下海撒鐵、上天潑酸,竟是為幫地球“解暑”?

科學人2018-06-21 17:05:20

作者:圓的方塊

編輯:小柒


炎夏來襲,在室內吹著空調吃著雪糕的你,可曾想到,我們的地球正在“發燒”?過去100年,全球平均變暖了1℃,海平面上升19釐米。北極海冰持續融化,近十年消失面積相當於中國的東北三省。

 

1880-2017年全球陸地海洋平均溫度變化,圖片來源:NASA

 

 聯合國政府兼氣候變化專門委員會(IPCC)稱,“有95%的把握”,全球溫度正在持續增加,而且主要是由人類行為造成的[1]。無數宣傳和電影,早已經把全球變暖的各種災難後果,描寫的淋漓盡致。

 

對抗全球變暖,最簡單的辦法,就是降低溫室氣體(主要是二氧化碳)排放量。然而,這恰恰是最困難的辦法。經濟與政治相互掣肘,人類似乎難以在減排上達成共識。從《京都議定書》到《哥本哈根協議》,國家間的博弈與制衡,似乎在拖延著給地球降溫的步伐。

 

無論如何,坐以待斃是最糟糕的決定,總要有人站出來,對著全球變暖宣戰。

圖片來源:Wikipedia


以全人類的命運為賭注,這群學者、商人和社會活動家,不斷擺弄他們手中最大的籌碼——

 

按照英國皇家學會的定義:“氣候工程(Geoengineering )指人類為應對全球變暖,而對地球氣候系統進行的大規模干涉[2]。”

 

“大規模”和“干涉”,這兩個詞並排放在一起,聽起來仿若是場拼盡全力的冒險。

在我半船鐵,還你一個冰河時代

 這句狂言來自於美國海洋學家約翰·馬丁

 

在莫斯蘭海洋實驗室供職期間,馬丁常年關注南太平洋地區的海洋生態。他發現,這片海域雖然遼闊,卻生機寥寥。分析原因,他認為南太平洋的海水中缺乏鐵元素,而這種元素又是生長所必須。龐大的浮游植物群體,也是吸收大氣中二氧化碳的主力軍[3]

 

基於這一邏輯,馬丁提出,如果給海洋補鐵,促進浮游植物增長,就可以降低二氧化碳濃度,從而抑制全球變暖。

 

馬丁的這種構想,被稱為“海洋鐵質施肥(Ocean Iron Fertilization)”。這個念頭在當時太過瘋狂,直到馬丁去世,都沒有被施行過。

 

然而,隨著變暖問題的日益嚴峻,馬丁的設想迎來了轉機,人們開始對“海洋”的構想產生了興趣。世界範圍內,陸續有人開展了實驗,其中,最著名的是IronEX系列實驗

 

1995年,科學家們在赤道選取了一片100平方千米的海域,向其中傾倒了225千克的鐵鹽粉末。這些鐵元素著實讓浮游植物開心,大量繁殖的藻類甚至把海水染成了藍綠色。值得欣慰的是,這些浮游植物顯著降低了水體中的二氧化碳濃度[4]

位於南大西洋的一片水域,浮游植物大量生長,將海水染成藍綠色。圖片來源:NASA


然而,我們仍然說不清楚,海中加入鐵是否真的可以減少大氣中的二氧化碳。因為海洋上面的空間太過遼闊,又伴隨著天氣與風向的問題,即使觀測到了大氣中二氧化碳濃度的改變,也沒有人敢下百分之百的斷言,證實這是加鐵帶來的變化。更糟的是,大量的加鐵,引發了複雜的海洋化學反應,釋放出了大量的N2O。這種氣體的溫室效應,比二氧化碳要高300倍[4]

 

“海水加鐵”方案受到多方質疑,歸根結底,是因為人類無法只通過如此小範圍的實驗,來推斷整片海洋中鐵元素所扮演的角色。而且,持續加鐵會對海洋生態系統造成怎樣的影響,誰也無法說清。

 

當學者們還在思索,海水加鐵到底收效幾何時,有人已經急不可耐,一心想把這事變成一門生意。

 

1997年,《京都議定書》提議引入市場機制來控制溫室氣體,把二氧化碳排放權作為一種商品,促成碳交易制度。也就是說,如果你排放的二氧化碳量超標,就需要到別人那裡購買;如若你自己的排放指標有富餘,大可拿到市場上賺個外快。簡言之,二氧化碳的排放量就是真金白銀。

 

美國人邁克·馬克爾斯想抓住這個賺錢的機會。他著手創辦了一家公司,聲稱要向海裡投放25萬噸鐵粉,促進海洋浮游植物生長,就能減少二氧化碳。他自己估算,這個方案可以抵消整個美國排放出的二氧化碳。如果這項計劃成真,那麼,他創造出的二氧化碳排放份額將是一筆巨大的財富。

 

然而理想豐滿、現實骨感。因為伴隨著巨大的不確定性和生態隱患,這項計劃被美國政府禁止。馬克爾的減排(賺錢)野心也告一段落。

在全人類頭上潑硫酸

有過和海中撒鐵過類似“壯舉”的,還有保羅·克魯岑。這位1995年的諾貝爾化學獎得主,研究領域是臭氧層和大氣科學。


保羅·克魯岑。來源:www.sohu.com


相比於約翰·馬丁,保羅·克魯岑的構想更為直接——他想擋住太陽。而他的提議則更為瘋狂——他要在全人類的頭頂潑硫酸。

 

2006年,保羅·克魯岑撰文呼籲公眾關注氣候工程,並提出了人工在平流層注入含硫顆粒的方案。他分析說,這些微小顆粒可以在空中懸浮,形成一種氣凝膠,從而能反射部分陽光,給地球降溫[5]

 

之所以提出這樣的方案,是因為大自然幫保羅做過一次實驗。

 

1991年菲律賓呂宋島,皮納圖博火山爆發,噴出了100億噸岩漿和2000萬噸二氧化硫。這些二氧化硫在平流層形成了一層硫酸霧,遮擋了部分陽光,使得當年全球平均氣溫下降了0.5[5]

 

皮納圖博火山爆發,噴出了大量二氧化硫。圖片來源:Bigthink

 

保羅的追隨者們將這個設想進一步完善,並發展出一套名為“太陽輻射管理Solar Radiation Management)”的理論體系。他們認為,通過降低地球對太陽光的吸收,可以抵消溫室氣體所帶來的升溫。

 

這一學派的代表人物是大衛·。這位來自哈佛大學的教授,研究了25年的氣候科學和公共政策。凱斯堅信改造地球大氣,是抵抗全球變暖的最優之選

 

除了肯定保羅的“火山降溫理論”,凱斯自己也有一項有意思的論述。他提出,自20世紀70年代,西方各國加強了空氣汙染治理,十幾年削減了75%的二氧化硫汙染。這項舉措雖然給人民的健康帶來了的好處,但它同時降低了大氣對陽光的反射能力,從而造成了1980年至今北極氣溫上升了半攝氏度[6]

 

當然,凱斯堅定地支持環保,但他也堅信二氧化硫和硫酸的降溫作用。這些含硫的微粒,懸浮在低空就是汙染源,但懸在高空,就是阻擋陽光的屏障。所以,凱斯將保羅的設想進一步細化,並設計了一套具體的流程。


大體來說,就是通過改裝的噴氣飛機,將數百萬噸二氧化硫或硫酸,分批次投放在平流層或以上空間[6]。雖然,完成全部計劃預計週期長達20年,但凱斯相信自己找到了最優的投放方案。

 

根據凱斯的計算,完成他的這項“平流層潑酸”,需要耗費10億美元。這筆花費看似巨大,但相對於全球變暖造成的自然災害損失和農業減產(每年損失近8000億美元)來說 [6],這個計劃仍是十分划算。

 

當然,“上天潑酸”這事,遠沒有凱斯所說的那麼簡單,不斷有學者發出質疑。比如,凱斯的一位同僚就指出,這些含硫酸的微粒可能會與水蒸氣發生反應,加速臭氧層的破壞 [7]。此外,降溫成功可能會加重厄爾尼諾現象,進而對溫帶和南美洲的生態造成破壞 [8]

 

“上天潑酸”這項氣候工程,不止隱患重重,而且開弓沒有回頭箭。最近有學者論證,雖然平流層加硫酸可以降低溫度,但這些硫酸雲能夠維繫的時間,可能只有區區一年,後期要定時定量的補充。如此一來,就成倍地增加了凱斯方案的成本。


更糟的是,如果硫酸的補充不及時,所引起的後果將是災難性的:已經降下來的溫度將會快速回升,以至於自然界中的動植物沒有充足的時間進行適應,大規模的物種滅絕在劫難逃[8]

 

除了這些,“上天潑酸”還有一個“不良”後果:這些懸浮的顆粒,如同高空中飄散一層薄薄的霧霾,會讓天空變白。

 

如果這項工程實施,我們可能再也見不到蔚藍的天空了。

正版素材來源:圖蟲創意

誰來拯救人類

不論是海水撒鐵,還是高空潑酸,這些應對全球變暖的計劃,無疑是人類有史以來最瘋狂的實驗之一。



這些氣候工程的學者與踐行者們,有可能成為人類的救世主,也可能一不留神成為人類的終結者。

 

感受著越來越暖的冬天,眼看著慢慢漲起的海面,問題來了:我們該把自己的命運,押注給誰呢?


作者名片

排版:小爽

題圖來源:圖蟲創意

參考文獻:

[1] Stocker,T.F. et al. (2013). Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Summary for Policy Makers

[2] National Academy of Sciences, (2016). "Public Release Event: Climate Intervention Reports; Climate Intervention: Carbon Dioxide Removal and Reliable Sequestration and Climate Intervention: Reflecting Sunlight to Cool Earth.

 [3] Radcliffe, S. (2014). Geoengineering: ocean iron fertilisation and the law of the sea.

 [4] Yoon J.E. et al. (2016) “Ocean Iron Fertilization Experiments: Past–Present–Future with Introduction to Korean Iron Fertilization Experiment in the Southern Ocean (KIFES) Project” Biogeosciences Discuss., Doi:10.5194/bg-2016-472.

 [5] Crutzen, P. J. (2006). Albedo enhancement by stratospheric sulfur injections: a contribution to resolve a policy dilemma?. Climatic change, 77(3), 211-220.

 [6] Keith D, Wagner G. (2016). Help cool climate. Add aerosolWired 2016.

 [7] Anderson, J. G., et al.(2012). UV dosage levels in summer: Increased risk of ozone loss from convectively injected water vapor.Science, 1222978.

 [8] Trisos, C. H. et al (2018). Potentially dangerous consequences for biodiversity of solar geoengineering implementation and termination. Nature Ecology & Evolution, 


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