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遮陽工程解決全球暖化的危機

發布日期:2009-09-22 點擊數:

  目前許多科學家支持“地球工程”的研究,目標是減緩甚至扭轉全球暖化的趨勢。

  -在諸多地球工程的方案中,遮蔽陽光能立即見效,但這些方案都有著無法預期的副作用。

  -將二氧化硫注入平流層(如同火山噴發產生的效果),是目前最確定可行的陽光遮蔽法。其它方案包括讓海鹽微粒懸浮在大氣中,使海上的云層更明亮,或是在太空中建造遮陽傘。

  加拿大埃布爾達省卡加立大學的物理與能源專家凱斯(David W. Keith)每次在上課中提到“地球工程”(geoengineering)時,總會說這個概念由來已久。自從全球暖化成為令人憂心的議題后,人們便開始討論有計劃的改變氣候來對抗全球暖化的可能性。

  早在1965年,美國前副總統戈爾還是大學新鮮人時,一個由杰出環境科學家組成的委員會,便警告當時的總統約翰遜:燃燒化石燃料產生的二氧化碳(CO2)可能會造成“氣候的顯著改變”并“導致危險的后果”。

  然而,這群科學家并未提到降低CO2排放的可能性,相反的,他們考慮將“能夠反射陽光的微粒”散布到面積約1300萬平方公里的海面上,以便將1%的陽光反射回太空。凱斯說:“這個瘋狂的點子根本不可行”。

  數十年后,地球工程的點子雖然沒有消失,卻被放逐到科學的邊疆。科學家與環保學者認為,這些想法不僅愚蠢而且違反道德,會使人們逃避解決全球暖化的根本成因。然而近來三項事態的發展,又將地球工程帶回主流科學家的討論中。

  首先,即使各國大力呼吁并簽訂各項國際協議,CO2排放量的上升趨勢,依然比跨政府氣候變遷研究小組在2007年預測的最糟情況還要快。美國斯坦福大學卡內基科學院的氣候模型學家卡德拉(Ken Caldeira)說:“人類對燃煤的依賴有增無減,導致CO2排放量持續上升。”

  其次,極地的冰層正以前所未見的速度融化中,意味著氣候變遷比起任何人想象的更瀕臨崩潰的危險邊緣。

  最后,著名的荷蘭大氣化學家克魯琛(Paul J. Crutzen)在2006年《氣候變遷》期刊中發表了一篇論文,憂心忡忡地疾呼各界應該認真探討地球工程的可能性。凱斯說:“這篇論文透露出重大訊息。”克魯琛對于大氣臭氧層遭受破壞的研究,讓他獲得1995年的諾貝爾化學獎。如果連他都開始認真考慮地球工程,看來每個人都該這么做。

  到了2007年11月,凱斯與美國哈佛大學的地球物理學家施拉格(Daniel P. Schrag),很快就邀請到許多頂尖的氣候學家與熱心的地球工程學家,參加一場在美國麻州劍橋舉辦的研討會。會后所有人都同意必須進行更多的研究,有些人覺得地球工程的想法令人振奮,有些人認為兩害相權取其輕,有些人則希望一勞永逸地解決全球暖化問題,然而科學家的共識是:“地球工程回來了。”

  地球工程的方案分為兩類,不妨想象成兩個可以控制地球氣溫的旋鈕。其中一個旋鈕控制讓多少陽光(或者更精確的說是多少太陽能)抵達地球表面,另一個旋鈕則控制讓多少熱量逸散回太空,而后者取決于大氣中有多少CO2。將CO2從大氣中移除的方案,例如在海水中施放含鐵的肥料,能從根本解決問題,但必須花上數十年才會見到成效。相反的,遮蔽陽光的方案,理論上能夠立即停止全球暖化,不過效果只有在遮蔽作用持續時才看得到。因此科學家將遮蔽陽光的想法視為解決氣候問題的緊急對策。施拉格問道:“如果明天格陵蘭的冰層開始崩塌,而你是美國總統,你該怎么辦?你沒有選擇的余地。”

  然而截至目前為止,針對任何做法或可能因而引起無法預測的巨大副作用,相關研究依然太少,卡德拉說:“大部份的研究都停留在業余階段,以空談的成份居多。”某些方案根本不可行,例如在廣大的海面上施放能反射陽光的微粒,勢必污染海水,而且這些微粒極可能很快被沖刷上岸,但有些方案或許值得考慮。

  要駁回地球工程背后的基本主張也越加困難。幾乎沒有研究人員認為遮蔽陽光是降低大氣層CO2含量的解決方案,或是地球工程可以獨力解決全球暖化問題,不過他們主張地球工程可以爭取時間,讓人類完成改用碳中和(carbon-neutral)能源的革命。美國國家大氣研究中心(NCAR)的威格里(Tom M. L. Wigley)說:“我認為應該考慮地球工程的原因是,臺面上降低CO2排放量的方法都無法拯救地球,沒有人認真考慮技術上的困難。”

增加平流層中的硫酸微滴

  克魯琛與威格里共同主張的地球工程方案是最便宜、而且確定可行的一種。早在1974年,俄國列寧格勒地球物理主觀測站的物理學家布迪科(Mikhail I. Budyko)便提出了這項方案,做法是將數百萬噸的二氧化硫(SO2)注入平流層中,二氧化硫與氧氣、水和其它分子反應,形成由水、硫酸(H2SO4)、塵埃、鹽粒或其它微粒組成的硫酸微滴,進而使硫酸與水凝結在微滴上。所有人都同意,硫酸微滴形成的云可以散射陽光,讓夕陽看起來更紅、天空顯得黯淡,而地球表面的平均溫度會下降。1991年菲律賓皮納吐坡火山爆發,將2000萬噸的二氧化硫噴入平流層中,使往后一年內的全球平均溫度下降了0.5℃。卡德拉說:“因此基本上我們確定,這個方法確實有效。”事實上,早在克魯琛發表論文的10年前,卡德拉便已經開始以模型測試這項方案了。

  當克魯琛出面呼吁時,世界對于地球工程的接受度更高了,因為在布迪科發表論文之后,全球氣溫至今已升高0.5℃,導致許多冰層融化。20世紀90年代,勞倫斯利佛摩國家實驗室的泰勒(Edward Teller)與同事建議,金屬微粒也許可以在空中停留更久,并能反射更多陽光,但是克魯琛堅持使用早已驗證有效的二氧化硫,這讓他的提議顯得更有說服力。

  克魯琛指出,由于燃燒化石燃料,每年有5500萬噸的二氧化硫(加上80億噸的CO2)被釋放到低層大氣中。根據世界衛生組織的估計,高濃度的二氧化硫每年殺死50萬人,然而二氧化硫也會冷卻地球,但沒有人知道幅度有多大。因此當政府實施污染防治法時,例如美國的空氣清凈法案,也同時會讓全球暖化更嚴重。克魯琛建議,將部份的二氧化硫注入平流層看來十分合理,畢竟二氧化硫在高空中會幫地球擋住陽光,而不至于殺死我們。

  布迪科的原始構想是利用飛機在平流層中燃燒富含硫的燃料,克魯琛則提議利用氣球將二氧化硫送上高空。如果大氣中的CO2濃度比工業革命之前上升了一倍,那么需要多少二氧化硫,才能抵消CO2所造成的全球暖化效應呢?每個人的估計都不同。單純以硫的重量來說,威格里估計每年需要500萬噸,而克魯琛與NCAR的拉許(Philip J. Rasch)則估計150萬噸便足夠,前提是人造微粒的平均直徑,必須比火山噴發的微粒還小(后者直徑小于0.2微米)。

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