我們總在講氣候變化

面對不斷“發(fā)熱”的地球

科學(xué)家有過什么“退燒”措施嗎？

今天來聊下這個

自19世紀中葉

全球開始進入大規(guī)模工業(yè)化時代以來

人類的活動對全球氣候造成了顯著影響

全球年平均氣溫有著明顯的上升趨勢

面對嚴峻的氣候形勢，該咋辦呢？

科學(xué)家們紛紛大開腦洞

提出了一些看起來天馬行空的設(shè)想

想象通過人為的工程，給地球“退燒”

他們把這個行動命名為“氣候工程”

（也被稱作“地球工程”）

這些想象力豐富的“降溫方案”都有依據(jù)

感覺每一個都可以寫進科幻小說里

入門知識

首先，我們要搞明白一件事

地球表面圈層的能量平衡

◎ 地球表面圈層能量平衡圖解（以太陽入射輻射相對數(shù)為100計算）←看不懂圖沒關(guān)系，往下看

在地球表面圈層

包括大氣圈、水圈、生物圈和巖石圈表層

太陽是最重要、也是絕大部分的能量來源

當(dāng)太陽輻射穿過大氣層時

只有一小部分

被大氣層內(nèi)的云、氣溶膠、臭氧等

反射或吸收

大部分能到達并加熱地球表面

成為了地球表面絕對重要的能源

同時，地球會向外輻射

（主要是紅外輻射）

這樣一來

地球獲得的能量與失去的能量總體相當(dāng)

于是地球表面能量平衡與溫度達到相對穩(wěn)定

對地球氣候的形成起到了決定性作用

所以，想給地球“降溫”？

氣候工程學(xué)家有兩套思路：

第一種，從進來的太陽輻射入手

減少能到達地球表面的太陽輻射量

第二種，從輻射出去的長波輻射入手

盡可能多地將能量輻射出去

思路一：減少能到達地球表面的太陽輻射量

第一招：給地球裝上“反光鏡”

◎ 太陽“反光鏡”模型示意圖

簡介：在大氣層外的地球軌道上，安裝一面或點陣型的“大鏡子”，反射掉一部分入射向地球的陽光，減少到達地面的太陽輻射。

難度指數(shù)：★★★★★

真的是非常簡單粗暴。。。

這個方案的最大問題在于

地球表面積是相！當(dāng)！巨！大！??！

如果想反射掉入射向地球的太陽輻射能的1%

需要在地日間拉格朗日L1點

在L1點，物體的軌道周期恰好等于地球的軌道周期

裝上總面積達160萬平方千米的鏡子

這個鏡子得多大？

相當(dāng)于六分之一個中國陸地面積大小

第二招：在平流層制造“煙幕傘”

◎ 陽傘效應(yīng)示意圖

簡介：如果在平流層播撒一些細顆粒組成的“煙幕”，能將進入大氣層的太陽輻射反射、散射掉一部分，這樣到達地面的太陽輻射就明顯減少了。這種降溫作用像給地球撐了一把陽傘，因此得名"陽傘效應(yīng)"（有些資料稱為塵幕效應(yīng)）。

難度指數(shù)：★★★★

這招有點像火山爆發(fā)的效果

——大量火山灰等氣溶膠

順著極強的上升氣流進入平流層

并在平流層內(nèi)的風(fēng)作用下逐漸擴散

如果火山爆發(fā)的規(guī)模較大

陽傘效應(yīng)足夠明顯

會使得全球范圍內(nèi)

地表氣溫顯著下降

最近一次影響比較大的火山爆發(fā)

發(fā)生在1991年6月，皮納圖博火山

它向平流層中噴射了兩千萬噸二氧化硫

使得1991年下半年到1993年間

全球平均氣溫下降了約0.5℃

而更劇烈的火山活動

如1815年的坦博拉火山大爆發(fā)

更是引發(fā)了1816年北半球大片區(qū)域的

“無夏之年”事件

◎ 1991年6月12日，皮納圖博火山正式爆發(fā)前3日的景象

這一方案操作起來比較方便

能借用平流層的大氣環(huán)流

讓這些氣溶膠細顆粒在全球彌散

當(dāng)然，這一操作也會造成潛在的副作用

比如會加劇對臭氧層的破壞

氣溶膠也可能導(dǎo)致平流層大氣環(huán)流的改變

可能引發(fā)一些天氣或氣候異常

根據(jù)《自然》雜志的消息

今年或?qū)㈤_展這一工程的先導(dǎo)試驗

將少量白堊（細顆粒碳酸鈣）顆粒物

噴灑到平流層上，觀察其擴散和反照情況

不過，這一試驗還需等待評審結(jié)果

第三招：讓海洋之上層云競起

◎ 美國東海岸近海的云系，從云中甚至可以看到航線軌跡（較亮的云區(qū)域）

簡介：從離我們最近的對流層中的云入手，利用云來反射更多的陽光，給地面打個“遮陽傘”。在廣袤的遠海區(qū)域，能利用的凝結(jié)核數(shù)量很少，云總體的反照率相對較低。如果借助鹽顆粒等作為凝結(jié)核，增加當(dāng)?shù)氐脑品凑章剩苡行ё钃踺^多到達地表的太陽輻射能。

難度指數(shù)：★★★★

相比第二招

這一招對環(huán)境的破壞影響較小

但也存在兩個潛在的問題：

首先，部分后續(xù)研究指出

云的反照率強度和凝結(jié)核密度的關(guān)系

并不是簡單的正相關(guān)

如果凝結(jié)核密度增大到一定程度時

可能并沒有明顯降溫效果

其次，這波操作可能打破

海洋深處區(qū)域的海洋-大氣層間熱力平衡

進而導(dǎo)致全球范圍內(nèi)

一些大氣環(huán)流與天氣氣候出現(xiàn)變化

第四招：改變地表

簡介：如果在大氣層外，大氣層里都不攔截呢？我們還有地面啊~！有一堆奇思妙想是在陸地表面或者海表搞事情，但真正的成效與可行性還需要論證。

難度指數(shù)：★★★

/ 白房子技術(shù) /

2009年

美國勞倫斯伯克利國家實驗室的科學(xué)家提出

如果把全世界城鎮(zhèn)的房屋

或其他人工建筑物的頂部

刷成白色

像圣托里尼島的這些房子

▼

可以更多地反射太陽光

據(jù)估算，大概能抵消

約440-500億噸二氧化碳造成的溫室效應(yīng)

不過，這個辦法……

可能會導(dǎo)致城區(qū)出現(xiàn)更強的反射光

光污染也將更明顯

/ 神奇農(nóng)作物 /

還是在2009年

英國布里斯托爾大學(xué)的教授提出

如果在全世界農(nóng)田里

都種植葉片反射率較高的農(nóng)作物（如高粱）

將使得全球氣溫有所下降

不過，農(nóng)田面積有限

而且如果為此控制農(nóng)作物類型

可能對農(nóng)業(yè)反而是更大的損失

/ 海洋泡沫機 /

這一設(shè)想有一點點可愛

是在大洋水域里通過船舶向海水中鼓氣泡

較白的氣泡能比海面反射更多的陽光

但是海面之大，船能影響到的海面太小

而且如果這些執(zhí)行工程的船舶

不能使用清潔能源

可能反而得不償失

思路二：增加地球輻射向太空的紅外輻射

這一類思路的實質(zhì)是減弱溫室效應(yīng)，通常是以控制溫室氣體排放，或減少大氣層內(nèi)溫室氣體濃度為目標，也被稱作“碳移除”工程。除了常規(guī)的節(jié)能減排、開發(fā)碳排放更少的新能源外，還有一些工程設(shè)想，其中包括巖石圈封存碳、利用生物固定碳等。

第一招：海洋鐵肥料工程

◎ 顯微鏡下的藻類

簡介：利用藻類等植物對鐵的依賴，施加“鐵肥料”刺激其生長，以吸收更多的二氧化碳。預(yù)期最多能抵消當(dāng)前大氣二氧化碳所造成溫室效應(yīng)的1/6。

難度指數(shù)：★★★

但！是！

這一方案如果失去控制

藻類的瘋漲很可能會引發(fā)類似赤潮的事件

對大洋的生態(tài)系統(tǒng)也將是很大的危害

◎ 阿根廷近海附近的浮游植物爆發(fā)，與這一海域鐵的輸入有關(guān)

第二招：二氧化碳的“直接捕獲”

簡介：利用一些堿性化學(xué)物質(zhì)在大氣中大量吸收二氧化碳，然后將吸收到的二氧化碳再集中加壓，壓入地表以下的深處，此時周邊的硅酸鹽巖石會與二氧化碳反應(yīng)生成碳酸鹽與二氧化硅。

難度指數(shù)：★★★★

這一方案的缺陷在于

二氧化碳是較為均勻、廣泛分布在

整個大氣層中低層

需要動用較大力量

在大片區(qū)域同時捕獲吸收

讓二氧化碳濃度下降的速率也較慢

且有分析指出，這一方案的成本也可能

較…為…昂…貴…

第三招：植樹造林

簡介：森林的生長過程能吸收、固定大量的二氧化碳，從而減小大氣內(nèi)二氧化碳的濃度和溫室效應(yīng)強度。地質(zhì)歷史時期里，石炭紀中后期的氣溫驟降，也和當(dāng)時陸地上森林植被的大面積擴張有著密切聯(lián)系。

難度指數(shù)：★★

這個應(yīng)該是大家最熟悉的方案啦

不過需要指出的是

植樹造林對區(qū)域的降水量、土壤性質(zhì)等

都有較高依賴性

如果在本是較干旱的地方造林

除了林木難以存活外

當(dāng)?shù)氐乇淼姆凑章士赡芤矔陆?/p>

（從較為明亮稀疏的地表變成了林木植被）

這也可能抵消部分二氧化碳吸收的影響

使得總體的降溫幅度受限

◎ 2000-2017年亞洲地區(qū)植被葉面積變化趨勢，可看到我國和印度的增加最為明顯

總之

為了應(yīng)對當(dāng)前溫室氣體濃度顯著上升

氣候工程的議題

也逐漸成為了人們關(guān)注的焦點

不過，目前其中的絕大多數(shù)方案

或是需要進一步理論論證

或是可行性不高

或是收效較低

或是存在較嚴重副作用和未知的其他影響

當(dāng)前實施這些氣候工程項目難度很大

未來也同樣需要嚴密論證和謹慎實行

所以

我們能做到的是從各層面做起

積極踐行低碳與環(huán)保行為

盡可能降低人類活動對氣候的影響

關(guān)注與關(guān)愛我們的家園