給地球搭個涼棚

呂　靜

假設(shè)《京都議定書》沒有成功，假如全球變暖引起氣候突然惡化，擋住陽光可能是最后一招

就算全世界都竭盡全力地降低碳排放，也不能阻止全球變暖的大趨勢。目前日見清晰的是，即使我們采取了最極端的限制碳排放措施，我們氣候模型中的不確定性仍然使地球變暖和海平面上升的問題懸而未決。與此同時，來自各國政府和一些特殊團體的抵觸更使得由氣象學(xué)家倡導(dǎo)的削減碳排放行動得不到盡快執(zhí)行。

科學(xué)家們因此在考慮另一些秘密策略。先前，他們之所以強烈地反對討論這些策略，是因為擔(dān)心這樣會滋生一種滿足感，從而妨礙人們對解決問題根源的努力。但現(xiàn)在，對可能消除全球變暖的、被稱為“地理工程學(xué)”的項目刮目相看的研究人員正在增多。最早關(guān)注全球變暖的氣象研究人員之一、美國斯坦福大學(xué)的斯特芬·斯戈內(nèi)德說：“如果你是一個海洛因的上癮者，最好的戒毒辦法就是住院治療和長期康復(fù)。但是，如果病人完全拒絕這種方法，那么，用美沙酮比海洛因強?！?/p>

形象地說，這種工程就像是要給整個地球擦上一層“防曬霜”。這種舉措一直是有爭議的，但是最近的研究表明，有一些方法可以使足夠多原本要到達(dá)地表的日光偏轉(zhuǎn)，這樣就可以消除由于溫室效應(yīng)所造成的全球變暖。地球氣候模型顯示，只要減少日光中1.8%的入射能，就能抵償雙倍的大氣溫室氣體所產(chǎn)生的熱效應(yīng)——與此相對應(yīng)的是，即便采用最嚴(yán)厲的排放控制措施，到本世紀(jì)末，二氧化碳的排放量還可能是目前的2倍，而且這種情況至少將持續(xù)一個世紀(jì)之久。

去年11月，一組全美各地的研究人員聚集在斯坦福大學(xué)開會探討如何降低進入大氣層的太陽能量。也是去年，NASA獎勵了獲得這類進展的研究。這些跡象都表明曾經(jīng)被當(dāng)作異端學(xué)說的理論已經(jīng)在逐漸被人們接受和信任。

這些為地球降溫的提議分為兩大類：一是將進入大氣層的太陽光反射掉；二是在外層空間將其屏蔽掉。每一種方案都有支持者和批評者。

第一類陽傘：硫塵云

最簡單的解決方案，是把二氧化硫打到大氣層上層，這種模擬火山冷卻效應(yīng)的想法已經(jīng)提出了幾十年。硫很便宜，釋放的方法也很簡單，可以用一個垂直的、長10公里的管子將二氧化硫直接打到同溫層，它會形成硫酸鹽氣溶膠顆粒，遮蓋地球。這種顆粒直徑可達(dá)0.1微米，這個尺度既大到了足以阻止一部分照到地球上的太陽光，又小到了可讓地球上的熱輻射紅外線逃離地球返回太空。

斯坦福大學(xué)卡內(nèi)基研究院地球生態(tài)系的物理學(xué)家肯·卡爾德拉是去年研討會的組織者。他說：“最重要的是粒子的尺寸?！?/p>

由于二氧化硫是火山噴發(fā)的重要產(chǎn)物，是上層大氣層自然存在的物質(zhì)，一些研究人員認(rèn)為增加高空的硫可能并不會像其他一些補救措施(比如像往大海里撒鐵屑或其他營養(yǎng)物質(zhì)促使耗碳有機物生長)一樣，會呈現(xiàn)出很多無法預(yù)料的風(fēng)險。

不過，這種舉措也不是萬無一失的。眾所周知，二氧化硫在低空大氣中會形成酸雨。另外我們對地球大氣層所做的任何改動都可能產(chǎn)生難以預(yù)料的副作用，比如對一個地區(qū)的降雨和干旱模式或者化學(xué)反應(yīng)進行戲劇性的更改，就有可能破壞生態(tài)系統(tǒng)，產(chǎn)生難以彌補的惡果。而且要達(dá)到預(yù)期效果，二氧化硫也是需要持續(xù)添加的， 要依靠這種策略為地球遮陽就意味著人們需要花上幾個世紀(jì)的工夫。

第二類陽傘：遮陽飛盤

注硫方法的缺點使得人們開始認(rèn)真尋找風(fēng)險更小、規(guī)模更大、造價更高的措施。其中一個就是建立太空遮陽系統(tǒng)。這個想法可能聽起來難以置信，但是卻得到了來自美國宇航局(NASA)的認(rèn)可和資助，一個由天文學(xué)家和太空科學(xué)家組成的研究小組一直在致力研究這個想法并且進行了小規(guī)模的實驗。這個概念雖然很簡單，但要大規(guī)模實施卻讓人畏縮。亞利桑那大學(xué)的羅格·安琪爾是負(fù)責(zé)建造世界上許多最大望遠(yuǎn)鏡的天文學(xué)家，他已經(jīng)研究了這項措施的細(xì)節(jié)而且確認(rèn)了它的可行性。

安琪爾的想法是利用常規(guī)芯片制造技術(shù)生產(chǎn)出直徑為60厘米、厚度只有幾微米、重量大約為1克的硅盤。每個盤上都布滿了精確計算尺寸的孔洞，它們像透鏡一樣將入射光散射。這樣，就產(chǎn)生了一種輕微的幾乎察覺不到的將太陽光調(diào)暗的效果。

這些輕如蝴蝶的透明硅盤將被數(shù)以百萬計地疊放在一起，裝進金屬容器中，然后用電磁軌道槍發(fā)射到太空。這種電磁軌道槍是一種已經(jīng)在實驗室測試過的推進方法，但是還沒有在太空實際應(yīng)用過。其原理和磁懸浮火車是一樣的，只不過是應(yīng)用在太空中的。這種方法很早就有人提出來，可將一些體積龐大的材料發(fā)射升空，比如水、火箭燃料或建筑材料，有可能比傳統(tǒng)的火箭運輸更便宜更可靠。

構(gòu)成這把太空遮陽傘所需要的全部飛行器數(shù)量需要20萬億個，總質(zhì)量將達(dá)到2000萬噸，如果使用傳統(tǒng)的化學(xué)運載火箭，由于它每攜帶一磅物體的成本是10000美元，成本肯定驚人。而用軌道槍的成本只有每磅約20美元。即便如此，光是遮陽飛盤的發(fā)射費用，就將高達(dá)近1萬億美元。

一旦飛上太空，這些容器就沿著地球的 L1點(拉格朗日點)行進， L1軌道是位于地球和太陽之間引力場抵消的地方，物體在這里保持相對固定的位置，這里正是硅盤應(yīng)該釋放的地方。安琪爾認(rèn)為，該技術(shù)能夠在25年時間里開發(fā)出來并實施，這些飛盤可以用上50年或更久，該方案的成本為幾萬億美元，折合到每年的成本就是大約1千億美元。

在L1軌道上放置遮陽涼棚，轉(zhuǎn)移到達(dá)地球陽光的想法最早是由勞倫斯利佛莫爾國家實驗室的詹姆斯·厄爾里在1989年提出的。不過，早先的構(gòu)思是更大、更重的結(jié)構(gòu)，需要在月球上研制和發(fā)射。

未雨綢繆

由肯管理的獨立計算機模擬顯示，除了兩極的很小區(qū)域，太空遮陽系統(tǒng)幾乎可以完全抵消全球變暖所預(yù)期的溫度變化。這是因為溫室效應(yīng)是均衡的，兩極接受的陽光比熱帶少，所以，陽光在兩極的改變效應(yīng)也比較微弱。這種冷卻的區(qū)域性差別有可能引起氣候模式不可預(yù)料的改變。因為在兩極將很少看到由這種遮陽造成的效果，在那里冰蓋可能仍然顯著減少?？现赋?，選擇在兩極注射更多的二氧化硫粒子可能有補償?shù)男Ч?/p>

那么，到底哪種方法更有利呢？這里要考慮造價和可行性?？险f，二氧化硫的辦法是足夠便宜的，基本上等于免費，其工程也很簡單?！岸绻豢紤]造價，人們將愿意采用類似安琪爾的計劃。因為這種辦法既清潔又可控，還可以將次生效應(yīng)最小化?！?/p>

廣義上的地理工程學(xué)有很大的缺點。地理工程學(xué)的應(yīng)用，可能對全球氣候產(chǎn)生風(fēng)險?？虾退诳▋?nèi)基研究院工作的同事最近發(fā)表了一份研究報告，提出假如生物圈適應(yīng)了較少的陽光和目前的碳排放水平，那么防曬系統(tǒng)的任何失敗都將造成迅速和嚴(yán)重的后果，包括把全球變暖的速度提高到目前的20倍等可能。

那么，既然存在這些風(fēng)險，研究這類防曬措施還有什么意義嗎？雖然一些科學(xué)家仍然感覺在公共場合宣傳這種可能性是危險的，但是，絕大多數(shù)專家現(xiàn)在已經(jīng)認(rèn)為這種基礎(chǔ)研究是值得的。正如另一位研究者沃登所說：“任何一項科學(xué)發(fā)現(xiàn)中，都可能包含巨大危險的解決方案，說某種技術(shù)應(yīng)該下臺是很荒唐的。”安琪爾補充說：“如果未來我們知道海平面有可能要升高6米，人們有可能就愿意用這種方法?！?/p>

肯是減少碳排放的堅定支持者，他也同意這種技術(shù)可以作為最后可能利用的手段。他說：“這就像急診室的備用手術(shù)設(shè)備：你從來不想用它，但你還是要經(jīng)常演練它?！?/p>