冷卻地球工程:每年200億美元,160年後溫度降到工業化前

大氣科學 海洋學 科學 火星一號 2017-07-23

冷卻地球工程:每年200億美元,160年後溫度降到工業化前

我們現在能切身感受到,地球正在變熱。根據聯合國政府間氣候變化專門委員會的數據,自1880年以來,地球表面的平均溫度已經升高了0.85攝氏度。隨著全球氣候變暖,冰蓋融化、海平面上升以及極端天氣事件頻發。為了應對這些影響,我們是否有方法給地球降溫呢?

最近,《科學》(Science)雜誌刊載了相關研究論文,科學家提出了兩種可以減少溫室效應的地球工程。雖然這兩種方案都可能有助於冷卻地球,但它們也伴隨著風險。科學家明確表示,這兩種設想都沒有解決大氣中二氧化碳濃度上升的問題,而這個問題是全球變暖的主要原因。二氧化碳濃度升高還會使海洋的酸性增加,殺死海洋生物賴以生存的珊瑚礁。

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給地球降溫

第一種方法是在上層大氣中加入微小的沙塵顆粒,以減少捲雲的形成。捲雲一般在高空產生,幾乎不可見。它們不像那些反射陽光的白雲,捲雲會困住從地球向太空輻射的熱量。捲雲如同蓋在地球上的毯子,使地球變得越來越熱。

一般情況下,在海拔4800至12200米的大氣中充滿了微小的顆粒。有些是固體顆粒,如礦物粉塵;有些是液體氣溶膠,如硫酸。液體氣溶膠會凍結併產生冰晶,然後形成長期存在的捲雲。

如果把固體顆粒(如沙塵)撒入到大氣中(稍低於捲雲自然形成的高度),將會使捲雲變得稀薄。引入的塵埃數量遠遠少於已經存在的固體顆粒數量,這很關鍵,因為更少的顆粒將吸引更多的水蒸汽,從而產生更大的晶體。隨著冰晶變得越來越大,越來越重,它們將會下降,從而減少了捲雲的形成。

冷卻地球工程:每年200億美元,160年後溫度降到工業化前

理想情況下,該方法將應用於最容易形成捲雲的地區——緯度超過60度的地方,包括北極(二氧化碳導致升溫最顯著的地方)。計算機模型表明,通過稀釋卷雲的方法可使全球氣溫降低0.5攝氏度。然而,科學家表示,如果出現偏差,反而會促進捲雲的形成。

另一種方法被稱為平流層氣溶膠改性法(SAM)。科學家設想,把含硫氣溶膠注入平流層中,以增加地球大氣的反射率。計算機模型顯示,SAM可以減少到達地球表面的太陽光數量。這種方法類似於火山向大氣中噴入灰雲,地球的過往歷史可以證明它能降低全球氣溫。

科學家發現,SAM法可使全球氣溫下降1攝氏度,達到工業化前的水平。然而,如果SAM法使用不當,可能會導致降水減少,從而減緩水文循環,進一步加劇地球的乾旱區域。

冷卻地球工程:每年200億美元,160年後溫度降到工業化前

這兩種地球降溫工程除了存在風險之外,而且成本也是相當高昂。例如,根據科學家的估計,SAM法的成本大約是每年200億美元,並且需要160年的時間。

科學家坦言,單一的方法無法解決全球變暖的問題。全球變暖的主要原因是二氧化碳濃度升高,因此,大力減少碳排放才是冷卻地球的根本方法。

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