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太阳能地球工程会在中国破土吗?

中国正在研究太阳能地球工程技术拯救气候的潜力,同时也对其可能带来的巨大风险显示出高度谨慎,白·莉莉写道。

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图片来源:Pixnio

2040年的地球很热——平均气温比工业革命前高1.5摄氏度。由于家园被不断上涨的潮水侵蚀,沿海城市的居民正向更高的地方撤退。夏季已经成为中国东部极端热浪和长江沿线洪水肆虐的代名词。为了缓解灾难的进一步恶化,中国和其他大国决定想办法遮蔽太阳光。

这曾是科幻小说中的场景,但现在科学家们正在考虑如何管理气候,以避免全球变暖带来的最严重的影响。
 

术语

地球工程:概括性术语,涵盖人类大规模干预地球系统以抗击气候变化的全球性行动——分为两大类:太阳能地球工程(又称“太阳能辐射管理”)和二氧化碳清除。

太阳能地球工程/太阳辐射管理:将更多的太阳辐射反射到宇宙中的技术,可降低地球温度,缓解气候变化的症状(但不能根除其成因)。

二氧化碳清除:将二氧化碳从大气中清除的技术,可从根本上解决人为造成的气候变化成因。

近年来,随着减少温室气体排放的机会愈发渺茫,地球工程已经成为主流科学辩论的议题。联合国政府间气候变化专门委员会(United Nations Intergovernmental Panel on Climate Change ,以下简称IPCC)撰写的一份报告草案显示,到2040年全球平均气温预计将上升超过1.5摄氏度——这是《巴黎协定》规定的温升限值,一旦超过,出现灾难性气候影响的风险将大大增加。

如果证明可行,地球工程可以通过暂时关闭全球恒温调节机制以及减缓气候变化的影响,为各国赢得一些脱碳的时间。然而批评者认为,即便是研究这个话题也会产生“道德风险”,向公众发出错误信号,让他们认为可以依靠目前尚未证实的技术来修复气候变化。

中国比大多数国家都更容易受到气候变化相关极端天气事件的影响。中国政府目前正集中力量通过推动经济去碳化来减少排放,但3年前中国政府还启动了一个项目,研究地球工程在减缓气候变化方面的潜力。尽管该项目仍处于起步阶段,但却让人们对于中国是否将部署太阳能地球工程的问题提出了质疑。

未知领域

地球工程是指人类主动大规模干预地球自然系统以抗击气候变化的活动,主要有两种方式:阻挡太阳光和吸收大气中的二氧化碳。中国科学家大多专注于研究阻挡阳光的技术,这种技术为迅速降低地球温度提供了可能,但随之而来的风险还需仔细研究。

太阳能地球工程还没有经过测试,但火山爆发却是对阻挡太阳光这种方式的一种自然模拟。1991年菲律宾皮纳图博火山爆发向大气中释放了二氧化硫,形成硫酸盐气溶胶,一定程度上导致太阳光的散射,因此1992至1993年间地球温度下降了约0.4摄氏度。科学家们建议用配有特殊装置的飞机在7万英尺的高空喷洒气溶胶,来复制这种火山效应。


太阳能地球工程的两大策略—喷洒硫酸盐气溶胶和增亮海洋云(图片来源:C&EN

这种方法能让地球迅速降温,但终究没有解决温室气体这一问题的根源所在。大气不会回到工业革命前的状态,二氧化碳将继续造成海洋酸化,并且对生态系统产生其他影响。虽然从理论上讲,可以同时采用二氧化碳清除技术吸收大气中的二氧化碳,但这些技术也只处于试行阶段,面临着巨大的障碍

权衡风险

北京师范大学英国籍教授、中国地球工程研究项目主持人约翰·摩尔说,太阳能地球工程太“疯狂”。

 “唯一理智的解决办法就是停止化石燃料燃烧,”他说。

摩尔的观点在这一课题的研究人员中很常见,他们有的人对扮演上帝一样的角色去修补气候感到不适,有的则害怕自己会在不经意间研发出可以用做武器的技术。然而,科学家们的研究是以太阳能地球工程造成的风险可能远小于快速升温的风险这个假设为前提的。根据联合国环境规划署的预测,按照目前各国政府承诺的减排量,到本世纪末全球温度将上升至少3摄氏度。

众所周知,太阳能地球工程会带来许多健康和环境风险,包括降雨减少,以及臭氧耗竭导致皮肤癌发病率增高。

这些风险的严重性将取决于太阳能地球工程的部署程度。例如,如果只是适度部署,亚洲季风降水量的变化将非常小,但如果太阳能地球工程的部署规模大到足以抵消所有的全球变暖,降水量就会大大减少。

这些都是已知的风险,但摩尔提醒要注意“未知的未知数”。

中国的研究项目正在调查太阳能地球工程的风险和潜在影响,该项目由国家科技部资助,研究经费达1700万元人民币。30多名科研人员组成的团队重点研究治理问题,并通过电脑建模理解地球工程的影响,尤其是对中国的影响。例如,其中一项研究模拟了向大气层喷射硫酸盐气溶胶将如何让处于不稳定状态的喜马拉雅冰川融化得慢一些,而这些冰川的安危事关中国的水安全。

项目首席中国科学家、浙江大学地球科学教授、中国IPCC报告作者之一的曹龙很谨慎地把研究和部署区分开来。

 “我们做这个研究不代表我们以后就一定要实施地球工程,但是对这个研究本身是有意义的” ”他说。

飞向太阳

就在中国研究人员专注于通过建模研究地球工程的影响时,哈佛大学的科学家们正准备开始首次平流层太阳能地球工程实验,此次实验是一个由私人出资2000万美元建立的项目的一部分。

今年,他们计划向亚利桑那州上空发射一个装有测量设备的气球。首次实验中,气球会向大气中喷洒冰晶,并从微观物理学的角度研究由此产生的一系列影响。但哈佛的科学家们最终可能会向平流层喷洒硫酸盐,从而研究皮纳图博火山喷发后呈现的地球工程方法。


哈佛科学家们计划发射进入平流层的气球(图片来源:SCoPEx

这个实验符合联合国生物多样性会议制定的地球工程野外实验国际指南,该指南允许进行小规模的野外研究,“但须事先对潜在的环境影响进行彻底评估。”

中国会效仿吗?摩尔说一些中国科学家已经表示有兴趣在建模结果的基础上进行野外实验。曹龙最近与他人合作撰写了一篇关于 前沿“鸡尾酒地球工程”,也就是结合多个太阳能地球工程解决方案的文章。然而,他认为这些概念仍是理论上的。“我认为,未来近期数年内地球工程研究都会通过气候模式模拟进行, 因为野外实验的风险太大了。”

哈佛大学实验的领衔科学家之一大卫·基思说,野外实验可以帮助科学家修正自己的模型,增强他们对风险的理解。如果中国要做的是哈佛大学做的这种没有任何实质性风险的野外研究,基思说,他依然会持支持态度。他认为这类研究是科学进程的一个重要部分。但批评人士认为,实验如果证明地球工程的风险非常小,就会增加其部署的可能性。

棘手的治理问题

管理太阳能地球工程的发展和使用的全球综合性治理机制还处于起步阶段。

专注治理问题的中国研究项目研究人员陈迎表示,在现阶段“治理的目的在于防止技术滥用,而不是为了促进实施。”

太阳能地球工程的成本可以很低,一个国家或者富裕的个人都能够独立运营数年。为了尽量降低风险,“卡内基气候地球工程治理倡议”(Carnegie Climate Geoengineering Governance Initiative)鼓励各国达成一致,在没有充分了解风险和效益以及建立治理系统之前,不部署太阳能地球工程。为了推进这一议程,“卡内基倡议”提倡各国在2019年联合国环境大会上提出一项决议


太阳能地球工程治理将如何形成(图片来源:C2G2

但治理会采取何种形式呢?“如果真的到了这一步,那这将是人类所做过的最为全球性的事情,需要采取我们目前还没有的全球性解决方案,”“卡内基倡议”主管扎诺斯·帕兹托说。

鉴于有必要遏制这类高风险的实验,帕兹托认为需要采取与防止核扩散相类似的手段。当然,地球工程的目的是解决全球性的问题,而不是成为武器。牛津大学学者设计的一套治理原则建议,应该将地球工程作为一项公共物品来治理,需在技术发展过程中严格控制其商业化。从这些概念发展到正式的全球治理框架可能需要数十年时间,帕兹托说。

若要部署太阳能地球工程,就需要对其进行长期稳定的管理来逐步调整其强度,以防止发生“边界激波”的风险,即全球气温迅速下降,可能会对生态系统造成灾难性的影响。

提高公众参与

 “牛津原则”呼吁“公众参与地球工程的决策过程”。研究人员最好是获得所有可能受研究活动影响人员的事先知情同意,任何大规模的部署也需事先获得公众同意。帕兹托说,公众参与是必不可少的,但这一过程不需要是放之四海皆准的,它可以根据不同的文化和政治环境,因地制宜地作出调整。

中国的研究项目仍处于起步阶段,国家尚未明说是否以及如何协调此类公众参与。到目前为止,相关讨论大多局限在学界内部。

 “(中国)大学中层中有些人是相当反对地球工程的,”约翰·摩尔说,但相比公开反对地球工程研究和部署的西方学者,他们的反对没有那么直白。

陈迎说,一些中国学者对太阳能地球工程的研究持谨慎态度,他们认为太阳能地球工程是不现实的,至少是很远的事情,应该优先研究急迫的现实问题。

除了这些学术辩论,外界对此鲜有讨论。陈迎说,中国的非政府组织还没有表明对地球工程的立场,公众对这一问题则知之甚少。

中国领头?

今年4月《自然》杂志发表的一篇评论中,包括约翰·摩尔在内的来自世界各地的科学家呼吁受气候变化影响最大的发展中国家率先进行太阳能地球工程研究。

作为唯一一个拥有此类研究项目的发展中国家,中国首当其冲。

然而,中国研究团队的成员在2016年的一篇文章中称,中国不会在地球工程的发展过程中扮演领导的角色。

他们在文章中写道,中国在国际舞台上从来没有扮演过发起者的角色,比如说,在联合国安理会上就很少提出决议。此外,控制空气污染一直是中国摆脱煤炭燃烧、实现绿色转型的主要动力。太阳能地球工程或许能阻止温度上升,但没办法解决中国因燃煤电站释放的烟雾而引发的公共健康危机。

中国官员已经开始研究地球工程。去年帕兹托的中国之行促使外交部、科技部和国家发展和改革委员会官员举行了一次有关太阳能地球工程治理的高级别会议

然而,政府官员没有就地球工程问题发表正式的声明,因此中国未来对地球工程研究的立场仍不明朗,更不用说部署的可能性了。

1.5度温控

在不使用地球工程的情况下,保持全球气温上升低于1.5摄氏度的可能性依然存在。最近一项研究表明,通过大力提高能源效率和植树造林就可以达到实现这一目标所需的减排量。

然而,IPCC的大多数情境分析都采用了地球工程的另一种方法——二氧化碳清除——来减少排放,并且能够在一段时间的“反跳”之后让全球气温上升重新回到1.5摄氏度的范围以内。由于太阳能地球工程的方法目前尚不明朗,因此IPCC目前仍未将其纳入自己的减排方案。

未来如果有研究表明太阳能地球工程的风险非常小,人类将有能力决定是否在全球范围内对气候进行控制。就目前而言,太阳能地球工程风险不明,技术未经认证,而且各国仍有希望通过迅速减排来避免灾难性的影响。


翻译:金艳

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