地球上的日出。

防止地球升溫的一種方法是在大氣層的上層投放氣溶膠，將太陽(yáng)的一部分能量反射回太空。(圖片來(lái)源:Getty Images)

高空氣球任務(wù)將研究一種有爭(zhēng)議的降低全球溫度的方法。

根據(jù)英國(guó)氣象局的數(shù)據(jù)，2021年，地球達(dá)到了一個(gè)暗淡的里程碑:大氣中二氧化碳(CO2)的濃度達(dá)到了前工業(yè)化時(shí)代的150%。為了防止氣候變化的最壞影響，世界需要在2050年前將二氧化碳凈排放量降至零。

但即使我們實(shí)現(xiàn)了這一目標(biāo)，也不會(huì)直接遏制氣溫上升，因?yàn)槎趸紲p排對(duì)全球氣溫的影響還需要時(shí)間,而全球變暖的負(fù)面影響將持續(xù)數(shù)十年。但是我們還能做些什么來(lái)更快地降溫呢?

哈佛大學(xué)的一個(gè)研究小組認(rèn)為，通過(guò)調(diào)整地球上層大氣的組成，有可能暫時(shí)降低全球氣溫。研究人員希望在今年夏天的平流層受控?cái)z動(dòng)實(shí)驗(yàn)(SCoPEx)中測(cè)試一些技術(shù)和理論的可行性。雖然這項(xiàng)工作已經(jīng)被擱置，但研究小組仍然希望這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)?zāi)茉诓痪玫膶?lái)進(jìn)行。

地球熱量的終極來(lái)源是太陽(yáng)，它將地球白天的一面沐浴在源源不斷的紅外輻射中。其中約30%被大氣層反射回太空，而其余的在白天使地球變暖，并在晚上輻射回太空。在前工業(yè)時(shí)代盛行的微妙平衡中，傳入的熱量完全被流失到太空中的熱量所抵消，確保了全球平均溫度保持不變。

如今的問(wèn)題是，二氧化碳的排放破壞了這種平衡，因?yàn)樗樟艘恍┍緫?yīng)輻射回太空的熱量，將其困在大氣中。大氣中二氧化碳越多，氣溫就越高。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，人類(lèi)必須減少大氣中二氧化碳的含量，以防止氣候變化帶來(lái)的最壞影響。但其他過(guò)程可以在短期內(nèi)降低全球溫度。

例如，火山爆發(fā)會(huì)將大量的塵埃顆粒噴射到大氣的上層平流層，形成一個(gè)保護(hù)層，阻止太陽(yáng)的一些熱量到達(dá)地球表面。例如，1991年菲律賓皮納圖博火山爆發(fā)導(dǎo)致北半球的平均溫度在隨后的15個(gè)月里下降了約1華氏度(超過(guò)0.5攝氏度)。SCoPEx團(tuán)隊(duì)希望從這種噴發(fā)中吸取教訓(xùn)，向高層大氣中注入粒子以降低溫度。

其基本思想被稱(chēng)為平流層氣溶膠注入(SAI)，很簡(jiǎn)單。高空飛行的飛機(jī)或氦氣球會(huì)向海拔12.4英里(20公里)或更高的平流層釋放被稱(chēng)為氣溶膠的微觀顆粒，這比飛機(jī)通常飛行的高度要高得多。這些微粒會(huì)一直懸浮在空氣中，它們太小了，從地面上很難辨別,像云一樣，但又足夠不透明，可以將一部分太陽(yáng)能量反射回太空。

在模擬中，SAI似乎是一個(gè)可行的概念。2018年政府間氣候變化專(zhuān)門(mén)委員會(huì)(IPCC)的一份報(bào)告發(fā)現(xiàn)，一架高空飛行的飛機(jī)可以沉積足夠的氣溶膠，以抵消當(dāng)前的全球變暖水平。但氣溶膠必須每隔幾年補(bǔ)充一次，而且這種方法只解決了氣候變化的一個(gè)癥狀，而不是解決其根本原因——溫室效應(yīng)。充其量，這只是一項(xiàng)權(quán)宜之計(jì)，在各國(guó)減少二氧化碳水平的同時(shí)應(yīng)對(duì)氣溫上升。

到目前為止，對(duì)SAI的研究還停留在理論階段，并輔以少量來(lái)自火山噴發(fā)的真實(shí)數(shù)據(jù)。SCoPEx希望在精心控制的條件下進(jìn)行真實(shí)世界的測(cè)量，以便更好地校準(zhǔn)計(jì)算機(jī)模型?！叭绻覀円獮闆Q策者提供關(guān)于這是否可行的有用信息，我們需要讓我們的模型成為基礎(chǔ)真相，”該項(xiàng)目的首席研究員、哈佛大學(xué)化學(xué)和化學(xué)生物學(xué)系的弗蘭克·科奇告訴《波士頓環(huán)球報(bào)》。

火山主要噴出含硫化合物。但這些化合物不僅會(huì)使大氣變冷，還會(huì)破壞保護(hù)我們免受有害紫外線輻射的地球臭氧層。因此SCoPEx團(tuán)隊(duì)正專(zhuān)注于一種危害較小的氣溶膠——碳酸鈣,換句話說(shuō)，就是粉筆灰。研究人員希望它能在不傷害臭氧層的情況下產(chǎn)生所需的冷卻效果。

實(shí)驗(yàn)規(guī)劃

該團(tuán)隊(duì)希望部署一個(gè)大型的無(wú)人氦氣球，它將類(lèi)似于標(biāo)準(zhǔn)的氣象氣球.該團(tuán)隊(duì)會(huì)在氣球上安裝螺旋槳，將它控制在可操縱范圍內(nèi)。在瑞典航天公司的協(xié)助下，科學(xué)家們計(jì)劃在瑞典基律納附近發(fā)射氣球。

第一次飛行暫定在明年，氣球?qū)⒉粫?huì)向平流層釋放任何物質(zhì)。相反，它將上升到12.4英里的高度。 在那里，研究小組將測(cè)試機(jī)動(dòng)系統(tǒng)，并確保所有的科學(xué)儀器和通信功能能夠正常使用。

如果測(cè)試成功，第二次飛行將在相同的高度釋放2.2到4.4磅(1到2公斤)的碳酸鈣。在釋放過(guò)程中，氣球會(huì)沿直線穩(wěn)定移動(dòng)，因此,氣溶膠顆粒會(huì)形成一個(gè)約0.6英里(1公里)長(zhǎng)的窄煙羽。根據(jù)SCoPEx網(wǎng)站的介紹，氣球會(huì)穿過(guò)羽流返回，觀測(cè)顆粒如何隨著時(shí)間的推移而分散，以及它們對(duì)陽(yáng)光的反射程度。

雖然SCoPEx的這次試飛對(duì)我們理解SAI很有價(jià)值，但我們更應(yīng)該正確地看待這個(gè)項(xiàng)目。參與該項(xiàng)目的科學(xué)家之一、哈佛大學(xué)應(yīng)用物理學(xué)教授大衛(wèi)·基思(David Keith)此前告訴HowStuffWorks:“我們的目標(biāo)不是改變氣候，甚至不是觀測(cè)顆粒是否能反射任何陽(yáng)光。我們的目標(biāo)很簡(jiǎn)單，就是改進(jìn)我們關(guān)于氣溶膠在平流層形成方式的模型?！?/p>

Keith說(shuō)，在大規(guī)模的氣溶膠釋放之前，至少還需要十年的研究。每年可能需要向平流層注入約150萬(wàn)噸(140萬(wàn)公噸)的氣溶膠。大約100架飛機(jī)需要持續(xù)地載重飛行到大約12英里(20公里)的高度。

SAI的爭(zhēng)議

然而，SAI仍然存在很大爭(zhēng)議。一個(gè)令人擔(dān)憂(yōu)的問(wèn)題是，人類(lèi)起初是通過(guò)向大氣中排放溫室氣體造成了氣候危機(jī)，那么人們?nèi)绾未_定向大氣中排放氣溶膠會(huì)使情況好轉(zhuǎn)呢?盡管計(jì)算機(jī)模型顯示SAI是安全的，但它仍然有可能產(chǎn)生無(wú)法預(yù)見(jiàn)的副作用。有一種可能性是，SAI可能會(huì)破壞天氣模式.如果硫化物氣溶膠被使用,作物會(huì)因接受的陽(yáng)光量減少而受到傷害,同時(shí)導(dǎo)致臭氧層被破壞。

事實(shí)上，一些科學(xué)家對(duì)遵循SAI路線持謹(jǐn)慎態(tài)度。

康奈爾大學(xué)機(jī)械與航空航天工程高級(jí)副研究員兼高級(jí)講師、加州理工學(xué)院計(jì)算與數(shù)學(xué)科學(xué)研究教授道格拉斯·麥克馬丁(Douglas MacMartin)在接受《史密森尼》(Smithsonian)雜志采訪時(shí)表示:“我們可能正在試圖控制整個(gè)氣候變化，這是一個(gè)相當(dāng)可怕的想法?！盜PCC在2018年的一場(chǎng)討論中總結(jié)稱(chēng)，“綜合的不確定性，包括技術(shù)成熟度、物理理解、潛在影響和治理挑戰(zhàn)，限制了在不久的將來(lái)實(shí)施SRM的能力?！?/p>

由于這些擔(dān)憂(yōu)，SCoPEx團(tuán)隊(duì)不會(huì)立即執(zhí)行氦氣球的第一次試航，除非一個(gè)更徹底的社會(huì)參與過(guò)程可以解決與瑞典太陽(yáng)能地球工程研究的相關(guān)問(wèn)題。

但是Keith認(rèn)為真正的危險(xiǎn)在于一些特立獨(dú)行的組織在沒(méi)有SCoPEX預(yù)期得到的科學(xué)數(shù)據(jù)的情況下實(shí)施SAI。反對(duì)SAI研究的第二個(gè)主要理由是，那些本來(lái)就不愿減少二氧化碳排放的政府和企業(yè),會(huì)因?yàn)镾AI能夠緩解環(huán)境問(wèn)題，而有借口不對(duì)二氧化碳排放量設(shè)限。

這種情況可能會(huì)抵消SAI的任何潛在好處. 即使SCoPEx任務(wù)成功，SAI完全實(shí)施，它也只是補(bǔ)充而不是取代二氧化碳減排。哈佛大學(xué)太陽(yáng)能地球工程研究項(xiàng)目的常務(wù)董事莉齊·伯恩斯(Lizzie Burns)給出了一個(gè)生動(dòng)的類(lèi)比:“它就像止痛藥。如果你需要手術(shù)，你服用止痛藥，這并不意味著你不再需要手術(shù)。

BY: Andrew May

FY: Angelina Yang Gong

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