对流层中的海雾
气溶胶间接效应也是地球工程学方法之一,用航船将海水的微小液滴喷洒进海洋上空的大气,能够形成或增亮已有的层积云,减少入射阳光。这种方法较安全,但是否能使全球均匀降温,新形成的层积云会有多明亮,这些问题还不清楚。
在低层大气,二氧化硫的作用不仅仅是散射阳光和引起呼吸系统疾病:在无云处它会形成云,在有云处则使原有云层变亮,也就是所谓的气溶胶间接效应(aerosol indirect effect)。气候学家认为这种效应已经使地球的温度有所下降,效果至少和气溶胶粒子直接散射阳光一样。发动机排气所形成的直线状云带——船尾迹(ship track)就是一个鲜明的例子:它们可以持续数天,随着船只的航行延伸达数百千米。卫星照片记录了它们反射回太空的阳光。
约翰·莱瑟姆(John Latham)为地球降温的想法,本质上就是让海洋上现有的云变得更白,方法则是用大量船尾迹将这些云连成一片——当然具体措施要更加清洁环保。莱瑟姆是一位退休的英国云物理学家,他考虑用无人驾驶的舰队将微小的海水液滴喷向天空,以此来实现冷却地球的想法。
气溶胶间接效应的基本机制足够简单。云反射的阳光量取决于形成云的水滴的表面积。莱瑟姆解释说:“对于等量的水(从气态冷凝成的液滴)来说,大量的小液滴会比少量大液滴拥有更大的表面积。”原则上,向大气中增加粒子会导致更多更小液滴的形成,从而使得云变得更白,反射的阳光更多。
最近陆地上空的大气中充满了人造粒子,云比没有人造粒子的时候更白,反射能力更强。而海洋上空的大气中主要充斥着自然粒子,包括由充满泡沫的波浪吹溅起来的海水液滴。当液滴到达300 米左右的高度时,大部分水都已经蒸发掉了,只留下盐粒子。但在这个高度,水汽开始围绕粒子重新凝结,新的液滴在海洋上空组成低空层积云(stratocumulus)。这样的层积云差不多覆盖了全世界1/4 的海洋。莱瑟姆的想法是,让空气中的含盐飞沫增加到足够多,使云中水滴的数目变为原来的4 倍,从而增亮海洋上空的层积云。
斯蒂芬· 索尔特(Stephen Salter)是英国爱丁堡大学的荣誉退休工程学教授。他提出了一个很有创意的方案——至少理论上看起来创意十足。莱瑟姆说:“基本上那就是一个喷壶,”但喷嘴是一块硅晶片,上面有数十亿个直径小于一微米的小洞;这个喷壶将被安装在一个卫星制导的无人驾驶航船上。更确切地讲,这条船将是一条“弗莱特纳”(Flettner)旋翼船,这种船上装有高高的、不断旋转的圆柱,看起来像烟囱,但效果却类似于帆——圆柱的一面顺风移动而另一面逆风移动,因此会产生抬升力。
按照索尔特的设计,流经舰船的水会带动涡轮旋转发电,使圆筒持续旋转,并将海水从圆筒中喷出,形成大量0.8 微米的小液滴。索尔特和莱瑟姆估计,每条船每秒喷出36 升海水,按照每条船耗资200 万美元计算,1,500 条船共计需要30 亿美元就可以抵消二氧化碳增倍引起的全球变暖问题。根据英国埃克塞特市哈德雷气候预测研究中心(Met Office Hadley Center for Climate Prediction and Research)的模拟结果,只须在4% 的海洋上部署舰船就可以完成一半的工作。
不过,还没有人对整个地球的降温程度有多均匀进行过模拟。巴提斯蒂说:“最终,当你绘制世界气温分布图时,这张图上可能全都是圆点状的花纹,也就是说有些地方极冷,有些地方又极热。”另一个值得担忧的问题是,喷雾船会给下风向地区造成干旱。由许多小液滴组成的云可以持续更长时间,这对于遮阳来讲是很好的,但这样的云也会导致降水减少。
最后,新形成的云会有多明亮还不得而知。现有气候模型都高估了这一效应:根据这些计算结果,当前大气中的气溶胶应该马上可以抵消全球变暖的影响,但很明显事实并非如此。罗素已经着手给莱瑟姆的想法建立新的模型。他说:“对于气候我们了解得还不多,而气溶胶的间接效应是我们了解最少的一部分。”
尽管如此,就地球工程学方案而言,从风力船上向空中喷洒海水听起来相当安全。莱瑟姆说,如果出现任何异常,你都可以在几天之内,或者最多几周之内,停止向空中喷洒海水——反之,平流层中的硫酸却可以停留数年。威格利说:“向空中喷洒海水确实值得考虑。”但是只有实际检验才可能知道这个想法还存在哪些问题。到目前为止,只有探索发现频道对莱瑟姆的想法表示了支持。出于对一部地球工程系列纪录片的视觉效果需要,电视制片人资助建造了一条小型的弗莱特纳旋翼船。
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