地球工程莫非是人类阻止气温上升的最后手段?

地球工程,又称气候工程,其定义是利用一整套旨在刻意改变气候系统的方法和技术,以便减轻气候变化的影响。早在1965年,美国总统科学顾问委员会便建议利用增加云层、在热带地区安置反射性材料等人工手段对抗气候变化。地球工程一词则最早出现在1977年Marchetti的研究报告中,提出可以将二氧化碳注入海洋以减轻温室气体效应。通常考虑使用的地球工程方法有两大类:太阳辐射管理和二氧化碳消除。前者旨在通过增强地球反射能力来抵消因人类活动产生的温室气体带来的升温;后者旨在降低大气中二氧化碳的浓度。

二氧化碳消除法

Carbon Dioxide Removal,CDR

CDR法旨在通过有计划地改变碳循环过程或采取工业手段,将二氧化碳从大气中清除。从大气中清离的碳将会储藏在陆地、海洋或地质储层中。一些方法依靠的是生物进程,如大规模植树造林或植树还林、生物碳土壤碳捕获、生物能源结合碳捕获和封存(BECCS)、以及海洋施肥。还有一些方法依靠的是地质过程,如加快陆地或海洋中硅酸盐岩石和碳酸盐岩石的蚀化。大气中移除的二氧化碳将继而以有机形式储存于陆地储层中,或以无机形式储存于海洋储层及地质储层中,储存时间至少长达几百年。

海洋施肥

向海洋中添加养分(海洋施肥),提升海洋表层生产率,且向海洋下方运送少量随之产生的生物碳;

海洋碱化

向海洋中添加从固体矿产中提取的碱,比如添加石灰,使更多大气中的二氧化碳溶于海洋;

直接空气捕获

以化学方式获取大气中的二氧化碳,储存于地下或海洋中;

生物能结合碳捕获与封存技术(BECCS)

发电厂利用碳捕获燃烧生物质,捕获的二氧化碳储存于地下或海洋中;

植树

通过植树造林和植树还林进行二氧化碳捕获;

CDR法是否有效的一个主要不确定性是移除碳的储存能力和时效期。长远来看,借助这种方法可以将碳永久地移除并储存,从而减缓气候变暖。然而,非持久的储存策略可能会使二氧化碳重返大气层,导致再次升温。CDR也可能对气候和环境产生副作用。比如在季节性积雪的北部地区植树造林可加速全球变暖;反之,在热带植树造林对于减缓全球变暖更加有效。基于海洋的CDR法依赖生物生产(如海洋施肥),这样可能会对海洋生态系统,海洋酸度产生大量的副作用,并产生非二氧化碳温室气体的排放。

太阳辐射管理

Solar Radiation Management,SRM

地球大气层以及地表的太阳光吸收量对全球平均表面温度有着巨大影响,并可使地球变暖,由于温室效应的存在,通过这一过程,温室气体和云影响能量最终反射回太空的方式。如果由于增加了地球的反射率而减少了太阳光的吸收量,或是由于温室效应的作用减弱而使能量更有效地排放到空间,那么全球平均表面温度将会降低。

平流层气溶胶注入

利用飞机、火箭或气球将二氧化硫等细小颗粒(气溶胶)注射到高空大气中,从而反射掉一部分太阳光线。这样能够暂时为地球降温,类似于过去大型火山喷发后的情形。

海洋云增白

向空中喷洒海水,使云层更白,增加云层日光反射率。

卷云变薄

高空卷云能像温室气体一样,阻碍热量的逸散。通过增加高空卷云的凝结核可以让它变得更薄,让更多热量散发到太空。

微型泡沫

将化学制剂添加到海洋或船舶尾波中来增加泡沫量。这样可以提高海面亮度,提高反射率。

白色屋顶

利用颜色较浅的屋顶反射更多的阳光,使城镇和城市保持凉爽。

反光层

用大面积塑料薄膜覆盖沙漠来反射阳光。种植更多反光作物;

太空镜

放置在地球和太阳之间以挡住太阳辐射的装置;

虽然全球平均表面温度与到达地表的阳光量以及温室效应的变化息息相关,但是影响指定时间、指定位置温度的其他因素却有很多,模型计算表明,到达地表的太阳光的均匀减少可能会抵消全球平均二氧化碳引起的气温升高,但某些地区会不如其他地区那样降温。

理论上,SRM可以迅速抵消人为的气候变化,在十年至二十年之内把地球降温到前工业化时代的水平。这可以从气候模型也可以从大型火山喷发的气候记录中得到证实。1991年被详实记录的皮纳图博火山喷发造成了平流层气溶胶暂时增加,而且表面温度迅速下降了约0.5℃。利用SRM来抵消增加的温室效应,以此来稳定表面温度,这在某种程度上将降低全球平均降雨量,并且有明显的地区性。如果将SRM技术用于避免由二氧化碳浓度升高带来的后果,随着SRM的规模增加,其危险性、副作用和缺点将明显增长。

 

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