太空遮阳伞工作原理

撰文罗伯特·孔齐希（Robert Kunzig）

翻译 刘鑫华

最近，加拿大阿尔伯塔省卡尔加里大学的物理和能源专家戴维·W·基思（David W. Keith）在作地球工程学（geoengineering）演讲时常常指出，人工气候改造的想法由来已久——人们从担忧全球变暖之时起，就开始谈论通过人为改变气候来抗衡全球变暖。早在1965 年，美国前副总统阿尔·戈尔（Al Gore）还是大学新生，一个由著名环境科学家组成的小组就警告当时美国总统约翰逊，化石燃料释放的二氧化碳可能引起“显著的气候变化”，而这种变化“可能是有害的”。然而，当时科学家并没有提到减少排放的可能性。相反，他们考虑向范围约为1,300 万平方千米的海洋上 “撒布很小的反射粒子”，使得大约1/100 的阳光被反射回太空——基思说：“这是一个疯狂且毫无效果的地球工程学方案。”

罗伯特·孔齐希是专门研究海洋科学和全球气候的自由科学作家。他的著作《绘制深海地图：海洋科学的非凡故事》（Mapping the Deep: The Extraordinary Story of Ocean Science）曾获得2001年艾凡提斯科学图书奖。最近他又出版了与华莱士·S·布洛克（Wallace S. Broecker)合著的《处理气候问题：过去气候变化所揭示的当前威胁以及应对策略》（Fixing Climate: What Past Climate Changes Reveal about the Current Threat—and How to Counter It）。他常奔波于美国阿拉巴马州的伯明翰和法国第戎之间。

此后的几十年，利用地球工程改造气候的想法一直存在，但这些想法不断边缘化——科学家和环保主义者普遍认为，地球工程学想法似乎是以愚蠢甚至不道德的尝试来避免强调全球变暖问题的根源。最近的三个进展又让地球工程学想法回归主流。

首先，尽管经过了多年讨论和国际谈判， 直到2007年，二氧化碳排放量的上升速度还是比政府间气候变化专门委员会（Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC）预计的最坏情形还要快得多。美国加利福尼亚州斯坦福市卡内基科学研究所的气候模拟专家肯·卡尔代拉（Ken Caldeira）指出：“二氧化碳的排放量越来越大，这种趋势不断上升——对煤的依赖程度在任何时候都不曾减少”。

其次，两极冰川的融化速度比历史上任何时候都快，揭示出气候变化可能已经接近人们无法想象的危险边缘——也就是通常所说的临界点。

最后，荷兰著名大气化学家保罗·J·克鲁岑（Paul J. Crutzen）2006 年在《气候变化》（Climatic Change）杂志上发表了一篇文章。文中，他以沉重的心情敦促人们要认真考虑地球工程学。1995 年，克鲁岑因关于大气臭氧层破坏的研究工作而获得诺贝尔化学奖。如果他在认真考虑地球工程学的话，那么似乎每个人都应该这么去做。

2007 年11 月，基思和美国哈佛大学地球物理学家丹尼尔·P·施拉格（Daniel P.Schrag）轻易说服了顶尖的气候学家，去美国马萨诸塞州剑桥市参加一批热心地球工程师组织的研讨小组。他们一致同意有必要对地球工程学进行进一步研究——有些人是因为地球工程学真正令他们感兴趣，另一些人则是觉得两害相权只能取其轻，还有一些人希望毕其功于一役。但他们达成了一致——地球工程学东山再起了。

地球工程学方案分为两种，你可以想象它们相当于调节地球温度的两个旋钮。一个旋钮控制光线的多少——也就是控制太阳能的多少，更准确地说是控制到达地球表面太阳能的多少；另外一个旋钮控制向太空流失的热量，主要取决于大气中二氧化碳的含量。将二氧化碳从大气中除去的方案，例如向海洋中“施肥”，可以直击问题的根源，但是这种做法要等几十年才会起到较大成效。相比较而言，一个“遮阳伞”可以立即减缓全球变暖——尽管必须不断对它们进行维护才能维持遮阳的作用。因此，遮阳伞的想法可以处理那些被科学家视作极端紧急情况的气候问题。施拉格说：“如果格陵兰冰原明天就要开始崩塌，而你是美国总统，你怎么办？你将别无选择。”

到目前为止，对于任何一种方法，或者对于这些方法潜在的、不可预知但确实存在的负面影响的研究还很少。卡尔代拉说：“这方面说的比做的多，大多数研究还停留在业余水平。”一些想法没有多少研究价值——比方说在海洋上大面积撒布反射粒子，这些反射粒子会不可避免地污染海洋，并且会很快被冲刷到海滩上。但另外一些想法却值得考虑。

地球工程学背后的基本原理则更难被人忽视。现在，没有多少研究人员提出，阻挡阳光是阻止大气中二氧化碳升高的替代方案，或者仅靠地球工程学就能够解决二氧化碳问题。相反，科学家认为，地球工程学能够为我们赢得一些时间进行能源革命，让无碳能源替代现有能源，或建立一个碳中性（carbon-neutral）的能源消耗方式。美国国家大气研究中心（National Center for Atmospheric Research，简称NCAR）的汤姆·M·L·威格利（Tom M.L. Wigley）说：“我认为地球工程学应该被认真对待的原因在于，我不认为把排放－减排方法摆到桌面上来谈就能够拯救地球。还没有人认真考虑过如此大规模的技术挑战的难度。”