| 天人地 |
2023-11-02 12:30 |
今年夏天，世界上很多国家和地区，相继经历了极端高温天气，比如一直在持续的北美大陆西海岸“高温穹顶”，致使美国和加拿大西部很多地区，出现了长时间的50、60多摄氏度高温天气。美国死亡谷和科威特地表温度，用温度计直接测量甚至一度分别达到了81和73摄氏度。
而在全球变暖的大背景下，今年北半球普遍出现了超越历史平均气温水平的现象，北冰洋和西伯利亚局部地区的气温，也一度高达30多摄氏度，永久冻土和冰川的消融已经呈现不可逆转的趋势。据科学家监测，目前地球大气层中的二氧化碳含量，已经达到历史的最高纪录，数值为419ppm，为工业革命前期浓度的1.5倍。
二氧化碳作为地球大气层中最为主要的温室气体，由于其吸收从地表发出红外辐射的能力特别突出，因此对于地球的“保温”发挥着重要作用。但是，如果浓度突破一定限值，那么地球的热量散发与接收的太阳辐射将会不平衡，热量散发不出去，久而久之就会造成全球变暖。
应对全球变暖的策略
从人类社会发展的进程可以看出，地球空气中的二氧化碳浓度水平，与人类对自然资源特别是能源的消耗量呈现出明显的正相关性。原本自然界中的植物特别是藻类，在维持地球大气中的碳氧平衡方面，发挥着重要作用。但是，随着化石能源消耗量的不断提高，向空气中排放的二氧化碳也越来越多，藻类和绿色植物吸收量跟不上去，从而造成了大气层中碳氧平衡的失调，继而引发了一系列由温室效应产生的生态环境问题。
所以，要想从根本上解决全球变暖问题，就需要从“降碳”上着手，尽最大可能减少向大气层中排放二氧化碳的数量。目前世界上很多国家，包括我国在内，都承诺积极实施碳达峰碳中和战略，力争通过几十年的努力，将二氧化碳的净排放量降低到零。不过，即使实现了碳中和的目标，地球升温“刹车”的目的也不要立即实现，因为二氧化碳温室效应的产生，是需要一定的缓冲的，同样温室效应的减弱，也得需要一定的时间。
那么，有没有什么方法能够起到“立竿见影”的效果呢？理论上肯定是有，而且不只有一个。因为影响地球整体温度的因素有很多，比如与太阳的距离、接收太阳辐射的总量、大气层的厚度、大气层中二氧化碳等温室气体的浓度水平、大气物质的反射率等等，这些因素，都能够影响地球表面接收太阳辐射与释放热量的差值，从而影响到地表的温度。
但是，以人类的能力，我们目前还没有办法拉大地球与太阳的距离，也做不到改变地球大气层厚度，即使能够做到，也会改变地球在宇宙中的空间环境，从而对地球生态系统产生重大影响，不到万不得已（比如未来十几亿年内启动流浪地球计划，逃避太阳变成红巨星时向外扩张），技术达到了也不会去做。
“平流层气溶胶喷射“方案
于是有研究团队从提高地球大气层反射率入手，提出了向平流层中释放大量物质形成气溶胶的方案，以此来试图减少地面接收太阳辐射的总量，从而达到给地球降温的目的。比如，美国的一个研究团队，设计了“平流层气溶胶喷射”方案，并希望于今年夏天搞一次“平流层受控扰动实验”关键技术测试，不过由于各方面的原因，这个实验计划被搁置了，但是研究团队正在积极努力重启这项计划。
“平流层气溶胶喷射”技术的原理非常简单，主要是受火山喷发时，大量由火山灰颗粒和气体、液体等物质构成的气溶胶遮蔽天空，能够引发地球发生一定程度的降温这个现象的启发，在实施时，通过高空飞机或者大量的氦气球，将气溶胶颗粒喷洒在距离地面20公里左右的平流层中，这些微小气溶胶颗粒在平流层中，能够长时间维持稳定，当大量的气溶胶颗粒聚集在一起时，可以形成较薄的“气溶胶云层”，从而将部分太阳光线反射回太空，达到减少太阳辐射总量的目的。
由于火山灰喷发物中含有很多硫化物，这些物质不仅会降低一些大气层的温度，同时也会对大气层中的臭氧层产生破坏，反而会加大太阳光线中紫外线的透过率，从而对地球上的生命体造成负面影响。所以，研究团队在开展该计划的研究时，一直在想方设法优化气溶胶的成分，目前的主攻方面是研制碳酸钙气溶胶颗粒，这是一种对臭氧层损害很小、反射率又很高的一种物质。预计1－2公斤的碳酸钙气溶胶，在平流层中，通过特殊的喷射装置，就可以形成大约1公里的喷射羽流。
该方案在科学界争论一直很大
支持者认为，向平流层中喷洒气溶胶的方案，是经过计算机模型充分论证过的，论证结果对降低地球大气层的温度将有很好的效果，只要掌握了毒性低、反射率高、对臭氧层影响小的气溶胶组成结构，那么就能在短时间内达到给地球“降温”的效果。
不过，有更多的科学家对该方案表示担忧，担忧的原因主要集中在以下几个方面：一是在平流层中释放气溶胶，相当于在地球的上空覆盖了一层薄薄的膜，虽然能够阻挡一部分太阳光线射入地球，但也能忽视其对地球热量散发的阻挡作用，即使接收的太阳辐射总量减少了，但地球红外辐射如果散发也少了，那么两者一中和，地球温度是上升还是下降，就不确定了。
第二，方案实施的投入会极大。一方面是技术研发的成本，如果要想在平流层中进行大规模的气溶胶释放，需要至少10年左右的研发时间，这里面既有气溶胶物质组成的研究，也包括喷射装置的设计，更需要对喷射时的飞行轨迹、飞行速度等关键技术进行诸多试验。另一方面，如果要达到在平流层中全部覆盖上一定厚度、一定密度的气溶胶，一次必须投入数百万吨甚至上千万吨的气溶胶物质，这得需要成百上千架次的飞机连续作业很长时间方能实现，而这些飞机在飞行时，因燃料燃烧释放的二氧化碳又有很多，有点捡了芝麻丢了西瓜的感觉。
第三，方案并不能一劳永逸。即使平流层中一次性释放了巨量的气溶胶，形成了一个覆盖全球的气溶胶层，但在平流层中微弱的气流扰动、微弱重力的影响下，这些气溶胶微小颗粒不可避免地发生相互碰撞、聚集和下降，需要定期进行补充，而这个时间间隔，顶多是1-2年的时间，所以这种投入将是无底洞。
第四，对地球生物的影响。这种方案的本质是减少太阳辐射总量来给地球降温，但是地球上众多的藻类和绿色植物，需要依赖太阳光线来进行光合作用，从而释放出氧气并合成有机物质。如果通过这种方案减少的太阳辐射量很小，估计也起不到什么降温作用；但如果减少的太阳辐射总量达到一定比例，比如2%左右，那么藻类和绿色植物的光合作用会大受影响，不但氧气释放的量会减少，大量农作物减产，而且被吸收的二氧化碳量也会降低，大气层中的二氧化碳含量反而会升高，继而增加温室效应。
所以，笔者对美国研究团队提出的平流层喷射计划也持怀疑态度，这种方案虽然出发点是好的，但是一旦全面实施，势必会打破地球运行的整体规律，极有可能不但达不到降温的目的，反而会增加二氧化碳浓度水平，增加全球变暖的程度，到时候再想扭转就难上加难了。
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