

首先，人們對太陽能地球工程的風險知之甚少，而且永遠無法完全了解。不同地區(qū)的影響會有所不同，并且對天氣模式、農(nóng)業(yè)以及食物和水的基本需求供應存在不確定性影響。

其次，對太陽能地球工程技術(shù)未來可用性的投機行為，可能抑制和干擾目前政府、企業(yè)和社會盡最大努力盡快實現(xiàn)脫碳或碳中和的決策。

第三，當前的全球治理體系不適合制定和實施對太陽能地球工程部署保持公平、包容和有效的政治控制所需的影響深遠的協(xié)議。

信中繼而提出了國際社會應當遵守的核心禁令與措施：

1. 承諾禁止國家經(jīng)費發(fā)放機構(gòu)在國內(nèi)或通過國際機構(gòu)支持太陽能地球工程技術(shù)的開發(fā)。

2. 承諾在其管轄范圍內(nèi)，禁止太陽能地球工程技術(shù)的戶外試驗。

3. 承諾拒絕授予太陽能地球工程技術(shù)專利權(quán)，包括相關(guān)配套技術(shù)，如改造飛機以注入氣溶膠的技術(shù)。

4. 承諾不采用由第三方開發(fā)的太陽能地球工程技術(shù)。

5. 承諾未來不會將全球規(guī)模的太陽能地球工程制度化為相關(guān)國際機構(gòu)的政策選項，包括作為政府間氣候變化專門委員會的評估內(nèi)容。

SCoPEx項目的共同發(fā)起人應用物理學教授David W. Keith，將這些批評者比作安全氣囊的懷疑者，后者說安全氣囊在汽車中的存在助長了更危險的駕駛。

“人們現(xiàn)在開車的方式可能稍微粗心一點，因為汽車更安全，”他說?！暗@不是一件壞事。”

不過對此說法，公眾不一定買賬。畢竟在影視作品和小說中，已經(jīng)有作品把太陽能地球工程當成一件邪惡的事物。例如2013年的韓國電影《雪國列車》中的情節(jié)，科學家為阻止全球變暖的蔓延，向天空釋放CW-7冷卻劑，沒想到該計劃卻將地球推入了萬劫不復的極寒深淵。這跟SCoPEx項目的設想何其相似？

圖：聯(lián)合國環(huán)境大會丨來源：legal-planet.org

除了科學界的分歧，發(fā)達國家與發(fā)展中國家、落后國家的態(tài)度也是截然不同。

例如有些國家堅持“科學第一”原則，避免“預先判斷”SRM可行性，許多發(fā)展中國家則希望將社會、法律、道德、人權(quán)、地緣政治和安全方面以及如何治理納入評估“資料庫”范圍，也有弱勢國家認為SRM的部署是非法的，甚至認為這類研究是需要禁止的。

大多數(shù)參加UNEA的國家仍然表示，他們對SRM的了解不夠，尤其是對風險的了解不夠，各國存在知識層次結(jié)構(gòu)差距，主導權(quán)靠誰來掌控爭執(zhí)不下，如何避免SRM落入政治和商業(yè)利益集團手中的工具也是個問題，最終的決議導向就是短期內(nèi)不部署。

盡管如此，國際并沒有具體明確措施阻止較發(fā)達國家（例如美國、英國）的研究繼續(xù)通過社會倡議獲得資助，并在一些發(fā)展中國家進行小規(guī)模的試驗，且有一些私營公司正在尋求將 SRM商業(yè)化，SRM預防性治理的研究似乎越來越緊迫。

結(jié)束，也是開始

隨著今年UNEA-6 大會的塵埃落定，各國失去了一次關(guān)于SRM知識共享以及研究治理的碰撞契機。領(lǐng)先國家之間的研究競賽很可能會升級，而其他國家則只能依靠自己的手段來應對SRM帶來的科學、政治、道德和人權(quán)挑戰(zhàn)，或者被動適應全球變暖帶來的影響。

值得關(guān)注的是，雖然瑞士關(guān)于SRM的提議在聯(lián)合國環(huán)境大會上再被爭議撤回，但在這樣的背景下，國際科學理事會（ISC）附屬機構(gòu)世界氣候研究計劃（WCRP）在2024年2月啟動了一項氣候干預研究“燈塔”行動（LHA），旨在開展雄心勃勃的跨學科研究工作，以更好地管理氣候風險和滿足社會對可靠且可操作的氣候信息的迫切需求所需的科學和制度框架，WCRP的氣候干預課題包括大規(guī)模二氧化碳去除封存技術(shù)（CDR）以及太陽輻射調(diào)節(jié)（SRM）。

通過全球包容性研究和綜合評估，未來可能會為太陽能地球工程找到一條能夠排除爭議的靠譜兒出路，或者更明確的終局答案。

參考內(nèi)容及文獻

[1] https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2022EF002815

[2] http://stdaily.com/index/kejixinwen/202312/85b4da099c034002892a8ed7ee4397f7.shtml

[3] https://legal-planet.org/2024/03/08/the-global-conversation-about-solar-geoengineering-just-changed/

[4] https://www.solargeoeng.org/media/media-kit/

[5] https://climateactiontracker.org/global/temperatures/

[6] https://theconversation.com/not-such-a-bright-idea-cooling-the-earth-by-reflecting-sunlight-back-to-space-is-a-dangerous-distraction-223353

[7] https://senseable.mit.edu/space-bubbles/

[8] https://www.unep.org/resources/emissions-gap-report-2019

[9] https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%85%A8%E7%90%83%E5%8F%98%E6%9A%96

[10] https://news.un.org/zh/story/2024/03/1127461

[11] https://www.thecrimson.com/article/2024/3/20/harvard-geoengineering-project-abandoned/

本文受科普中國·星空計劃項目扶持

出品：中國科協(xié)科普部

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