为什么太阳能地球工程应该成为气候危机解决方案的一部分

由:贝齐·梅森|

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从国际空间站看,太阳照亮了地球的大气层。一项旨在减少全球变暖影响的太阳能地球工程提案将针对大气层的上层。美国国家航空航天局

几十年来,气候科学家David Keith他一直在努力让人们认真对待他的研究。他是这个领域的先驱地球工程该计划旨在通过一系列技术措施应对气候变化。多年来,一些想法包括在海洋中撒铁来刺激浮游生物从大气中吸收更多的碳,或者直接从空气中捕获碳。

基思创立了一家公司,开发从空气中去除碳的技术,但他的专业是太阳能地球工程,这涉及将阳光从地球反射出去,以减少被困在大气中的热量温室气体.这个策略还没有被证实,但建模表明它是可行的。因为大型火山爆发也会产生同样的效果,所以有一些真实世界的数据来支持这个观点。

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在不久的将来,基思和他的同事们希望进行这一概念的首批测试之一:一个高空气球,将微小的,反射粒子进入层上层大气被称为平流层实验的地点和时间还有待确定,但这将是一小步,以证明人造平流层粒子是否能像自然喷发那样帮助地球降温。

但是利用技术手段解决气候变化的想法是有争议的。长期以来,谈论地球工程(更不用说研究地球工程了)一直被视为禁忌,因为人们担心它会削弱以其他方式应对气候变化的努力,尤其是减少碳排放的关键工作。这使得地球工程处于气候研究的边缘。但Keith说,人们的态度可能正在改变。他认为,虽然地球工程本身不能解决气候变化问题,但如果在减排的同时认真实施,它可以帮助减轻损害。

2000年,基思发表地球工程研究综述在《能源与环境年度回顾》中,他指出,在此之前的主要气候评估基本上都忽略了这一点。今年早些时候,他在西雅图举行的美国科学促进会(American Association for the Advancement of Science)年会上谈到了该领域的现状。《Knowable》杂志与Keith讨论了科学、技术和地缘政治格局在过去几十年中发生了怎样的变化。

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气候科学家大卫·基思的问答

为了篇幅和清晰度,本文经过了编辑。

20年前,你说地球工程“极具争议”。从那时起,争议发生了怎样的变化?

那时候,只有一小部分思考气候问题的人知道这个问题,而且大多数人都同意他们不会谈论这个问题。就是这样。现在它被广泛讨论。我认为禁忌减少了,这是肯定的。当然,这仍然是有争议的,但我的感觉是,已经有了真正的转变。越来越多从事气候科学或围绕气候的公共政策或环境团体的人现在同意,这是我们应该讨论的事情,尽管许多人认为它永远不应该实施。甚至越来越多的人同意应该进行研究。感觉真的很不一样。

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为什么说地球工程是禁忌,你认为这有道理吗?

我认为这是善意的;人们有理由担心,谈论地球工程可能会减少减排的努力。我不认为这种对道德风险的担忧是不做研究的正当理由。有些人认为我们不应该允许艾滋病三合一药物鸡尾酒在非洲分发,因为它会被滥用,产生抗药性。其他人则反对安装安全气囊,因为这样人们会开得更快。长期以来,人们一直反对各种潜在的降低风险的技术,因为它们具有风险补偿的潜力——即人们通过承担更多风险而改变行为的可能性。我认为这是一个伦理混乱的论点。

对我来说,最严重的担忧是一些实体——比如大型化石燃料公司,它们在阻止减排方面有政治利益——将试图利用地球工程的潜力作为反对减排的理由。这种担忧可能是一些大型公民社会团体想要阻止或遏制对这一问题的讨论的主要原因,这样它就不会更广泛地进入气候辩论。对我来说,这种担忧是完全合理的,但我认为正确的答案是正面面对它,而不是避免辩论。我不想要一个由精英们闭门讨论决定的世界。

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太阳能地球工程将包括从高空飞机向上层大气平流层注入反射性气溶胶,平流层距离地球表面10到50公里(6到31英里)。这个想法是,气溶胶粒子会将少量阳光反射出地球,减少温室气体捕获的热量,减轻气候变化的一些影响。
SCoPEx /可知的杂志

在过去的二十年里,地球工程研究的数量增加了吗?

戏剧性的是,甚至在过去几年。当我在2000年写那篇年度评论论文时,几乎没有任何有组织的研究。有一些研究人员偶尔会感兴趣并投入1%的时间。

现在几乎在你提到的每一个地方都有一些研究项目。中国有一个很严肃的项目;有一家澳大利亚公司的资金比美国的任何一家公司都要好;欧洲也有好几个。

在过去的20年里,关于太阳能地球工程的工作方式,最大的惊喜是什么?

最大的惊喜是最近的结果,包括我参与的两项研究,表明全球太阳能地球工程项目的影响不会像人们担心的那样在地理上不平等。对真正的公共政策来说,重要的是谁的状况变差了。

在去年发表的一篇论文在自然界气候变化,我们使用一个高分辨率的计算机模型,我们相比,在所有的陆地表面,两个世界:一个世界,我们有两次工业化前的水平的二氧化碳和另一个世界,我们拥有足够的太阳能工程减少一半的温度变化。为每个33地理研究区域政府间气候变化专门委员会指定的,我们试图看看是否太阳能工程将一个特定的气候变量回到工业化前的水平,我们称之为“主持”,或把它远离工业化前的,我们称之为“恶化”。

我们关注了一些最重要的气候变量:极端温度的变化、平均温度的变化、水资源可用性的变化和极端降水的变化。我们的发现似乎好得令人难以置信:在一个地区没有一个变量恶化了。这是一个惊喜。

在3月份发表在《环境研究快报》(Environmental Research Letters)上的一篇论文中,我们用另一个模型做了同样的分析,我们发现,使用太阳能地球工程,除了四个地区以外,所有地区的一切都是缓和的。但这四个地区都是干旱地区,但会变得更湿润。所以我猜这些地区的许多居民实际上更喜欢这种结果,因为一般来说,人们更担心变得更干燥而不是更潮湿。

现在,模型显示的东西在现实世界中可能是真的,也可能不是。但是,如果有一个单一的理由来真正研究这些技术并在实验中评估它们,像这样的结果表明,你可以减少几乎所有或许多主要的气候扰动,而不会使任何地区显著恶化。这是一件了不起的事。

你计划的真实世界实验,即平流层受控扰动实验(SCoPEx),会如何工作?

SCoPEx是一个平流层气球实验,将气溶胶放入平流层,并测量它们在羽流释放后的最初几个小时和最初一公里左右的相互作用。它包括一个高空气球,将一个载着一包科学仪器的贡多拉提升到20公里的高度。它会释放出非常少量的物质,如冰、碳酸钙(本质上是石灰石粉)或被称为硫酸盐的硫酸液滴。贡多拉将配备最初为汽艇制造的螺旋桨,这样它就可以穿过释放材料的羽流进行测量。

释放的材料的数量将在1公斤左右,这远远太小,一旦释放,不会产生任何直接的健康或环境影响。我们的目标不是改变气候,甚至不是看你是否能反射阳光。目标仅仅是改进我们在平流层中气溶胶形成方式的模型,特别是在羽流中,这对理解太阳地球工程将如何工作非常相关。我们希望很快开始这项实验。但是,何时何地实施取决于气球的可用性和咨询委员会的建议。

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计划中的平流层受控扰动实验将把一个携带科学仪器的气球送入平流层。这些仪器将释放少量物质——可能是冰或矿物尘埃——形成一公里长的气溶胶粒子羽状物(左图)。经过改进的汽艇螺旋桨将允许贡多拉在羽流上方(中间)和进入羽流的较低的仪器上进行反复测量颗粒如何在平流层中扩散(右边)。
改编自j.a. dykema等人/《皇家学会哲学汇刊》2014年

我们知道,低层大气中的硫酸污染有健康风险。向平流层注入硫酸盐气溶胶是否有潜在的健康风险?

我们放入平流层的任何东西最终都会落到地面,这是我们必须考虑的风险之一。一个全面的太阳能地球工程项目可能包括每年向平流层注入大约150万吨硫和硫酸。这可以用一支飞机舰队来完成;大约100架飞机将需要持续飞行到大约20公里(12英里)的高度。你一定会觉得这听起来很疯狂。我们知道,低大气中的硫酸污染每年导致许多人死亡,所以将硫酸放入平流层显然是一种风险。但重要的是要了解每年150万吨到底是多少。

1991年菲律宾皮纳图博火山爆发,在一年内向平流层中倾倒了大约800万吨硫。它使气候变冷,对各种系统都有影响。目前,全球每年向低层大气排放的硫约为5000万吨,这每年导致数百万人死于细颗粒物空气污染。因此,太阳能地球工程的相对风险是相当小的,它必须与不做太阳能地球工程的风险进行权衡。

一个全面的太阳能地球工程项目能多快启动?

它可能发生得非常快,但所有发生得非常快的方式都是糟糕的情况,基本上就是一个国家非常迅速地采取行动。很明显,对各国来说,最好的做法不是开始行动,而是制定清晰的计划,建立制衡机制等等。

如果有更多的研究在未来5年至10年——这是有可能的,因为态度真的是改变,那么它是合理的,一些联盟国家可以开始一步步走向真正的实现与严重,可见计划可以被科学界评论这个十年结束的开始。我不认为它会发生得那么快,但我认为这是可能的。

地球工程如何与其他应对气候变化的努力相适应,如减少化石燃料排放和从空气中去除碳?

第一,也是目前为止最重要的,我们应对气候变化所做的事情是使经济脱碳,这打破了经济活动和碳排放之间的联系。关于太阳能地球工程,我说不出什么能改变我们必须减少排放的事实。如果我们不这么做,我们就完了。

然后碳去除,包括捕获和储存已经排放的碳,可以打破排放和大气中二氧化碳量之间的联系。当碳排放明显趋向于零的时候,大规模的碳排放移除确实是有意义的,而且我们正在走向更难减排的经济领域。太阳能地球工程可能会部分或不完全地削弱,但不会打破,大气中二氧化碳含量与气候变化之间的联系——海平面的变化,极端事件的变化,温度的变化,等等。

所以如果你看一下大气中温室气体的总体曲线,你可以把减排看成是使曲线变平。碳去除会把你带到曲线的另一边。然后太阳能地球工程可以截断曲线的顶部,这将降低空气中已经存在的二氧化碳的风险。

有些人认为我们只应该把它作为紧急情况下的出狱卡。有些人认为我们应该利用它来快速回到工业化前的气候。我认为我们可以用太阳能地球工程来切断曲线的顶部逐渐开始并逐渐结束。

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大卫·基思设想使用多种方法来应对气候变化。这条红线表明,在化石燃料燃烧和其他温室气体排放不减的情况下,气候变化的影响将如何恶化。大幅削减排放会扭转这一曲线,而从大气中去除碳则会进一步减少碳排放,但已经很高的二氧化碳水平仍然会带来一些后果。在这种情况下,太阳能地球工程将减少现有大气二氧化碳的影响,有效地雕刻曲线的顶部。
David Keith /可知的杂志

你对太阳能地球工程的可能性感到乐观吗?太阳能地球工程能改变气候危机吗?

我现在并不那么乐观,因为我们似乎离一个允许明智政策的国际环境还很远。这不仅仅发生在美国,很多欧洲国家都有更民粹主义的政权。这是巴西。是更专制的印度和中国。这是一个更加民族主义的世界,对吧?近期内很难看到全球协调一致的努力。但我希望这些情况会有所改变。

这个故事最初出现在可知的杂志在此再版,作为覆盖现在的气候,加强气候报道的全球新闻合作。

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