给地球搭个凉棚

吕　静

假设《京都议定书》没有成功，假如全球变暖引起气候突然恶化，挡住阳光可能是最后一招

就算全世界都竭尽全力地降低碳排放，也不能阻止全球变暖的大趋势。目前日见清晰的是，即使我们采取了最极端的限制碳排放措施，我们气候模型中的不确定性仍然使地球变暖和海平面上升的问题悬而未决。与此同时，来自各国政府和一些特殊团体的抵触更使得由气象学家倡导的削减碳排放行动得不到尽快执行。

科学家们因此在考虑另一些秘密策略。先前，他们之所以强烈地反对讨论这些策略，是因为担心这样会滋生一种满足感，从而妨碍人们对解决问题根源的努力。但现在，对可能消除全球变暖的、被称为“地理工程学”的项目刮目相看的研究人员正在增多。最早关注全球变暖的气象研究人员之一、美国斯坦福大学的斯特芬·斯戈内德说：“如果你是一个海洛因的上瘾者，最好的戒毒办法就是住院治疗和长期康复。但是，如果病人完全拒绝这种方法，那么，用美沙酮比海洛因强。”

形象地说，这种工程就像是要给整个地球擦上一层“防晒霜”。这种举措一直是有争议的，但是最近的研究表明，有一些方法可以使足够多原本要到达地表的日光偏转，这样就可以消除由于温室效应所造成的全球变暖。地球气候模型显示，只要减少日光中1.8%的入射能，就能抵偿双倍的大气温室气体所产生的热效应——与此相对应的是，即便采用最严厉的排放控制措施，到本世纪末，二氧化碳的排放量还可能是目前的2倍，而且这种情况至少将持续一个世纪之久。

去年11月，一组全美各地的研究人员聚集在斯坦福大学开会探讨如何降低进入大气层的太阳能量。也是去年，NASA奖励了获得这类进展的研究。这些迹象都表明曾经被当作异端学说的理论已经在逐渐被人们接受和信任。

这些为地球降温的提议分为两大类：一是将进入大气层的太阳光反射掉；二是在外层空间将其屏蔽掉。每一种方案都有支持者和批评者。

第一类阳伞：硫尘云

最简单的解决方案，是把二氧化硫打到大气层上层，这种模拟火山冷却效应的想法已经提出了几十年。硫很便宜，释放的方法也很简单，可以用一个垂直的、长10公里的管子将二氧化硫直接打到同温层，它会形成硫酸盐气溶胶颗粒，遮盖地球。这种颗粒直径可达0.1微米，这个尺度既大到了足以阻止一部分照到地球上的太阳光，又小到了可让地球上的热辐射红外线逃离地球返回太空。

斯坦福大学卡内基研究院地球生态系的物理学家肯·卡尔德拉是去年研讨会的组织者。他说：“最重要的是粒子的尺寸。”

由于二氧化硫是火山喷发的重要产物，是上层大气层自然存在的物质，一些研究人员认为增加高空的硫可能并不会像其他一些补救措施(比如像往大海里撒铁屑或其他营养物质促使耗碳有机物生长)一样，会呈现出很多无法预料的风险。

不过，这种举措也不是万无一失的。众所周知，二氧化硫在低空大气中会形成酸雨。另外我们对地球大气层所做的任何改动都可能产生难以预料的副作用，比如对一个地区的降雨和干旱模式或者化学反应进行戏剧性的更改，就有可能破坏生态系统，产生难以弥补的恶果。而且要达到预期效果，二氧化硫也是需要持续添加的， 要依靠这种策略为地球遮阳就意味着人们需要花上几个世纪的工夫。

第二类阳伞：遮阳飞盘

注硫方法的缺点使得人们开始认真寻找风险更小、规模更大、造价更高的措施。其中一个就是建立太空遮阳系统。这个想法可能听起来难以置信，但是却得到了来自美国宇航局(NASA)的认可和资助，一个由天文学家和太空科学家组成的研究小组一直在致力研究这个想法并且进行了小规模的实验。这个概念虽然很简单，但要大规模实施却让人畏缩。亚利桑那大学的罗格·安琪尔是负责建造世界上许多最大望远镜的天文学家，他已经研究了这项措施的细节而且确认了它的可行性。

安琪尔的想法是利用常规芯片制造技术生产出直径为60厘米、厚度只有几微米、重量大约为1克的硅盘。每个盘上都布满了精确计算尺寸的孔洞，它们像透镜一样将入射光散射。这样，就产生了一种轻微的几乎察觉不到的将太阳光调暗的效果。

这些轻如蝴蝶的透明硅盘将被数以百万计地叠放在一起，装进金属容器中，然后用电磁轨道枪发射到太空。这种电磁轨道枪是一种已经在实验室测试过的推进方法，但是还没有在太空实际应用过。其原理和磁悬浮火车是一样的，只不过是应用在太空中的。这种方法很早就有人提出来，可将一些体积庞大的材料发射升空，比如水、火箭燃料或建筑材料，有可能比传统的火箭运输更便宜更可靠。

构成这把太空遮阳伞所需要的全部飞行器数量需要20万亿个，总质量将达到2000万吨，如果使用传统的化学运载火箭，由于它每携带一磅物体的成本是10000美元，成本肯定惊人。而用轨道枪的成本只有每磅约20美元。即便如此，光是遮阳飞盘的发射费用，就将高达近1万亿美元。

一旦飞上太空，这些容器就沿着地球的 L1点(拉格朗日点)行进， L1轨道是位于地球和太阳之间引力场抵消的地方，物体在这里保持相对固定的位置，这里正是硅盘应该释放的地方。安琪尔认为，该技术能够在25年时间里开发出来并实施，这些飞盘可以用上50年或更久，该方案的成本为几万亿美元，折合到每年的成本就是大约1千亿美元。

在L1轨道上放置遮阳凉棚，转移到达地球阳光的想法最早是由劳伦斯利佛莫尔国家实验室的詹姆斯·厄尔里在1989年提出的。不过，早先的构思是更大、更重的结构，需要在月球上研制和发射。

未雨绸缪

由肯管理的独立计算机模拟显示，除了两极的很小区域，太空遮阳系统几乎可以完全抵消全球变暖所预期的温度变化。这是因为温室效应是均衡的，两极接受的阳光比热带少，所以，阳光在两极的改变效应也比较微弱。这种冷却的区域性差别有可能引起气候模式不可预料的改变。因为在两极将很少看到由这种遮阳造成的效果，在那里冰盖可能仍然显著减少。肯指出，选择在两极注射更多的二氧化硫粒子可能有补偿的效果。

那么，到底哪种方法更有利呢？这里要考虑造价和可行性。肯说，二氧化硫的办法是足够便宜的，基本上等于免费，其工程也很简单。“而如果不考虑造价，人们将愿意采用类似安琪尔的计划。因为这种办法既清洁又可控，还可以将次生效应最小化。”

广义上的地理工程学有很大的缺点。地理工程学的应用，可能对全球气候产生风险。肯和他在卡内基研究院工作的同事最近发表了一份研究报告，提出假如生物圈适应了较少的阳光和目前的碳排放水平，那么防晒系统的任何失败都将造成迅速和严重的后果，包括把全球变暖的速度提高到目前的20倍等可能。

那么，既然存在这些风险，研究这类防晒措施还有什么意义吗？虽然一些科学家仍然感觉在公共场合宣传这种可能性是危险的，但是，绝大多数专家现在已经认为这种基础研究是值得的。正如另一位研究者沃登所说：“任何一项科学发现中，都可能包含巨大危险的解决方案，说某种技术应该下台是很荒唐的。”安琪尔补充说：“如果未来我们知道海平面有可能要升高6米，人们有可能就愿意用这种方法。”

肯是减少碳排放的坚定支持者，他也同意这种技术可以作为最后可能利用的手段。他说：“这就像急诊室的备用手术设备：你从来不想用它，但你还是要经常演练它。”