全球变暖，向平流层投放气溶胶，人类能否阻止地球升温？

地球上的日出。

防止地球升温的一种方法是在大气层的上层投放气溶胶，将太阳的一部分能量反射回太空。(图片来源:Getty Images)

高空气球任务将研究一种有争议的降低全球温度的方法。

根据英国气象局的数据，2021年，地球达到了一个暗淡的里程碑:大气中二氧化碳(CO2)的浓度达到了前工业化时代的150%。为了防止气候变化的最坏影响，世界需要在2050年前将二氧化碳净排放量降至零。

但即使我们实现了这一目标，也不会直接遏制气温上升，因为二氧化碳减排对全球气温的影响还需要时间,而全球变暖的负面影响将持续数十年。但是我们还能做些什么来更快地降温呢?

哈佛大学的一个研究小组认为，通过调整地球上层大气的组成，有可能暂时降低全球气温。研究人员希望在今年夏天的平流层受控摄动实验(SCoPEx)中测试一些技术和理论的可行性。虽然这项工作已经被搁置，但研究小组仍然希望这项实验能在不久的将来进行。

地球热量的终极来源是太阳，它将地球白天的一面沐浴在源源不断的红外辐射中。其中约30%被大气层反射回太空，而其余的在白天使地球变暖，并在晚上辐射回太空。在前工业时代盛行的微妙平衡中，传入的热量完全被流失到太空中的热量所抵消，确保了全球平均温度保持不变。

如今的问题是，二氧化碳的排放破坏了这种平衡，因为它吸收了一些本应辐射回太空的热量，将其困在大气中。大气中二氧化碳越多，气温就越高。从长远来看，人类必须减少大气中二氧化碳的含量，以防止气候变化带来的最坏影响。但其他过程可以在短期内降低全球温度。

例如，火山爆发会将大量的尘埃颗粒喷射到大气的上层平流层，形成一个保护层，阻止太阳的一些热量到达地球表面。例如，1991年菲律宾皮纳图博火山爆发导致北半球的平均温度在随后的15个月里下降了约1华氏度(超过0.5摄氏度)。SCoPEx团队希望从这种喷发中吸取教训，向高层大气中注入粒子以降低温度。

其基本思想被称为平流层气溶胶注入(SAI)，很简单。高空飞行的飞机或氦气球会向海拔12.4英里(20公里)或更高的平流层释放被称为气溶胶的微观颗粒，这比飞机通常飞行的高度要高得多。这些微粒会一直悬浮在空气中，它们太小了，从地面上很难辨别,像云一样，但又足够不透明，可以将一部分太阳能量反射回太空。

在模拟中，SAI似乎是一个可行的概念。2018年政府间气候变化专门委员会(IPCC)的一份报告发现，一架高空飞行的飞机可以沉积足够的气溶胶，以抵消当前的全球变暖水平。但气溶胶必须每隔几年补充一次，而且这种方法只解决了气候变化的一个症状，而不是解决其根本原因——温室效应。充其量，这只是一项权宜之计，在各国减少二氧化碳水平的同时应对气温上升。

到目前为止，对SAI的研究还停留在理论阶段，并辅以少量来自火山喷发的真实数据。SCoPEx希望在精心控制的条件下进行真实世界的测量，以便更好地校准计算机模型。“如果我们要为决策者提供关于这是否可行的有用信息，我们需要让我们的模型成为基础真相，”该项目的首席研究员、哈佛大学化学和化学生物学系的弗兰克·科奇告诉《波士顿环球报》。

火山主要喷出含硫化合物。但这些化合物不仅会使大气变冷，还会破坏保护我们免受有害紫外线辐射的地球臭氧层。因此SCoPEx团队正专注于一种危害较小的气溶胶——碳酸钙,换句话说，就是粉笔灰。研究人员希望它能在不伤害臭氧层的情况下产生所需的冷却效果。

实验规划

该团队希望部署一个大型的无人氦气球，它将类似于标准的气象气球.该团队会在气球上安装螺旋桨，将它控制在可操纵范围内。在瑞典航天公司的协助下，科学家们计划在瑞典基律纳附近发射气球。

第一次飞行暂定在明年，气球将不会向平流层释放任何物质。相反，它将上升到12.4英里的高度。 在那里，研究小组将测试机动系统，并确保所有的科学仪器和通信功能能够正常使用。

如果测试成功，第二次飞行将在相同的高度释放2.2到4.4磅(1到2公斤)的碳酸钙。在释放过程中，气球会沿直线稳定移动，因此,气溶胶颗粒会形成一个约0.6英里(1公里)长的窄烟羽。根据SCoPEx网站的介绍，气球会穿过羽流返回，观测颗粒如何随着时间的推移而分散，以及它们对阳光的反射程度。

虽然SCoPEx的这次试飞对我们理解SAI很有价值，但我们更应该正确地看待这个项目。参与该项目的科学家之一、哈佛大学应用物理学教授大卫·基思(David Keith)此前告诉HowStuffWorks:“我们的目标不是改变气候，甚至不是观测颗粒是否能反射任何阳光。我们的目标很简单，就是改进我们关于气溶胶在平流层形成方式的模型。”

Keith说，在大规模的气溶胶释放之前，至少还需要十年的研究。每年可能需要向平流层注入约150万吨(140万公吨)的气溶胶。大约100架飞机需要持续地载重飞行到大约12英里(20公里)的高度。

SAI的争议

然而，SAI仍然存在很大争议。一个令人担忧的问题是，人类起初是通过向大气中排放温室气体造成了气候危机，那么人们如何确定向大气中排放气溶胶会使情况好转呢?尽管计算机模型显示SAI是安全的，但它仍然有可能产生无法预见的副作用。有一种可能性是，SAI可能会破坏天气模式.如果硫化物气溶胶被使用,作物会因接受的阳光量减少而受到伤害,同时导致臭氧层被破坏。

事实上，一些科学家对遵循SAI路线持谨慎态度。

康奈尔大学机械与航空航天工程高级副研究员兼高级讲师、加州理工学院计算与数学科学研究教授道格拉斯·麦克马丁(Douglas MacMartin)在接受《史密森尼》(Smithsonian)杂志采访时表示:“我们可能正在试图控制整个气候变化，这是一个相当可怕的想法。”IPCC在2018年的一场讨论中总结称，“综合的不确定性，包括技术成熟度、物理理解、潜在影响和治理挑战，限制了在不久的将来实施SRM的能力。”

由于这些担忧，SCoPEx团队不会立即执行氦气球的第一次试航，除非一个更彻底的社会参与过程可以解决与瑞典太阳能地球工程研究的相关问题。

但是Keith认为真正的危险在于一些特立独行的组织在没有SCoPEX预期得到的科学数据的情况下实施SAI。反对SAI研究的第二个主要理由是，那些本来就不愿减少二氧化碳排放的政府和企业,会因为SAI能够缓解环境问题，而有借口不对二氧化碳排放量设限。

这种情况可能会抵消SAI的任何潜在好处. 即使SCoPEx任务成功，SAI完全实施，它也只是补充而不是取代二氧化碳减排。哈佛大学太阳能地球工程研究项目的常务董事莉齐·伯恩斯(Lizzie Burns)给出了一个生动的类比:“它就像止痛药。如果你需要手术，你服用止痛药，这并不意味着你不再需要手术。

BY: Andrew May

FY: Angelina Yang Gong

如有相关内容侵权，请在作品发布后联系作者删除

转载还请取得授权，并注意保持完整性和注明出处