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关于地球工程你需要知道的一切

2020

无论我们是否有意,人类正在改变气候,最近削减环境科学预算表明,我们不应期望美国能够在短期内大幅减少碳排放。 但是,虽然联邦科学家在其预算提案中避免使用“气候变化”这样的术语,但有一个词已在媒体中重新出现:地球工程。

3月下旬,一些新闻文章表明,白宫可能对地球工程感兴趣 - 大规模,有意黑客攻击气候,以“暂停”对变暖世界的最坏影响。 尽管这些文章似乎是基于纯粹的推测(并且由反地球工程活动推动),但它们的灵感来自于2018年的现实研究项目。

明年,哈佛大学物理学家大卫基思和他的同事计划向平流层喷洒少量水蒸气。 虽然他不会进行任何实际的地球工程,但目标是看看这种人造云在它能够加热地球之前如何将太阳的能量反射回太空。

故意操纵气候的想法是一个有争议的话题,一些环境科学家甚至不喜欢这样的可行性研究。 但随着其他类型的气候倡议枯竭,地球工程似乎正在获得动力。

我们的汽车和发电厂排出的温室气体非常善于捕获热量。 当太阳光加热地球时,这种二氧化碳,甲烷和其他吸热气体的覆盖层可以防止地球将一些温暖的空气流入太空。 结果,全球恒温器正在上升。

地球工程可以尝试以两种方式降低全球发烧。 第一种方法是捕获碳,要么通过种植吸收碳的森林进行光合作用,然后将其作为食物储存,要么采用人工技术将碳从空气中吸出并储存在地下。 但科学家尚未完善这些技术,并且它们不会像第二种方法那样快速起作用,后者会通过将太阳光反射回太空来减少热量。 一些科学家认为这可以通过用有光泽的颗粒,额外的云或太空镜为大气层播种来完成。

Keith的团队计划明年尝试第二种策略,当时他们将高空气球发射到12英里的高度。 一旦进入海拔高度,气球将在半英里长的空间内向天空喷射两磅材料,大约与美式足球场的长度一样宽。 然后气球将通过喷雾向后俯冲,以监测颗粒如何相互作用,它们如何在空气中分布,以及它们如何散射光线。

最初,Keith的团队将首先喷水。 在以后的尝试中,它们可能释放出无毒的石灰石粉尘和/或硫酸盐,但只能以非常少的量释放。 “卫报”的一篇专栏文章指出,如果他们决定测试硫酸盐,他们将释放的物质少于商用飞机在飞行一分钟内通常会排放的物质。

但基思说,该项目绝不会试图让地球变冷,这些测试对人类或环境没有任何风险。

“这个特殊的实验足够小,足够温和,对天气和气候系统无关紧要,”国家大气研究中心气候分析师Kevin Trenberth表示赞同,他没有参与2018年的实验。

相反,该研究旨在探索地球工程的潜在风险和益处,以及如果我们尝试它将如何运作。

当皮纳图博火山在菲律宾爆发时,它向空中喷射了17兆吨的二氧化硫。 这些粒子在大气层中高高地移动,并将一些阳光从地球上反射回来,暂时将整个行星冷却了大约1华氏度。 (作为参考,到2100年全球气温预计将增加0.5°F至8.6°F。)

由于这次和其他火山爆发,科学家们确信在天空中添加微粒可以使地球变凉。 这是悬而未决的其他细节。 什么反光材料最好? 我们需要多少才能创造出一定的效果,我们将如何将这一数量带入平流层? 这将如何影响世界其他地区?

基思的研究将开始尝试回答其中的一些问题。 从项目网站:

计算机建模和实验室工作告诉我们一些关于太阳能地球工程的非常有用的东西,但与环境科学的所有其他方面一样,计算机模型最终依赖于对真实环境的观察。 例如,测量气溶胶改变平流层化学的方式可以提高全球模型预测大规模地球工程如何可能破坏平流层臭氧的能力。

“太阳能地球工程可能是也可能不是减少气候变化长期风险的有效方法”,基思说。“我认为有足够的证据证明它可能有用,我们应该有一个严肃的,国际的,开放获取的研究计划“。

过去几十年证明,搞乱气候会产生意想不到的后果。 同样,皮纳图博火山1991年的世界降温火山爆发被怀疑造成了降水模式的转变,引发了密西西比河沿岸的洪水和非洲萨赫勒地区的干旱。 一些建模研究表明,地球工程可能会导致类似的破坏。

当这些副作用跨越国界时可能特别令人担忧。 例如,如果美国利用太阳能地球工程试图遏制变暖,然后俄罗斯发生干旱,那么即使原因尚不清楚,俄罗斯也可能会责怪美国失败的作物。

“其中一个困难是你无论如何都不确定会发生什么,”特伦伯特说。 “你需要有一个好的模型来预测其他情况会发生什么,以及做出准确预测的良好记录。”

1972年6月,南达科他州拉皮德城的研究人员正在试验云播种,不久之后,一场倾盆大雨摧毁了该镇。 Trenberth说:“最终成为一个法庭案件。”大多数评估认为,无论如何这可能会发生。 他们可能稍微改变了雷暴的位置,但结果却陷入了严重的法律纠纷。“

“确保有副作用,有些可能是实质性的。”

故意使太阳变暗也可能会损害植物和太阳能发电,这依赖于入射的阳光。 并且该方法无助于由于大气中额外的二氧化碳而导致酸化的海洋。

Trenberth说:“进来的太阳辐射加热了地球并驱动着所有的天气系统。它负责整个水文循环 - 蒸发和降水等等....... 确保有副作用,其中一些副作用可能很大。“

另一个反对像Keith这样的基础地球工程研究的论点是,它是全面地球工程的滑坡,或者它可以作为反对减少排放的论据。

这也是基思所担心的事情。 如果政治家们大力推动地球工程,同时还要进行其他气候研究,那么他甚至不会支持它。

即使我们明天将排放量减少到零,碳循环也需要时间来重新平衡自己,世界将持续几十年不断增长。 冰盖将继续融化,海洋将升起,植物和动物将进一步与自然同步,干旱将恶化。 虽然它只是一个临时修复,但太阳能地球工程有可能迅速冷却地球的发烧。

“在20世纪40年代或50年代,基思说,下一代将做出关于此的决定。 “一个问题是,我们是否有一个研究计划,告诉人们更多关于它是如何运作或不运作,风险有多大,以及如何管理这些风险?如果我们有一个连贯的研究计划,我认为我们会为下一代提供更多信息,以便做出更好的决定。“

Keith的团队已将太阳能地球工程纳入二氧化碳模型,以估算其影响。 他们发现,如果到2050年左右排放量降至零,并且如果将足够的物质抽入大气层以将变暖速度降低一半,那么世界上90%的降水变化将会减少,而99%的变化将会减少。温度变化较小。

但这些都是模型,所有模型都有局限性。 “我们需要更多地了解基思。”我们可能发现的一件事是,有一些深层原因导致它不起作用。在这种情况下,我们不应该这样做。

防止世界过热的最佳方法是减少碳排放。 但这需要技术发展和政治动机,而且效果不会立竿见影 - 这就是为什么科学组织如国家科学院,皇家学会甚至一些环境倡导组织开始将地球工程视为一个可能有价值的工具,但需要进一步研究的工具。 还需要就是否应该实施地球工程,为什么以及如何实施地球工程进行国际讨论。

这两件事正是基思所推动的。

“我不是在推广一些总体规划,基思说。”我的目的是推动一项更大的国际开放研究项目,主要由环境社区所有。 这不是我的决定。“

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