科学家最新警告！太阳地球工程或引发全球气候紊乱

环球零碳

碳中和领域的《新青年》

首图来源：Resources for the Future

撰文 | Bell

编辑 | 小雨

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在人类应对气候变化的诸多设想中，“给地球打遮阳伞”听上去像是一个大胆而直接的解决方案——这就是近年来备受关注的“平流层气溶胶注入（SAI）”技术。

这项技术旨在通过调节到达地球的太阳辐射量来缓解全球变暖，在学术界还有一个充满科幻色彩的名字——“太阳地球工程”。

其原理并不复杂：模仿大规模火山喷发后全球气温暂时下降的自然现象，通过向平流层释放大量微小的反射性颗粒，将部分阳光反射回太空，从而为地球降温。

事实上，这种思路早在1965年就已初现雏形。当时，一份呈递给时任美国总统林登·B·约翰逊、题为《恢复环境质量》的报告中，就首次提及了这一构想。

2020年，曾荣获雨果奖与星云奖的美国科幻作家金·斯坦利·罗宾逊，也在其作品《未来部》中描绘了这一设想。

如今，这种略显“疯狂”的设想，正被越来越多的科学家认真对待，数以百计的气候模型模拟似乎也为其可行性提供了理论支持。

图说：太阳地球工程技术原理示意

来源：哥伦比亚气候学院

然而，哥伦比亚大学研究团队在2025年10月发表于《科学报告》的研究却向我们揭示了一个截然不同的现实：这条看似捷径的降温之路，实际上布满了陷阱和风险。

当我们深入探究这项技术的实施细节时，理想与现实的差距便开始显现。

在气候模型的完美模拟中，科学家可以随心所欲地控制气溶胶的大小、数量和分布位置，一切都按照最优方案进行。

但现实世界远比模型复杂得多。哥伦比亚大学的气候经济学家格诺特·瓦格纳直言不讳地指出：“实际情况绝不会像99%的论文中模拟的那样发生。”

这种理想与现实的脱节体现在多个维度上，从气溶胶的物理特性到地缘政治的现实约束，每一个环节都充满了不确定性。

首先令人困扰的是材料选择的两难境地。

目前研究最深入的是硫酸盐气溶胶，这主要是因为我们对火山喷发产生的硫酸盐冷却效应有直接的观测数据。

1991年皮纳图博火山爆发后，全球气温下降了近1摄氏度，这似乎为SAI技术提供了天然的证据。

然而，火山喷发的教训也同样深刻：皮纳图博火山在带来降温的同时，也扰乱了印度季风系统，导致南亚降雨减少，并加剧了臭氧层消耗。

图说：从空中俯瞰皮纳图博火山口

来源：Britannica

如果我们主动向平流层注入硫酸盐，可能还会面临酸雨和土壤污染等额外风险。

正是这些担忧促使科学家寻找更安全的替代材料，如碳酸钙、氧化铝、二氧化钛，甚至金刚石。但这些替代材料各自面临着严峻挑战。

金刚石的光学性能理想，但其稀缺性和高昂成本使其完全不具可行性；立方氧化锆和二氧化钛理论上可以满足需求，但哥伦比亚团队的经济模型显示，需求的增加将导致供应链紧张和价格飙升；只有氧化铝和碳酸钙在储量上相对充足，但它们都面临着严峻的技术分散难题。

同时，这项技术难题的核心还在于气溶胶的尺寸效应。

为了有效反射阳光，气溶胶颗粒必须保持在亚微米级别——小于百万分之一米。然而，所有的矿物替代材料在这种极小的尺度下都倾向于聚集成更大的团块。

哥伦比亚大学的气溶胶科学家、该研究的主要作者米兰达·哈克解释道：“与具有完美光学特性的单颗粒相比，这些团聚体的性能要差得多，我们未必能看到文献中讨论的那种气候效益。”

她的团队通过计算发现，这些团聚体的散射效率远低于理想单体，特别是当它们形成分形维数较低的大团聚体时，其短波辐射强迫效率可能接近于零。

图说：不同维数下晴空短波辐射强迫效率

来源：DOI: 10.1038/s41598-025-20447-2

这意味着，即使我们成功向平流层注入了大量固体气溶胶，实际的冷却效果可能远低于理论值。

除了材料本身的限制，如何将这些材料有效地分散到平流层也是一个巨大的工程挑战。

现有的分散技术，如喷嘴和流化床，在实验室规模下或许可行，但要将它们扩展到每年数百万吨的作业规模，则面临着前所未有的困难。

研究团队通过韦伯数分析发现，要实现团聚体的有效破碎，需要高压、低速的气体条件，这可能需要重型压缩系统，大大增加了工程的复杂性和成本。

更棘手的是，随着固体质量分数的增加，分散效率会进一步下降，这意味着每架次飞行能够携带的有效载荷将大幅减少，从而导致成本呈数量级上升。

即使我们克服了所有这些技术难题，气溶胶注入的地理位置和时间选择又带来了新的复杂性。

研究发现，在所有变量中，注入的纬度似乎具有最大的影响力。在极地地区集中进行SAI可能会扰乱热带季风系统，而在赤道附近的释放则可能改变急流并干扰全球空气循环。

哥伦比亚气候学院的大气化学家V·费伊·麦克尼尔强调：“这不仅仅是将五太克的硫注入大气层那么简单，重要的是你在何时何地这样做。”

这些变数表明，如果真的要实施SAI，应该以集中、协调的方式进行。然而，考虑到地缘政治的现实，研究人员认为这种协调的可能性极低。

更可能出现的场景是分散的、非协调的部署——各个国家或地区集团根据自身需求独自行动。

这种“各自为政”的SAI部署可能导致气溶胶分布极度不均，不仅冷却效果大打折扣，还可能引发一系列新的气候风险，如热带辐合带偏移、季风模式改变等，甚至可能加剧国家间的气候冲突。

来源：SciTechDaily.com

当我们综合考量这些物理、技术和政治经济约束时，一个清晰的图景浮现出来：SAI的实际风险空间可能远比现有文献中描述的要大。

瓦格纳指出：“当我们审视太阳地球工程时，一切都是关于风险权衡的。”

随着全球变暖危机日益紧迫，寻找快速解决方案的诱惑确实很大。然而，地球气候系统是一个极其复杂的非线性系统，任何大规模的干预都可能产生难以预料的后果。

这项研究最重要的启示或许在于，它提醒我们不应将SAI视为气候变化的“简单修复”方案。在应对气候变化的这条漫漫长路上，人类可能并没有什么“捷径”可走。

在决定是否要“给地球打伞”之前，必须充分认识到这条道路上的所有风险和不确定性。

毕竟，与气候模型中的理想实验不同，在现实世界中实施地球工程，我们没有“撤销”按钮可以按下。

Reference：

[1]https://www.nature.com/articles/s41598-025-20447-2

[2]https://www.sciencedaily.com/releases/2025/10/251021083631.htm

[3]https://www.eurekalert.org/multimedia/1097445

[4]https://scitechdaily.com/why-dimming-the-sun-might-be-the-most-dangerous-climate-fix-yet/

[5]https://climate.uchicago.edu/events/event/gernot-wagner-columbia-business-school/

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