平流層氣溶膠噴射方案能阻止地球變暖嗎?

2021年07月23日09:12

  7月23日消息,我們能阻止地球變暖嗎?目前,一項富有爭議的高空氣球任務正在研究如何降低全球氣溫。

  2021年,地球達到了一個“暗淡”的里程碑:大氣中二氧化碳濃度達到了前工業化時代的150%,為了防止氣候變化的最壞影響,世界需要在2050年前將二氧化碳淨排放量降低至零。

  但即使我們實現了這個目標,也不會突然刹住氣溫上升的腳步,因為我們需要一定的時間觀察二氧化碳減少對全球氣溫的影響;畢竟全球變暖的負面影響將持續幾十年,我們還能做些什麼來更快地降低溫度呢?

  美國哈佛大學一支研究小組認為,通過調整地球上層大氣的構成,有可能暫時降低全球氣溫。研究人員希望在今年夏季的“平流層受控擾動實驗(SCoPEx)”中測試其中一些技術,以及他們理論的可行性。儘管這項工作已被擱置,但該研究團隊仍希望該實驗在不久的將來能繼續開展。

  地球熱量的最終來源是太陽,它持續不斷地照射著地球白天的一側,其中大約30%的熱量被大氣層反射至太空,而賸餘的熱量在白天使地球變暖,在晚上又被輻射回太空。在前工業化時代的微妙大氣熱量平衡下,進入地球大氣的熱量恰好被流失到太空的熱量所抵消,確保了全球平均氣溫穩定。

  “平流層氣溶膠噴射(SAI)”

  受近代人類活動的影響,二氧化碳排放嚴重破壞了這種平衡,因為地球吸收了一些本應輻射回太空的熱量,將其困在地球大氣層。大氣層中的二氧化碳越多,溫度上升幅度就越大。從長遠來看,人類必須降低大氣二氧化碳含量,從而防止氣候變化帶來的最壞影響,但是其他一些過程可以在短期內降低全球氣溫。

  例如:火山爆發會將塵粒雲噴射到平流層,形成一層防護屏障,阻止部分太陽熱量到達地球表面,1991年菲律賓皮納圖博火山爆發,導致北半球平均溫度在隨後的15個月裡下降了0.5攝氏度,目前SCoPEx研究團隊希望通過向上層大氣注入粒子來降低溫度,從而借鑒此類火山爆發的降溫效應。

  這個被稱為“平流層氣溶膠噴射(SAI)”的基本方案很簡單,高空飛行下的飛機或者氦氣球將氣溶膠的微小顆粒散播在距離地面20公里的平流層,該高度比飛機通常飛行的高度更高一些。這些懸浮微粒會一直懸浮在空中,由於其體積太小無法觀測到,但大氣中氣溶膠數量較多時形成的雲層可將部分太陽熱量反射至太空中。

  在模擬實驗中,平流層氣溶膠噴射似乎是一個可行的概念,2018年,政府間氣候變化專門委員會(IPCC)一份研究報告顯示,一批高空飛機能散播大量氣溶膠,從而抵消當前的全球變暖狀況。但是氣溶膠必須每隔幾年補充一次,而且該方法僅解決了氣候變化的一個症狀,而未能解決其根本原因——溫室效應。在最理想的情況下,這僅是一個權宜之計,各國應在執行遏製溫室氣體排放的前提下,採取類似的措施降低大氣溫度。

  迄今為止,研究人員對平流層氣溶膠噴射策略的研究仍停留在理論層面,他們提供了火山爆發有限降溫的真實數據。SCoPEx研究團隊希望在認真操控的條件下進行真實測量,從而更好地校準計算機模型,該項目的首席研究員、哈佛大學化學和化學生物學系弗蘭克·科奇教授在接受記者採訪時稱,如果我們要為決策者提供關於該策略是否可行的有用信息,我們需要該模型的基礎真實性。

  火山噴發主要噴射含硫化合物,但這些化合物不僅會降低大氣溫度,還會破壞保護地球的臭氧層,而臭氧層對於地球生命是至關重要的,它可以保護地球生命免遭有害的紫外線輻射。因此,SCoPEx研究團隊當前正在專注研製一種危害性更低的氣溶膠——碳酸鈣氣溶膠,簡單地講,這是粉筆灰的主要成分,研究人員希望能在不損害臭氧層的情況下產生預期的降溫效果。

  具體實驗方案

  目前SCoPEx研究團隊希望近期部署一個大型無人氦氣球,它將採用一個標準的氣象氣球,但與之不同的是將配備螺旋槳,便於地面研究團隊以可控方式操控,在瑞典太空公司的協調下,科學家計劃在瑞典北部地市基律納附近發射該氣球。

  在暫定明年的首次飛行計劃中,該氣球不會向平流層散播任何物質,而是氣球上升至距離地面20公里的高度,測試氣球的機動系統,並檢查所有科學儀器和通信設備是否正常工作。

  如果該測試成功,第二次飛行將在相同高度進行1-2公斤碳酸鈣微粒的受控散播,在釋放過程中,氣球會沿直線穩定運行,因為氣溶膠微粒會形成一個大約1千米長的窄羽流,依據SCoPEx網站的觀點,氣球隨後會穿過該氣溶膠羽流返回,觀察氣溶膠微粒隨時間推移如何分散,以及它們反射陽光的程度。

  儘管SCoPEx研究團隊測試飛行對我們理解“平流層氣溶膠噴射概念”很有價值,但從正確的角度看待全球降溫效應也很重要。該項目的提倡者之一、哈佛大學應用物理學教授大衛·基思說:“我們的目標不是為了改變氣候,也不是為了證實是否人為操作能反射陽光,我們的目標只是改進平流層中氣溶膠形成方式的模型。”

  基恩說:“在大規模氣溶膠釋放之前,至少還需要進行10年的研究,此類釋放可能涉及每年向平流層注入大約150萬噸氣溶膠,大約需要100架飛機飛行抵達距離地面20公里的高度散播氣溶膠。”

  該方案仍備受爭議

  儘管“平流層氣溶膠噴射”具有相應的實施方案,但仍備受爭議,一個令人擔憂的問題是,人類首先通過向大氣中排放溫室氣體會造成氣候危機,那麼人們怎麼能確定向大氣中排放氣溶膠會讓情況變得更好呢?儘管計算機建模表明該方案是安全的,但仍有可能產生不可預見的副作用,例如:該方案的實施過程中可能會擾亂天氣模式,通過減少農作物接受的陽光量會阻礙農作物生長,並且如果使用硫化物氣溶膠,將破壞地球臭氧層。

  事實上,一些科學家對平流層氣溶膠噴射方案仍持謹慎態度,美國康奈爾大學機械和航空航天工程高級助理研究員道格拉斯·麥克馬丁教授說:“我們實際上是試圖控制整個地球氣候,這是一個相當可怕的想法,在技術成熟度、物理理解、潛在影響和治理方面均存在著不確定性,基於這些擔憂,SCoPEx研究團隊推遲了他們的氦氣球處女航時間表,直到經曆一個更徹底的社會參與過程,能解決與瑞典太陽能地球工程研究相關的問題,才是考慮實施該方案的最佳時機。”

  但是基恩認為,真正的風險在於一些特立獨行的組織在沒有SCoPEX希望獲得的科學數據的情況下,實施平流層氣溶膠噴射方案。同時,該方案持第二大反對意見的是,不願減少二氧化碳排放的政府和企業將抓住平流層氣溶膠噴射可能產生的負面作用,用於證明地球大氣降溫是不必要的。

  這樣可能會抵消平流層氣溶膠噴射方案的任何潛在好處,即使SCoPEx任務成功,平流層氣溶膠噴射方案全面實施,它也僅是補充而不是替代二氧化碳減排。哈佛大學太陽能地球工程研究項目常務董事莉齊·伯恩斯做了一個形象的類比,她說:“平流層氣溶膠噴射方案就像止痛藥,如果你需要手術並服用止痛藥,並不意味著你不再需要手術,而我們所指的手術是切實有效的減少二氧化碳等溫室氣體排放。”(葉傾城)

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