平流層注入氣溶膠

　　空間反光鏡

　　太陽傘

　　海洋中施加鐵元素

　　溫室氣體導致的全球氣候變暖已經成為當前世界各國面臨的嚴峻挑戰(zhàn)之一。在此背景下，“地球工程”作為應對全球氣候變暖而提出的一種最直接的人為治理氣候的手段，在國際氣候談判中被越來越多地提及和關注。

　　那么，“地球工程”到底是什么?有何作用?為何逐漸成為國際談判中的寵兒?

　　1.什么是地球工程?

　　“地球工程”也被稱為氣候工程，是指為了應對全球氣候變化及其影響，人類根據認知水平和相應能力，從工程和技術手段在較大尺度范圍對氣候狀況加以調節(jié)或修正的各種努力和行為。“地球工程”的定位是在減緩和適應氣候變化不力情況下的應急措施，目標是解決氣候變化帶來的全球升溫問題。

　　“地球工程”的想法由來已久。早在20世紀60年代，美國總統(tǒng)科學顧問委員會在一份名為“恢復我們的環(huán)境質量”的報告中提出二氧化碳排放正在改變我們賴以生存的家園，需要認真探索人工干預對抗氣候變化的可行性，并建議每年花費50億美元在熱帶地區(qū)安置反射性材料，以及利用增加云層等手段來應對氣候變化。這是全球第一個正式應對氣候變化的研究報告，也是第一次在政府層面提出的大規(guī)模人為干預氣候變化的設想。但“地球工程”這一概念直到2009年才由英國皇家學會提出，且提出之前經歷了多年的發(fā)展孕育過程。荷蘭大氣化學家保羅·約瑟夫·克魯岑由于證明了氮的氧化物會加速“大氣平流層中保護地球不受太陽紫外線輻射的臭氧”的分解，而獲得1995年諾貝爾化學獎。在此基礎上，克魯岑引入了“人類世”的概念，即地球環(huán)境越來越受到人類活動影響的一個新的地質時期，并據此提出在全球變暖背景下，在大氣平流層注入氣溶膠以應對全球氣候變暖的設想，由此開啟了進入21世紀以來地球工程應對全球氣候變化的大爭論。

　　“地球工程”的熱議與21世紀全球氣候變暖的嚴峻挑戰(zhàn)分不開。隨著全球氣候變暖持續(xù)，聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)在2011年第一次召開了以“地球工程”為主題的會議，同時IPCC第四次和第五次評估報告中也開始不斷關注地球工程的內容，并探討地球工程在氣候變化應對中的技術和治理問題。

　　2.“地球工程”的兩種主要類型

　　聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會將地球工程分為兩種類型。

　　第一種類型是碳移除地球工程，其主要原理和路徑是通過植樹造林、土壤固碳、生物質碳捕獲、土地利用管理、巖石圈和海洋碳封存等各種碳捕獲、封存和轉化技術，來降低大氣中的溫室氣體濃度。

　　碳去除地球工程最典型的是海洋施肥。主要包括三種手段：一是向海洋中施加鐵元素，促進浮游生物大量生長，提高固定二氧化碳的能力;二是向海洋中施加氮、磷等營養(yǎng)元素，加快浮游生物的代謝過程，加速二氧化碳沉淀到海底的速率;三是將深層海水抽到表層，向海洋表層提供營養(yǎng)元素，同時加快表層的碳固定到海底的速率。20世紀90年代以來，全球至少進行了13次大規(guī)模的海洋施肥實驗，涉及海域超過1400平方公里，參與的國家包括美國、加拿大、澳大利亞、英國、法國、巴西、墨西哥、日本、菲律賓、荷蘭、中國等。

　　第二種類型是太陽輻射管理地球工程，是通過影響進入到大氣層的太陽輻射，為地球“直接降溫”。其主要原理和路徑是通過增加反照率，把一些太陽光散射回太空，從而減少地球吸收的短波輻射，降低地球變暖的速率。例如在大氣層中的平流層人為注入氣溶膠、亮化增白大氣中的云層、屋頂刷白、沙漠綠化、在地球大氣層中設置太空反射鏡等。

　　1991年，菲律賓呂宋島的皮納圖博火山爆發(fā)，大量火山灰進入大氣平流層，近2000萬噸二氧化硫和水滴混合形成一種氣態(tài)反射鏡，在高空停留了近兩年時間，將太陽光反射回太空，導致1992-1993年間抵達地球表面的太陽輻射減少超過10%，使得全球在一年之內降溫0.75攝氏度。平流層注入氣溶膠盡管是遏制全球變暖最快的方式之一，但也是最危險的方式，一旦工程啟動，全球氣候模式將受到極大的影響。

　　3.“地球工程”研究中充滿爭論

　　早前歐美一些國家已率先開展了地球工程的相關研究，但由于地球工程措施過于激進，因此，科學界對地球工程的“副作用”存在很多爭議。例如太陽輻射管理地球工程會破壞區(qū)域天氣氣候模式和季風系統(tǒng)，這對依賴可預測的季節(jié)周期來完成農業(yè)等任務的部門來說是一個棘手的問題。

　　例如已有研究表明，如果從2020-2070年間每年在赤道上空噴灑500萬噸二氧化硫，南北半球會均勻地蒙上一層硫酸云，使地球氣溫下降約1℃。如果這項工程實施后驟然停止，氣溫會以實施之前10倍的速度回升，帶來的環(huán)境變化將使很多生物難以適應。在溫帶草原和森林地帶，氣溫與降雨量分布的嚴重不協(xié)調會使生物無所適從。同時地球工程的實施可能導致熱帶太平洋水溫升高，產生厄爾尼諾現(xiàn)象，給南美洲帶來旱災。

　　4.應對氣候變暖最后救命稻草

　　2015年12月12日在巴黎氣候變化大會上通過了《巴黎協(xié)定》，并確立了溫控目標，即“把全球平均氣溫較工業(yè)化前水平升高控制在2攝氏度之內，并為把升溫控制在1.5攝氏度之內而努力”。目前全球地表平均氣溫已經大約上升了0.85攝氏度，這一形勢下，要達到《巴黎協(xié)定》所確定的溫控目標挑戰(zhàn)十分嚴峻。

　　雖然地球工程是一個非常有爭議的領域，但近年來，科學界對于“地球工程是一種研究禁忌”的看法開始逐漸轉變。目前國際上主要的研究機構都開始參與到地球工程的研究中來，并發(fā)展出相互合作的研究計劃，以從理論上深化地球工程在應對全球氣候變化中的作用和可能的影響。近十年的地球工程研究雖然取得一些進展，但地球工程的研究還是相對薄弱，還未得到地球系統(tǒng)多模式集合的驗證，且實施效果具有高度不確定性，可能帶來高風險。這一系列的問題還沒有統(tǒng)一科學的答案，因此，目前的認識還不能支持未來能否實施地球工程的決策。

　　如果全球氣候變暖不能得到有效控制，一旦變暖超過4攝氏度，氣候系統(tǒng)將會逼近氣候變暖不可逆的“臨界點”，在這種情況下，太陽輻射管理地球工程將會成為短時間、低成本和應急的地球有效降溫的“最后一劑猛藥”。

　　5.我國也在開展“地球工程”研究項目

　　2015年，我國啟動了關于“地球工程”的第一個為期五年的國家重大科學研究計劃“地球工程的綜合影響評價和國際治理研究”。該項目的設立將有助于提升我國在“地球工程”研究領域的理論水平和科學認識。

　　中國氣象局發(fā)展研究中心孔鋒等在《災害學》雜志上發(fā)表的最新研究成果，系統(tǒng)分析了“地球工程”對中國極端降雨強度的影響，結果表明地球工程會使得中國整體性的極端降雨趨于增多，且極端降雨的空間異質性增強。

　　根據孔鋒等人前期的研究成果，發(fā)現(xiàn)在當前“地球工程模式比較計劃”的模式設定的地球工程實施當量下，大氣物理環(huán)境的“自我恢復能力”依然能夠占據主導地位。地球工程對氣候產生的人為擾動隨著時間的推移逐漸被“抹平”，確保地球工程實施結束后原有的氣候格局不被根本性改變。這一結論支持了2014年IPCC第五次氣候變化評估報告第三工作組關于太陽輻射管理地球工程的評估結論。(孔鋒)