“往天上撒钻石”治全球变暖？

11月22日，以“厉害了，是抽象！”为主题的2025菠萝科学奖颁奖典礼在杭州举行。本届颁奖礼上，最天马行空的研究之一莫过于荣获抽象奖的“往天上撒钻石改善全球变暖”。

全球气候变暖主要是由于温室效应不断积累，导致地球大气（层）系统吸收与发射的能量不平衡，能量不断在地球大气系统累积，从而导致温度上升。气候变暖的原因很多，但主要与人类的生产生活活动有关，如焚烧化石燃料，砍伐森林，汽车尾气排放等。全球变暖会使全球降水量重新分配、冰川和冻土消融、海平面上升等，不仅危害自然生态系统的平衡，还影响人类健康甚至威胁人类的生存。

全球变暖问题严峻，目前人类主抓的是“减排”和“固碳”，即降低大气的保温作用，以此减缓气候变暖。但是，大气的直接热源是大地，而大地的温度来自太阳辐射，故而直接管理太阳辐射（即减少太阳辐射），也是为地球降温的一大措施。比如，火山喷发带来的“遮阳伞”效应——大量硫酸盐气溶胶反射阳光导致降温，给了科学家启发，即平流层气溶胶注入计划（SAI）。不过，硫酸盐气溶胶可能带来臭氧消耗、平流层变暖等副作用。

注意：对流层大气中的水汽和二氧化碳等，可强烈地吸收地面辐射。地面辐射释放的能量，除极少一部分透过大气返回宇宙空间外，绝大部分（75%—95%）都被截留在对流层大气中，使大气增温。所以说，地面是对流层大气主要的直接热源。大气吸收地面辐射增温的同时，也向外辐射能量。大气的温度比地面还低，所以大气辐射也是长波辐射。大气辐射的一部分向上射向宇宙空间，大部分向下射到地面。射向地面的大气辐射，其方向与地面辐射相反，故称为大气逆辐射。大气逆辐射又把热量归还给地面，这就在一定程度上补偿了地面辐射损失的热量，对地面起到了保温作用。

19世纪初的印尼坦博拉火山爆发，其火山灰硫化物生成的硫酸盐气溶胶，将部分太阳辐射隔离在地球大气层外（类似遮天蔽日），导致地球气温变低，形成长期冷却效应，地球随后进入小的冰冻期。这场火山爆发，让法国拿破仑的百日王朝因天气恶劣（火山喷发导致电离层发生变化，成云致雨，因而欧洲频繁下雨），主力部队迷路，错失歼敌良机，最终出现了历史上有名的“滑铁卢大败”，拿破仑彻底失势。这场火山爆发，让中国（清嘉庆年间）极度寒冷，自然灾害频发，且鲜有光照（光合作用弱），农作物（粮食）减产，民生日苦（饥荒）的同时，加剧了社会矛盾，影响了社会稳定——从康乾盛世进入没落动乱。

往天上撒钻石改善全球变暖，即通过向中层大气注入微小颗粒来人为冷却气候，这些颗粒能将太阳辐射反射回太空。为了减少负面副作用，科学家探索了替代硫酸气溶胶的材料。其中，钻石是最佳材料之一。模拟研究发现，每年向平流层注入约500万吨、150纳米大小的合成金刚石颗粒，理论上可在45年内降低全球温度约1.6℃。金刚石因其高反射性、低污染和稳定性而表现优异。但他们并非提议真去撒钻石颗粒，而是寻找具有类似理想特性的材料——每年200万亿美元的成本堪称“天方夜谭”。