海洋地球工程技术种种

编译 郝雨

在目前全球气候变暖的背景下，“地球工程”应运而生。地球工程是指通过主动大规模运用工程手段改造地球环境，以应对气候变化的影响。海洋作为地球气候最重要的“调节器”，是地球工程的主要实施目的地，目前很多地球工程在南大洋等公海海域开展，因此也就出现了海洋地球工程。

挖掘海洋节能减排的潜力并不是新点子。目前，大西洋东北沿岸遍布海上风电场；2022 年仅上半年全球就有33 个新的海上风电场投入运营，其中我国有25 个。其实，广袤的海洋可以发挥的作用更多。

给海洋补点营养

在陆地上能种树，而在海里也能种藻、种浮游植物。虽然藻类和浮游植物的“单兵作战”的降碳能力远不如陆上的树木，但海洋的容量大呀！大量“小兵”一块儿工作，降碳能力便相当可观。作为初级生产者,藻和浮游植物能够捕食二氧化碳,并将其转化为蛋白质、碳水化合物、色素等高附加值产品。

有了思路，下一步要考虑的就是怎么在海洋里多种点固碳生物。20 世80 年代，海洋学家马丁·约翰发现某些海域的浮游植物生长跟铁元素的关系很大，而且南极冰芯记录显示，在含铁沙尘多发的时期，地球大气中二氧化碳浓度往往比较低。于是他想：往海洋里多撒点铁肥，促进固碳生物生长，让它们用力吸碳，之后不管它们是自然死亡还是被动物吃进肚子里，最终都会沉降下去，这不就把碳封在海底了吗？这就是著名的“铁假说”。在1988年的一次报告中，马丁·约翰说出了“给我半船铁，还你一个冰河时代”的豪言壮语。

然而，从1993 年起，科学家在多个海域施了13 次“铁肥”，这些实验的结果跟“铁假说”的预期都相差甚远。施“铁肥”确实促进了固碳生物生长，甚至形成了藻华，但并没有很多碳被转移到深海。大部分水生生物吃下二氧化碳生成的有机碳，在它们死后不久就在海洋上层分解了，又变成二氧化碳进入大气，根本不会长埋海底。但在历史上沙尘沉降剧烈的时期，大气二氧化碳就是少呀？那么，到底是“铁假说”的哪里出了问题呢？

原来，沙尘沉降等自然施肥过程不仅会带来铁元素，还会向海洋输入铝等其他元素。科学家从2010 年起研究铝对海洋固碳生物的影响，他们指出，铝或许能提高生物利用铁的效率，还可能降低有机碳的分解速率。看来，培养海洋固碳生物，得铁铝并施。于是，“铁假说”的升级版——“铁铝假说”形成了。

2021 年，我国科学家采用放射性同位素示踪技术证实，只需向海水中添加极微量的铝，就能显著提高海洋硅藻的固碳量。据估算，每升海水中只需再多40 纳摩尔的铝，沉降至海平面下1000 米的有机碳或许就是当前的十倍甚至千倍，这无疑会显著提高海洋的碳汇能力，从而有利于气候变化。该研究为“铁铝假说”提供了有力证据！

给海洋“清肠胃”

尽管“铁铝假说”形势大好，但仍有科学家对此持反对意见。他们认为，藻类和浮游植物大量繁殖，不仅会让海里的溶解氧骤减，还会阻碍阳光射入水下，生态环境很可能因此遭到破坏。所以，并非整个海洋固碳研究领域都把宝押在了“铁铝假说”上。另一种海洋地球工程理论认为：工业革命后的两个多世纪以来，海洋一直在吸收人类生活生产排放的大量二氧化碳，这些二氧化碳溶于海水转化为碳酸，早已悄然增强海水酸性，酸性增强后的海水很难再“大口吃碳”，因此，我们应该往海底倒碱，把酸性物质中和掉，给大海清清“肠胃”。

从理论上讲，这样做只是让这些年来逐渐酸化的海水恢复原样而已，中和海水的副作用应该不大。然而，实际情况很复杂，最容易想到的一点就是中和不均匀的问题，毕竟倒进海底的东西需要时间扩散，在碱性物质大面积铺开之前，局部海域的碱性可能会非常高，由此产生的影响不受控制。

虽然海水中和理论至今仅停留在实验室模拟阶段，但其实它跟给海洋施肥有相似之处，二者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，因此须首先考虑其是否构成“倾倒”。能不能往海里投放各类物质，谁说了算？这是一个棘手的问题。基于以上原因，目前，海水中和理论的实验对象大多是监管较松的公海。就算海水中和理论在实验室被证明有效，其大规模运用也可谓道阻且长。

把海底营养拉上来

虽然很多海洋工程技术旨在通过投放来增大海洋肥力，但其实海里的营养并不少，只是它们大多数都堆在海底，海面的固碳生物用不了。在自然条件下，有一种现象能时不时地把海底营养带到海洋上层，它就是上升流。上升流是指在风的作用下，温度较低、密度较大的下层海水流向海洋表面，取代温度较高的表层海水的现象。该过程把富含营养的深海物质带至海洋表层，有利于生物繁殖，当然，其中就包括“固碳能手”藻类和浮游植物。自然上升流虽好，但通常只能在特定的地区和季节形成，有显著的局限性。所谓人工上升流，就是要通过放置人工系统，形成自海底到海面的海水流动，弥补自然上升流的缺点。

实现人工上升流的方法有很多。首先，可以在近岸水域投放大量石块，打造人工海底山脉。海流在撞到这些山脉时，就会因受阻而上涌。其次，可以“简单粗暴”地用机械泵把深海水抽上来。另外，还可以用气泵把压缩空气打到海底去，这些空气会在水中形成气泡，再卷夹着深层海水逐渐上升，这叫作气力提升式人工上升流。近年在我国青岛鳌山湾海域实施的一项示范工程就利用气力提升式人工上升流，在42 个月的时间里促进了示范区近500 亩养殖海带增产增汇。增产好理解，而这增汇，其实说的就是增加了碳汇，有利于环保。

给海洋上空的云“美白”

谈了很多立足海下的方案，咱们再仰起头来，看看海洋上空，了解一种叫作“海洋云增白”的技术。虽然名字是“云增白”，但其实叫“云增厚”更好理解。云是由大量凝结在固体微粒周围的水滴和冰晶形成的，这些水滴和冰晶会均等散射所有波长的光，让阳光呈现其本色——白色。云越厚，遮挡的阳光越多，云看起来就越白。所以，云增白，就是通过人工手段扩充云层，加厚地球的“遮阳伞”。用什么手段呢？把海水抽上来，雾化，往天上喷。富含海盐微粒的雾霭上升到低空的层积云中，就能凝结更多水蒸气，从而形成更多的云。

近年来，澳大利亚自然观景胜地大堡礁的珊瑚白化现象日益严重。2021 年，科学家在该地区首次“真枪实弹”地试验了海洋云增白技术。他们在一艘渡轮上安装了320 个喷嘴，让它们齐齐喷出海雾，以期通过这种技术为下面的珊瑚群提供荫蔽。

在海下造墙

全球变暖导致两极冰川面积逐年减小，为此，科学家提出了一种缓“冰”之计——在海下造墙——人工屏障不仅能阻止冰川移动，减缓冰川崩裂速度，还能阻挡海洋暖水团流向冰层底部，减缓冰川融化速度。拜棕榈岛的开挖量。建成后，有效缓解南极西部冰川崩塌问题的概率为30%。第二种方案，在海底兴建一道较矮的人工墙，将温暖海水和冰川底部隔开。由于海底环境较恶劣，所以这种方案的工程相对复杂，不过，该方案奏效的可能性估计可高达70%。

位于南极洲西南部的思韦茨冰川是占地面积最广的冰川之一。它一旦崩塌，将导致全球海平面急剧上升，因此又被称为“末日冰川”。2018年，科学家以思韦茨冰川为对象，设计了两种方案，用计算机模型估测了在此修筑海底墙的效果。第一种方案，沿着思韦茨冰川的底部周围建造一圈约300 米高的圆柱，把冰川“箍”住。该工程总计需要0.1～1.5 立方千米的材料，这个规模相当于迪

虽然海洋地球工程是当下的热点研究领域，但也存在一些反对的声音，认为人类不应对技术过度自信，从而忽视技术背后的风险。海洋地球工程技术很有可能成为应对气候变化的有力工具，而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。应该说，任何海洋地球工程技术都应在解决问题与规避风险中寻求平衡。