我們總在講氣候變化

面對(duì)不斷“發(fā)熱”的地球

科學(xué)家有過(guò)什么“退燒”措施嗎？

今天來(lái)聊下這個(gè)

自19世紀(jì)中葉

全球開(kāi)始進(jìn)入大規(guī)模工業(yè)化時(shí)代以來(lái)

人類的活動(dòng)對(duì)全球氣候造成了顯著影響

全球年平均氣溫有著明顯的上升趨勢(shì)

面對(duì)嚴(yán)峻的氣候形勢(shì)，該咋辦呢？

科學(xué)家們紛紛大開(kāi)腦洞

提出了一些看起來(lái)天馬行空的設(shè)想

想象通過(guò)人為的工程，給地球“退燒”

他們把這個(gè)行動(dòng)命名為“氣候工程”

（也被稱作“地球工程”）

這些想象力豐富的“降溫方案”都有依據(jù)

感覺(jué)每一個(gè)都可以寫(xiě)進(jìn)科幻小說(shuō)里

入門(mén)知識(shí)

首先，我們要搞明白一件事

地球表面圈層的能量平衡

◎ 地球表面圈層能量平衡圖解（以太陽(yáng)入射輻射相對(duì)數(shù)為100計(jì)算）←看不懂圖沒(méi)關(guān)系，往下看

在地球表面圈層

包括大氣圈、水圈、生物圈和巖石圈表層

太陽(yáng)是最重要、也是絕大部分的能量來(lái)源

當(dāng)太陽(yáng)輻射穿過(guò)大氣層時(shí)

只有一小部分

被大氣層內(nèi)的云、氣溶膠、臭氧等

反射或吸收

大部分能到達(dá)并加熱地球表面

成為了地球表面絕對(duì)重要的能源

同時(shí)，地球會(huì)向外輻射

（主要是紅外輻射）

這樣一來(lái)

地球獲得的能量與失去的能量總體相當(dāng)

于是地球表面能量平衡與溫度達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定

對(duì)地球氣候的形成起到了決定性作用

所以，想給地球“降溫”？

氣候工程學(xué)家有兩套思路：

第一種，從進(jìn)來(lái)的太陽(yáng)輻射入手

減少能到達(dá)地球表面的太陽(yáng)輻射量

第二種，從輻射出去的長(zhǎng)波輻射入手

盡可能多地將能量輻射出去

思路一：減少能到達(dá)地球表面的太陽(yáng)輻射量

第一招：給地球裝上“反光鏡”

◎ 太陽(yáng)“反光鏡”模型示意圖

簡(jiǎn)介：在大氣層外的地球軌道上，安裝一面或點(diǎn)陣型的“大鏡子”，反射掉一部分入射向地球的陽(yáng)光，減少到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射。

難度指數(shù)：★★★★★

真的是非常簡(jiǎn)單粗暴。。。

這個(gè)方案的最大問(wèn)題在于

地球表面積是相！當(dāng)！巨！大！啊！

如果想反射掉入射向地球的太陽(yáng)輻射能的1%

需要在地日間拉格朗日L1點(diǎn)

在L1點(diǎn)，物體的軌道周期恰好等于地球的軌道周期

裝上總面積達(dá)160萬(wàn)平方千米的鏡子

這個(gè)鏡子得多大？

相當(dāng)于六分之一個(gè)中國(guó)陸地面積大小

第二招：在平流層制造“煙幕傘”

◎ 陽(yáng)傘效應(yīng)示意圖

簡(jiǎn)介：如果在平流層播撒一些細(xì)顆粒組成的“煙幕”，能將進(jìn)入大氣層的太陽(yáng)輻射反射、散射掉一部分，這樣到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射就明顯減少了。這種降溫作用像給地球撐了一把陽(yáng)傘，因此得名"陽(yáng)傘效應(yīng)"（有些資料稱為塵幕效應(yīng)）。

難度指數(shù)：★★★★

這招有點(diǎn)像火山爆發(fā)的效果

——大量火山灰等氣溶膠

順著極強(qiáng)的上升氣流進(jìn)入平流層

并在平流層內(nèi)的風(fēng)作用下逐漸擴(kuò)散

如果火山爆發(fā)的規(guī)模較大

陽(yáng)傘效應(yīng)足夠明顯

會(huì)使得全球范圍內(nèi)

地表氣溫顯著下降

最近一次影響比較大的火山爆發(fā)

發(fā)生在1991年6月，皮納圖博火山

它向平流層中噴射了兩千萬(wàn)噸二氧化硫

使得1991年下半年到1993年間

全球平均氣溫下降了約0.5℃

而更劇烈的火山活動(dòng)

如1815年的坦博拉火山大爆發(fā)

更是引發(fā)了1816年北半球大片區(qū)域的

“無(wú)夏之年”事件

◎ 1991年6月12日，皮納圖博火山正式爆發(fā)前3日的景象

這一方案操作起來(lái)比較方便

能借用平流層的大氣環(huán)流

讓這些氣溶膠細(xì)顆粒在全球彌散

當(dāng)然，這一操作也會(huì)造成潛在的副作用

比如會(huì)加劇對(duì)臭氧層的破壞

氣溶膠也可能導(dǎo)致平流層大氣環(huán)流的改變

可能引發(fā)一些天氣或氣候異常

根據(jù)《自然》雜志的消息

今年或?qū)㈤_(kāi)展這一工程的先導(dǎo)試驗(yàn)

將少量白堊（細(xì)顆粒碳酸鈣）顆粒物

噴灑到平流層上，觀察其擴(kuò)散和反照情況

不過(guò)，這一試驗(yàn)還需等待評(píng)審結(jié)果

第三招：讓海洋之上層云競(jìng)起

◎ 美國(guó)東海岸近海的云系，從云中甚至可以看到航線軌跡（較亮的云區(qū)域）

簡(jiǎn)介：從離我們最近的對(duì)流層中的云入手，利用云來(lái)反射更多的陽(yáng)光，給地面打個(gè)“遮陽(yáng)傘”。在廣袤的遠(yuǎn)海區(qū)域，能利用的凝結(jié)核數(shù)量很少，云總體的反照率相對(duì)較低。如果借助鹽顆粒等作為凝結(jié)核，增加當(dāng)?shù)氐脑品凑章?，能有效阻擋較多到達(dá)地表的太陽(yáng)輻射能。

難度指數(shù)：★★★★

相比第二招

這一招對(duì)環(huán)境的破壞影響較小

但也存在兩個(gè)潛在的問(wèn)題：

首先，部分后續(xù)研究指出

云的反照率強(qiáng)度和凝結(jié)核密度的關(guān)系

并不是簡(jiǎn)單的正相關(guān)

如果凝結(jié)核密度增大到一定程度時(shí)

可能并沒(méi)有明顯降溫效果

其次，這波操作可能打破

海洋深處區(qū)域的海洋-大氣層間熱力平衡

進(jìn)而導(dǎo)致全球范圍內(nèi)

一些大氣環(huán)流與天氣氣候出現(xiàn)變化

第四招：改變地表

簡(jiǎn)介：如果在大氣層外，大氣層里都不攔截呢？我們還有地面啊~！有一堆奇思妙想是在陸地表面或者海表搞事情，但真正的成效與可行性還需要論證。

難度指數(shù)：★★★

/ 白房子技術(shù) /

2009年

美國(guó)勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家提出

如果把全世界城鎮(zhèn)的房屋

或其他人工建筑物的頂部

刷成白色

像圣托里尼島的這些房子

▼

可以更多地反射太陽(yáng)光

據(jù)估算，大概能抵消

約440-500億噸二氧化碳造成的溫室效應(yīng)

不過(guò)，這個(gè)辦法……

可能會(huì)導(dǎo)致城區(qū)出現(xiàn)更強(qiáng)的反射光

光污染也將更明顯

/ 神奇農(nóng)作物 /

還是在2009年

英國(guó)布里斯托爾大學(xué)的教授提出

如果在全世界農(nóng)田里

都種植葉片反射率較高的農(nóng)作物（如高粱）

將使得全球氣溫有所下降

不過(guò)，農(nóng)田面積有限

而且如果為此控制農(nóng)作物類型

可能對(duì)農(nóng)業(yè)反而是更大的損失

/ 海洋泡沫機(jī) /

這一設(shè)想有一點(diǎn)點(diǎn)可愛(ài)

是在大洋水域里通過(guò)船舶向海水中鼓氣泡

較白的氣泡能比海面反射更多的陽(yáng)光

但是海面之大，船能影響到的海面太小

而且如果這些執(zhí)行工程的船舶

不能使用清潔能源

可能反而得不償失

思路二：增加地球輻射向太空的紅外輻射

這一類思路的實(shí)質(zhì)是減弱溫室效應(yīng)，通常是以控制溫室氣體排放，或減少大氣層內(nèi)溫室氣體濃度為目標(biāo)，也被稱作“碳移除”工程。除了常規(guī)的節(jié)能減排、開(kāi)發(fā)碳排放更少的新能源外，還有一些工程設(shè)想，其中包括巖石圈封存碳、利用生物固定碳等。

第一招：海洋鐵肥料工程

◎ 顯微鏡下的藻類

簡(jiǎn)介：利用藻類等植物對(duì)鐵的依賴，施加“鐵肥料”刺激其生長(zhǎng)，以吸收更多的二氧化碳。預(yù)期最多能抵消當(dāng)前大氣二氧化碳所造成溫室效應(yīng)的1/6。

難度指數(shù)：★★★

但！是！

這一方案如果失去控制

藻類的瘋漲很可能會(huì)引發(fā)類似赤潮的事件

對(duì)大洋的生態(tài)系統(tǒng)也將是很大的危害

◎ 阿根廷近海附近的浮游植物爆發(fā)，與這一海域鐵的輸入有關(guān)

第二招：二氧化碳的“直接捕獲”

簡(jiǎn)介：利用一些堿性化學(xué)物質(zhì)在大氣中大量吸收二氧化碳，然后將吸收到的二氧化碳再集中加壓，壓入地表以下的深處，此時(shí)周邊的硅酸鹽巖石會(huì)與二氧化碳反應(yīng)生成碳酸鹽與二氧化硅。

難度指數(shù)：★★★★

這一方案的缺陷在于

二氧化碳是較為均勻、廣泛分布在

整個(gè)大氣層中低層

需要?jiǎng)佑幂^大力量

在大片區(qū)域同時(shí)捕獲吸收

讓二氧化碳濃度下降的速率也較慢

且有分析指出，這一方案的成本也可能

較…為…昂…貴…

第三招：植樹(shù)造林

簡(jiǎn)介：森林的生長(zhǎng)過(guò)程能吸收、固定大量的二氧化碳，從而減小大氣內(nèi)二氧化碳的濃度和溫室效應(yīng)強(qiáng)度。地質(zhì)歷史時(shí)期里，石炭紀(jì)中后期的氣溫驟降，也和當(dāng)時(shí)陸地上森林植被的大面積擴(kuò)張有著密切聯(lián)系。

難度指數(shù)：★★

這個(gè)應(yīng)該是大家最熟悉的方案啦

不過(guò)需要指出的是

植樹(shù)造林對(duì)區(qū)域的降水量、土壤性質(zhì)等

都有較高依賴性

如果在本是較干旱的地方造林

除了林木難以存活外

當(dāng)?shù)氐乇淼姆凑章士赡芤矔?huì)下降

（從較為明亮稀疏的地表變成了林木植被）

這也可能抵消部分二氧化碳吸收的影響

使得總體的降溫幅度受限

◎ 2000-2017年亞洲地區(qū)植被葉面積變化趨勢(shì)，可看到我國(guó)和印度的增加最為明顯

總之

為了應(yīng)對(duì)當(dāng)前溫室氣體濃度顯著上升

氣候工程的議題

也逐漸成為了人們關(guān)注的焦點(diǎn)

不過(guò)，目前其中的絕大多數(shù)方案

或是需要進(jìn)一步理論論證

或是可行性不高

或是收效較低

或是存在較嚴(yán)重副作用和未知的其他影響

當(dāng)前實(shí)施這些氣候工程項(xiàng)目難度很大

未來(lái)也同樣需要嚴(yán)密論證和謹(jǐn)慎實(shí)行

所以

我們能做到的是從各層面做起

積極踐行低碳與環(huán)保行為

盡可能降低人類活動(dòng)對(duì)氣候的影響

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