海洋地球工程的研究进展与相关国际法探析

李纪　王莹　何柳等

关键词：气候变化;海洋地球工程;国际法;海洋环境;环境影响评估

中图分类号：D990;P73;P76 文献标志码：A 文章编号：1005-9857（2022）02-0021-08

0引言

全球气候变化是21世纪人类面临的最严峻挑战之一。虽然《巴黎协定》已确定全球的减排和控温目标[1]，但全球温室气体排放仍然持续增长，同时出现美国退出《巴黎协定》[2]这样的倒退现象，各缔约国为实现总体控温目标而作出的不具约束力的承诺可能不足以完成当前的任务。在此压力下，作为“减缓”和“调节”气候变化手段的“地球工程（Geoengineering）”成为近年的研究热点。地球工程通过主动和大规模地运用工程手段改造地球环境，应对或调节气候变化的影响[3]，被认为是除减排外实现控温目标的重要手段，受到越来越多国家和国际组织的关注。地球工程一旦大规模实施，其影响将是全球性的，同时存在一定的风险，不能保证所有国家都受益，因此国际社会对于地球工程的实际开展一直保持谨慎的态度。到目前为止，对于地球工程的尝试还停留在科学探索阶段[4]。很多地球工程的相关技术于20世纪末才开始发展，在科学上尚存争议且在法律上尚待明确。准确地定义和分类这些技术并澄清其空间界限、确定管辖权和执法权以及界定对违法国家的制裁方式（包括诉诸法律、补偿和赔偿等机制），都对国际法体系提出新的挑战。

海洋作为地球气候最重要的“调节器”，是地球工程的主要研究对象，目前很多地球工程在南大洋等公海海域开展。我国正积极推进海洋地球工程相关研究，对相关国际法的清晰认知将有助于为相关科学探索创造良好的国际环境，保障其顺利实施。

1海洋地球工程的研究进展

目前海洋地球工程应对气候变化的主要工作原理包括：①通过增加海洋对碳的捕获、封存和转化，以降低大气中的温室气体浓度;②通过人工手段减少到达海面的太阳辐射，以达到降温目的[5]。深入了解主要海洋地球工程的定义、边界、发展状态和风险，有助于理解国际法原则在这些技术探索中的适用性。

1.1海洋施肥（OF）

目前全球每年源自化石能源的碳排放量约为350亿t二氧化碳，而海洋中的浮游植物（微藻）每年通过光合作用固定的二氧化碳约为200亿t[6]，因此提高海洋浮游植物的固碳能力可在一定程度上抵消人类活动的碳排放量。广义的海洋施肥主要指在特定海区投入浮游植物生长所需的营养元素（如铁、硝酸盐、磷酸盐和尿素），以加速其生长和固碳。在以南大洋为代表的广大高营养盐和低叶绿素（HNLC）海区，浮游植物的生长受到铁元素的限制。基于此，海洋学家约翰·马丁于20世纪80年代提出将43 万t铁投入南大洋，每年可多清除30亿t大气碳[7]，即轰动一时的“铁假说”。在随后20余年，科学界在HNLC海区进行13次大型现场试验以验证铁假说[8]，但也带来一系列争议。

據估算，通过铁施肥将20亿t大气碳埋藏至深海的成本约为10亿美元，这笔投资与可能带来的整体生态效益和社会效益相比并不算高[9]。然而海洋施肥可能对海洋生物地球化学循环和生态系统带来很多潜在风险，包括改变浮游植物生物群落、引发有害藻华并产生藻毒素以及加剧海洋酸化等，威胁海洋生态系统的健康[10]。从生态伦理的角度看，大规模的海洋施肥难以完全扭转当前局面并将受损的海洋生态环境恢复如初[11]。除科学争议外，向海洋投入铁等物质的合法性也成为重要问题，对此可分3种情况讨论。①海洋施肥是用于纯粹的科研目的，还是用于商业性质的碳信用抵消;②海洋施肥的时间和空间尺度应如何划分;③海洋施肥适用于哪些国际条约，其法律地位又如何界定。

1.2人工上升流（AU）

同样是以提高浮游植物的固碳能力为目标，人工上升流通过工程设计将海洋真光层下营养盐相对丰富的海水提升至表层，以支持浮游植物生长[12]。美国自20世纪70年代在维尔京群岛等地进行人工上升流研究[13]，50余年来各国科学界就如何低成本和低能耗地提高上升流效率展开研究。研究结果表明电动泵过于昂贵，而基于温度或盐度差异的上升技术则效率太低，正在探索的新技术包括波浪能上升流泵和太阳能气举泵等[14]。我国在人工上升流技术的理论和实验等方面取得一系列成果。例如：台湾大学提出的基于气力提升理论的人工上升流技术在千岛湖通过初试，验证注气上升流理论的正确性和可行性[15]。又如：厦门大学、浙江大学和中国海洋大学等在青岛鳌山湾建设的人工上升流增汇示范区为该增汇模式提供科学依据[16];通过研究以中肋骨条藻为优势种的藻类群落，发现人工上升流不仅作用于营养盐，而且流体参数的改变也会显著影响藻类的固碳作用[17];通过对气幕式和气举式人工上升流提升理论的研究，提出依靠调节注气量或涌升管布放深度以控制羽流运动的方法，同时验证气幕式人工上升流技术应用于海洋牧场的可行性[18]。我国对人工上升流的研究和应用与美国和日本等相比起步较晚，尤其在人工手段的多样化和新型绿色能源的开发利用等方面仍有巨大的提升空间[19]。

与此同时，人工上升流的开展给海洋生态系统带来风险，可能导致浮游植物从低营养物种向富营养化物种转变，改变浮游植物的生态类群[20]，并加剧海洋酸化[21]。人工上升流作为比较新颖的技术，当前没有任何法律制度明确监管其开展，而研究相关法律问题首先须明确界定人工上升流的法律地位，尤其是界定管道本身及其放置和运行活动及其在《联合国海洋法公约》中的合法性等，这些问题均须考虑人工上升流的具体部署地点，而不同部署地点涉及的法律问题也各不相同。

1.3人工海洋碱化（AOA）

人工海洋碱化应用化学方法提高海洋的固碳能力，即通过人工手段在海洋-大气界面加入大量加工过的碱性矿物质（如橄榄石和碳酸钙）或其解离产物（如生石灰和氢氧化钙），加速风化反应，以吸收更多的二氧化碳。加入矿物质可提高海水中的二氧化碳形成碳酸氢盐的能力，进一步提高海水的二氧化碳溶解度。根据模型计算结果，在海洋表层添加114pmol的碱性物质，可使海水pH 值与碳酸盐饱和状态大大高于当前水平，并将大气中的二氧化碳浓度稳定在联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）温室气体模拟RCP8.5场景下的RCP4.5水平[22]。但有实验结果显示添加的碱性物质会破坏海洋生物的酸碱平衡[23]，此外一旦大规模的人工海洋碱化活动停止，会有区域升温和海洋酸化反弹的风险[24]。gzslib202204012227

人工海洋碱化至今仅停留在实验室和模型模拟阶段，但与海洋施肥在法律上的争议非常相似，即大量和长期向海洋投入碱性物质可能超过海洋的承受能力。一旦人工海洋碱化威胁到海洋生物尤其是珊瑚的生存，《生物多样性公约》也将对其适用，有关规定也应与海洋施肥的情况相同。但由于这2项技术产生的影响不同，在监管制度上应采取不同的方式。

1.4海洋云增白（MCB）

海洋云增白的目的是减少太阳辐射到达海面，即通过船基装置喷洒高浓度的亚微米级海水微粒，推动雾霭上升至大气层，提高云对阳光的反照率，同时更多水滴的生成进一步遮挡阳光，降低阳光的透过率，以达到降温效果。美国等已进行船基实验，现有研究结果表明大规模部署海洋云增白可抵消温室气体导致的辐射增加[25]。模型模拟结果也显示海洋云增白对3个区域性问题产生效果：①南极和北极海冰的保护和恢复;②减弱正在形成过程中的飓风;③防止或减缓珊瑚褪色[26]。然而海洋云增白技术会改变降水，并对其他区域的天气产生难以预测的影响，如在太平洋开展海洋云增白可能导致亚马逊盆地的降水减少[27]。

目前没有明确规范海洋云增白技术的国际法框架，且其实施将影响大气中云的形成，活动部署地点与最终受影响的区域可能并不一致。因此，对于海洋云增白技术的讨论涉及2个方面的国际法问题。①将大量海水水滴喷洒到云中的行为是否合法，这取决于活动部署地点是否考虑到部署国和沿海国的权利和海洋管辖权;②这项技术可能对大气层造成的不利影响受到哪些国际条约的限制。

1.5海底造墙（BSW）

海底造墙直接针对冰川融化造成的海平面上升问题，即在冰川下的海床兴建人工墙壁，阻挡海洋暖水团流入冰层底部，以减缓冰川融化和海平面上升。根据IPCC的温室气体模拟（RCP8.5）结果，海平面将在2300年上升5.3m[28]。格陵兰冰盖全部融化可能导致海平面上升7.3m[29]，而格陵兰岛的大部分融冰由冰架下方的暖水驱动[30]，海底造墙技术针对格陵兰岛的10个主要冰川设计不同长度、横截面积和高度的屏障。根据数值模拟结果，虽然在极地海底造墙的施工环境恶劣且难度巨大，但预计每年花费2.75亿美元便可防止海平面上升高达5.3m[31]，在应对海平面上升的措施中投资很小。但也有模型显示如果在南极阿蒙森海开展海底造墙，反而会加速附近冰架的融化[32]。因此，虽然海底造墙具有创新性，并可能对减缓海平面上升起到一定效果，但未经过充分的模拟评估和实验室测试，不能真正地大规模投入建设。

与人工上升流的实施方法类似，海底造墙也须在海底建设工程项目。因此，在分析海底造墙涉及的法律问题时，可参考人工上升流问题的分析方法，即从法律地位的界定入手，依据《联合国海洋法公约》，将海底造墙技术的合法性问题看成部署国在该项活动中的权利和义务问题以及沿海国的海洋管辖权问题进行分析。

2海洋地球工程的法律规制

海洋地球工程存在风险和科学上的不确定性，加上国际法“碎片化”现象等现实原因，在实践中会引发很多法律问题。尤其是很多新技术探索在南大洋等公海海域进行，对现有国际法提出新问题。

因在沿海国领海、专属经济区和公海开展海洋地球工程活动受到的法律规制不同，应从相关国际条约和沿海国国内法2个层面，分别探讨在沿海国领海、专属经济区和公海开展海洋地球工程活动所享有的权利和义务。

2.1国际条约

1982年《联合国海洋法公约》为开展和促进海洋科学研究提供总体框架，其中第十三部分共28条专门用于规范海洋科学研究活动，是规范海洋地球工程活动的重要国际法依据。根据缔约方对《联合国海洋法公约》的普遍接受程度以及第十三部分对缔约方实践活动的影响，海洋科学研究的相关条款属习惯国际法范畴，即對所有海洋使用者具有普适性。

根据《联合国海洋法公约》的规定可延伸出4点结论：①在沿海国领海内以科学研究为目的航行和停留的船舶不构成无害通过，但须经沿海国批准（第二四五条）;②原则上，沿海国可在其专属经济区自由部署船舶并使用船舶开展地球工程科学研究或大规模部署，但前提是该沿海国应适当考虑其他国家的权利（第五十六条）;③沿海国以外的其他国家享有将船舶移动到沿海国专属经济区内的自由，但前提是部署国应充分考虑沿海国的权利，一旦船舶停留在某个位置对海洋环境造成破坏，则部署国的自由将受沿海国管辖（第二四六条）;④开展海洋地球工程活动的国家在行使公海自由权利时须充分考虑其他国家在行使公海自由权利尤其是航行自由方面的利益（第八十七条）。此外，第二六三条明确各国和各主管国际组织从事海洋科学研究应承担的责任，相关科研人员都应承担责任，不可推卸责任。

上述5种海洋地球工程从操作方法的角度可分为2个类型：①通过投入特定物质（如铁和矿物质）来降低二氧化碳浓度或地球表面温度;②通过在海底铺设管道或搭建围墙等设施来改变海洋环境。由于这2类海洋地球工程所适用的国际条约有所不同，须分别进行讨论。

2.1.1投入物质类海洋地球工程

《联合国海洋法公约》明确“海洋环境污染”的概念，因此向海洋投入物质须考虑是否会对海洋环境造成不利影响，如涉及海洋环境污染则须承担相关国际法律责任。

目前没有完整的国际法框架规制海洋施肥工程，因此只能从习惯国际法和国际条约中探寻该项技术的合法性。直接对海洋铁施肥工程作出规定的国际法至今仅有1992年《生物多样性公约》以及1972年《防止倾倒废物及其他物质污染海洋的公约》（《伦敦公约》）及其1996年议定书。其中，《生物多样性公约》作为全球性公约对世界多数国家和国际组织具有普遍适用性，其规定开展海洋铁施肥活动须满足“小规模”“局限于沿海海域内”和“以科学实验为目的”这3个条件，商业性和大规模的海洋铁施肥活动则被禁止。商业性的海洋铁施肥的“碳交易”与《京都议定书》具有相关性，但目前《京都议定书》仅承认“森林碳汇”，很难将海洋铁施肥纳入其适用范围，因此商业性的海洋铁施肥活动在任何法律制度下都不被允许。gzslib202204012227

专门针对海洋铁施肥的《伦敦公约》及其议定书修正案于2013年正式通过，其明确提出海洋铁施肥技术适用于“放置许可制度”。海洋铁施肥被认定为符合海洋施肥工程要求，且属于“小规模海洋科学研究”;经过充分的海洋环境影响风险评估，且活动过程可受到持续监测的海洋铁施肥活动构成合法的海洋施肥科学研究，在《伦敦公约》及其议定书的框架下受到规制。但值得注意的是，由于科学上的不确定性是海洋施肥工程的主要障碍之一，对其潜在不良后果的预防措施十分重要，须贯穿整个海洋施肥工程的实施。

人工海洋碱化与海洋施肥有相似之处，即都是向海洋投入特定物质，利用海洋环境中物质的生化作用来吸收二氧化碳，因此对于人工海洋碱化活动须首先考虑其是否构成“倾倒”。《伦敦公约》未禁止向海洋投入此类碱性矿物质，但在海上开展小规模倾倒须事先获得一般许可，而大规模投入碱性矿物质须事先获得特殊许可。对于废物或其他物质的倾倒，《伦敦公约》议定书采用比《伦敦公约》本身更为严格的标准，即禁止倾倒任何废物或其他物质，但石灰石等碱性物质在豁免清单之列。然而《伦敦公约》及其议定书修正案建立海洋地球工程许可制度（目前清单中仅列出海洋铁施肥），也为《伦敦公约》及其议定书允许人工海洋碱化提供新的可能性。此外，许多区域性海洋公约也有相关说明，如1992年《东北大西洋海洋环境保护公约》和1992年《赫尔辛基公约》不允许倾倒上述碱性物质，《保护黑海免受污染公约》未禁止使用碱性化合物但严格限定碱性化合物的排放。

由于将海水水蒸气泵入对流层属于改变或可能改变臭氧层的活动，一些国际条约适用于海洋云增白工程。《保护臭氧层维也纳公约》将“水”列为可能改变臭氧层的物质，但没有严格控制使用水蒸气的具体行为规范。《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》载有对消耗臭氧控制物质的量化义务，但水蒸气不在控制物质之列。与《保护臭氧层维也纳公约》相对应，《长距离跨界空气污染公约》针对的是可能改变臭氧层的特定种类物质，但海洋云增白使用的水蒸气和海盐均未被列为《长距离跨界空气污染公约》任何协议中的“空气污染物”。也就是说，《保护臭氧层维也纳公约》和《长距离跨界空气污染公约》均未禁止或严格限制海洋云增白技术的使用;但与二氧化碳的情况相同，当海水水蒸气超出环境的耐受水平时，海水喷洒和新云核的产生可能对生态系统和气候格局造成不利影响，即可能成为《长距离跨界空气污染公约》中污染空气的“有害物质”。

2.1.2设施建设类海洋地球工程

根据《联合国海洋法公约》，海底管道和围墙被界定为“科研设备”，应带有表明其所属注册机构或国际组织所在地的识别标记;为确保海上安全和空中航行安全，这个标记还应具有充分的警告信号;鉴于管道和围墙在水面以下，为使警告信号可见，可能需要浮标或其他浮标进行辅助。

某国是否有权开展人工上升流和海底造墙活动取决于活动的地点，这与上述沿海国的海洋管辖权与工程部署国的科学研究自由有关。在工程部署后，无论出于何种原因拆除海底管道和围墙，均应根据相关倾倒制度考虑其合法性。根据《伦敦公约》及其议定书，在海上遗弃管道和围墙构成“倾倒”，且拆除须事先获得《伦敦公约》的一般许可，而《伦敦公约》议定书则直接禁止遗弃海上管道和围墙。《东北大西洋海洋环境保护公约》规定只要相关缔约方主管当局逐案签发许可，可将管道和围墙全部或部分留在海上，但这项规则不适用于兼为《东北大西洋海洋环境保护公约》和《伦敦公约》议定书的缔约方。《联合国海洋法公约》关于拆除设施合法性的规定须考虑使用设施的目的和设施放置的位置：①沿海国可自由移走或留下其放置在其领海中的管道和围墙，并有权移走其他国家或国际组织漂入其领海或未经其同意置于其领海内的设施。②未经沿海国事先明确批准，不得在其专属经济区内或大陆架上倾倒，经沿海国批准的须遵守《伦敦公约》议定书的相应规则;对于沿海国出于科学研究目的在其专属经济区内放置的管道和围墙，沿海国有权根据情况自行决定是否将其拆除;如果沿海国是《伦敦公约》缔约方，则其酌处权须符合《伦敦公约》的规定。③未经主管当局许可，不得将管道和围墙留在公海海域;如果注册管理国是《伦敦公约》缔约方，则必须拆除管道和围墙。

2.2我国国内法

在我国管辖海域内开展海洋地球工程活动须遵守《中华人民共和国海洋环境保护法》的有关规定，确保海洋地球工程活动的开展符合我国海洋环境保护标准;开展单位须对海洋环境进行科学调查并提交环境影响报告书，以获得海洋行政主管部门的批准。除此之外，开展海洋地球工程活动还应建设与主体工程同时设计、施工和投产使用的环境保护设施，经海洋行政主管部门验收合格后方可投产使用。

根据《中华人民共和国涉外海洋科学研究管理规定》，外方在我国内海和领海开展海洋地球工程活动须采取中外合作的方式，且所获样品和原始资料归我国所有;外方在我国管辖的其他海域开展海洋地球工程活动可以单独行动，但须得到我国海洋行政主管部门的批准且不得违反我国法律规定，所获样品和原始资料我国可以无偿使用。

开展人工上升流活动须遵守我国《铺设海底电缆管道管理规定》，并由自然资源部主管。在开展勘探调查活动的60日前向自然资源部提出书面申请，在铺设管道的60日前将管道的用途、特性、长度和环境影响等说明材料报自然资源部审批;随后管道的拆除和廢弃工作须提前报告，且所有活动都不能妨碍海上正常秩序。

向海洋投入铁和碱性物质等活动须遵守《中华人民共和国海洋倾废管理条例》的有关规定。铁和碳酸钙既不属于“附件一”中的禁止倾倒的废弃物和其他物质，也不属于“附件二”中的事先获得特别许可才可倾倒的废物，因此开展此类海洋地球工程须得到行政主管部门（自然资源部及其派出机构）的普通许可，做好环境影响评估和监督工作，且不损害海洋生态环境和人类生命健康。

虽然国际法和国内法是不同的法律体系，但二者之间相互联系。秉持“国际法不得干预国内法，国内法不得改变国际法”的原则，在遇到冲突问题时，如果宪法和基本法的规定不明确，还要采取具体问题具体分析的解决办法。gzslib202204012227

3结语

海洋地球工程技术为减缓全球气候变化提供新思路，很有可能成为应对气候变化的有力工具。同时，这种人为改变海洋环境的手段也可能对气候系统产生新的不确定影响，这就意味着地球工程技术本身就是通过创造风险来减少全球变暖损害的风险，但目前仍难以明确2种风险对人类和环境造成的影响哪种较小。此外，地球工程技术存在争议的主要原因在于其本身在科学上存在不确定性，即缺乏具有说服力的研究成果和数据说明，因此目前在技术和风险之间仍较难实现平衡。

除技术本身存在争议外，现行国际法对上述2种风险也存在监管空白。①国际法本身“碎片化”，而海洋地球工程涉及海洋环境保护、地球工程活动规制和气候变化应对等不同领域的国际法，相关法律还具有习惯法、国际条约和大量不具有法律效力的决议等多个效力层级;②目前仅有海洋铁施肥技术可适用《伦敦公约》及其议定书修正案的“放置许可制度”，其他技术没有明确的法律规范，而“放置许可制度”本身也存在极大的局限性;③法律的不明确性使很多问题处于含混不清的境地，如相关活动的“大规模”和“小规模”始终没有明确的定义和标准。

鉴于当前全球气候变化的紧迫形势，国际社会对地球工程技术的兴趣将持续增大。为更好地应用相关技术，应从地球工程技术本身和相关国际法出发，一方面，加强对技术的了解和认识，完善风险评估体系，将技术给环境和人类带来的风险尽可能最小化;另一方面，为相关技术建立完整的国际法框架，将新的技术方法纳入法律体系，完善对于技术不确定性的规范要求，建立合理审慎的管理机制。

实现风险平衡的最佳途径即建立适用于所有地球工程技术的总体评估框架，既能在透明的评估过程中监督活动开展者履行义务，又使活動的开展更具合法性。根据工程潜在影响和当地环境容纳量，做好物理、化学、生物和地质等方面的环境基线值动态分析[33]。参考《南极条约环境保护议定书》附件一建立评估框架：①初步评估活动的时间和空间规模，如确保活动的潜在影响极小且不会造成跨界损害即可批准，否则将区分活动规模继续评估。②如小规模活动的不利影响在评估标准范围内则可能批准，否则应拒绝开展活动。③对于大规模活动的评估，应从对环境和人类2个方面的不利影响来考虑。一方面，评估活动地点是否靠近特殊环境敏感性和重要性或可能对人类产生重大影响的地区;另一方面，评估技术效果是否对环境可持续发展造成威胁或对人类和有价值的生物物种产生严重影响。

从技术层面来看：①须更加明确地球工程技术对于减缓气候变化的贡献是否能抵消技术所产生的不利影响，通过研究尽可能得到量化的答案;②地球工程活动的开展存在一定的时间效应，对环境的持续性影响尚未可知，因此须做好基线调查和长期监控工作，避免对环境造成不可逆的影响;③每种技术所采用的某些特定程序和物质是根据现有知识设计的，随着技术的发展成熟，这些条件须根据新的信息加以修改。从国际法层面来看：①国际法并非自一开始就绝对禁止开展地球工程活动，其管辖的是一切正在发生或可能发生的物理风险;②国际法应为地球工程技术提供完整的管理框架，主要目的是在技术潜在风险和气候变化产生的不利影响之间达到平衡。此外，各国应加强国际合作，以实现人类共同利益为首要目标，促进科技发展与环境稳定的共赢。