為了使全球變暖的趨勢(shì)減緩，科學(xué)家們想盡了各種辦法。能否通過(guò)減少進(jìn)入地球的太陽(yáng)光來(lái)消除溫室效應(yīng)的影響，成了一些研究人員關(guān)注的焦點(diǎn)。據(jù)《環(huán)境研究快報(bào)》雜志11月18日在線發(fā)表的一篇論文顯示，開(kāi)普敦大學(xué)的科學(xué)家們正在開(kāi)展一項(xiàng)新的研究，他們?cè)噲D通過(guò)向地球大氣中噴射反射粒子，阻止一定比例的陽(yáng)光到達(dá)地表，以解除地球因持續(xù)氣候變化而面臨的干旱危機(jī)。

持續(xù)的氣候變化緣何會(huì)造成毀滅性干旱威脅?選擇反射粒子有何標(biāo)準(zhǔn)?如何噴射到合適的位置?通過(guò)噴射反射粒子為地球打上“太陽(yáng)傘”的方式能起到多大作用呢?科技日?qǐng)?bào)記者就此采訪了相關(guān)人士。

受火山爆發(fā)后冷卻效應(yīng)啟發(fā)

2015年開(kāi)始，被藍(lán)色海洋環(huán)繞的南非第二大城市開(kāi)普敦連續(xù)幾個(gè)冬季遭受了百年不遇的干旱。按照預(yù)估，開(kāi)普敦需要在2018年4月12日關(guān)閉供水系統(tǒng)、限制居民用水，這一時(shí)間節(jié)點(diǎn)當(dāng)時(shí)被叫作“零日”，人們也把這次事件稱作“零日”危機(jī)。雖然通過(guò)削減市政用水，同時(shí)緊急調(diào)配農(nóng)業(yè)用水，開(kāi)普敦這次“零日”危機(jī)得以避免。但相關(guān)專家認(rèn)為，當(dāng)?shù)氐母珊惮F(xiàn)象與地球氣候變化息息相關(guān)，要徹底消滅“零日”危機(jī)，還需要從整個(gè)地球的氣候系統(tǒng)入手。

“干旱、洪澇災(zāi)害，是地球系統(tǒng)氣候變化的表現(xiàn)形式之一，在地球氣候變化歷史上都是存在的。”浙江大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院副教授高超超在接受記者采訪時(shí)表示，過(guò)去100多年，人類活動(dòng)加劇了溫室效應(yīng)，全球變暖現(xiàn)象愈演愈烈，地球表面的蒸發(fā)量增加，整個(gè)地球系統(tǒng)原有的水循環(huán)被改變，目前大氣系統(tǒng)里的水熱資源更豐富，但這些水可能會(huì)集中在某段時(shí)間降落在某個(gè)區(qū)域。相應(yīng)的，其他地區(qū)或該地區(qū)的其他時(shí)段降水會(huì)大幅減少，干旱發(fā)生的頻率和強(qiáng)度也就隨之上升。

為了抗擊氣候變化影響，科學(xué)家們開(kāi)展了相應(yīng)的地球工程研究。太陽(yáng)輻射管理就是地球工程之一。據(jù)了解，太陽(yáng)輻射管理的想法是受到了火山爆發(fā)后冷卻效應(yīng)的啟發(fā)。

1991年菲律賓皮納圖博火山爆發(fā)，向大氣中釋放了大量二氧化硫和硫化氫氣體，形成硫酸鹽氣溶膠。這些氣溶膠在一定程度上反射了太陽(yáng)的短波輻射，減少了大氣中的熱量，給地表帶來(lái)了降溫效應(yīng)，數(shù)據(jù)顯示，1992至1993年間地球溫度下降了約0.4℃。由此，有科學(xué)家開(kāi)始建議用配有特殊裝置的飛機(jī)在平流層噴灑氣溶膠，來(lái)復(fù)制這種火山效應(yīng)。

高超超告訴記者，2006年前后，兩位美國(guó)科學(xué)家開(kāi)展過(guò)一項(xiàng)地球工程項(xiàng)目研究，提出在距離地面大約20公里的平流層處高度部署材料，有望將人類活動(dòng)增加的輻射熱量減少一半。此次開(kāi)普敦大學(xué)科學(xué)家發(fā)布的研究成果，是在考察過(guò)這個(gè)工程后，認(rèn)為可以利用該工程項(xiàng)目模型，將一種特定類型的粒子釋放到大氣中阻擋陽(yáng)光，一旦成功的話，有望將“零日”危機(jī)發(fā)生的幾率降低90%。

為什么反射粒子一定要噴射到平流層中呢?高超超告訴記者，哈佛大學(xué)的科研團(tuán)隊(duì)曾對(duì)此做了專門研究。他們發(fā)現(xiàn)，如果粒子噴射到距離地面更近的對(duì)流層，它可能很快會(huì)隨天氣過(guò)程比如降水降落到地面，起不到長(zhǎng)期反射太陽(yáng)輻射的作用。而平流層相對(duì)干燥，空氣不易產(chǎn)生對(duì)流，且大氣運(yùn)動(dòng)多是水平方向，有利于反射粒子穩(wěn)定發(fā)揮作用。大氣中平流層再往上的部分是中間層，這里的空氣對(duì)流運(yùn)動(dòng)強(qiáng)盛，如果將反射粒子發(fā)射到這個(gè)區(qū)域，粒子很有可能隨著氣體流動(dòng)進(jìn)行無(wú)規(guī)律擴(kuò)散，并且發(fā)射到這里的成本也會(huì)相對(duì)較高。

對(duì)反射粒子的選擇有講究

事實(shí)上，“調(diào)暗”陽(yáng)光的設(shè)想并非空中樓閣，此前已經(jīng)有科學(xué)家開(kāi)展過(guò)相關(guān)試驗(yàn)。如2009年，俄羅斯科學(xué)家曾以直升機(jī)拋灑等方式拋灑硫酸鹽顆粒;2011年，美國(guó)加州大學(xué)的研究人員也曾在圣地亞哥沿海進(jìn)行過(guò)類似實(shí)驗(yàn)。

據(jù)了解，噴射粒子也有一定的選取標(biāo)準(zhǔn)，如粒子的反射性能要達(dá)到一定規(guī)格，由它們拼成的小顆粒在懸浮于大氣平流層時(shí)，形成的粒徑大小要正好能夠“對(duì)抗”太陽(yáng)的短波輻射，這樣才能達(dá)到最佳的反射效果。

更重要的一點(diǎn)是，從環(huán)境角度來(lái)看，反射粒子一定不能對(duì)大氣化學(xué)系統(tǒng)產(chǎn)生不良影響。最初，有科學(xué)家設(shè)想在平流層中噴射硫酸鹽顆粒，很快遭到其他科學(xué)家的反對(duì)，因?yàn)檫@將導(dǎo)致平流層中臭氧層的嚴(yán)重破壞。目前全球臭氧損耗正處于恢復(fù)時(shí)期，臭氧損耗物質(zhì)在逐漸減少，如果噴射大量硫酸鹽顆粒進(jìn)入平流層，很有可能中斷臭氧的恢復(fù)。

此外，空氣是垂直上升運(yùn)動(dòng)的，隨著空氣的上升，地面的水汽被夾帶著一起上升，在這個(gè)過(guò)程中，水汽是否成云，與供水汽凝結(jié)的凝結(jié)核多少有很大關(guān)系。即便水汽含量特別大，若沒(méi)有或僅有少量的凝結(jié)核，水汽也不會(huì)充分凝結(jié)增長(zhǎng)。因此，科學(xué)家心目中理想的反射粒子還有一個(gè)共同點(diǎn)就是，它們能起到凝結(jié)核的作用，使得大量的噴射粒子到達(dá)平流層后，不僅其自身能夠阻擋陽(yáng)光，還能凝結(jié)成云，對(duì)太陽(yáng)光起到很好的阻擋效果。

至于如何選取反射粒子的噴射位置，在高超超看來(lái)，隨著地球自轉(zhuǎn)，一般兩周內(nèi)大氣環(huán)流就會(huì)繞赤道一周，所以噴射地點(diǎn)不用考慮360°環(huán)繞。

只是應(yīng)對(duì)氣候變化的后備方案

粒子噴灑上去后，真正的效果如何，是大家非常關(guān)注的問(wèn)題。

有美國(guó)科學(xué)家曾經(jīng)提出，可以將碳酸鈣作為反射粒子噴射到平流層來(lái)完成該項(xiàng)任務(wù)，因?yàn)樘妓徕}的顆粒除了能夠反射陽(yáng)光外，還能中和平流層中因火山爆發(fā)而出現(xiàn)的大量硫化物，減少酸雨的生成，因此平流層中的臭氧層將不會(huì)被反射粒子破壞，同時(shí)還能幫助修復(fù)臭氧空洞。

這個(gè)看似一舉兩得的設(shè)想?yún)s招致了其他科學(xué)家的批評(píng)，甚至通過(guò)噴射粒子阻擋陽(yáng)光的整個(gè)設(shè)想也有人提出反對(duì)的聲音。有科學(xué)家利用數(shù)值模型模擬在南北緯15°和30°上空的平流層注入氣溶膠，結(jié)果顯示，這種做法雖然可以降低地球表面溫度，但同時(shí)也會(huì)破壞海洋循環(huán)系統(tǒng)平衡，進(jìn)而導(dǎo)致海洋持續(xù)變暖。

“原本海洋和陸地之間是有溫差的，海陸溫差是整個(gè)地球系統(tǒng)季風(fēng)氣候的強(qiáng)有力的驅(qū)動(dòng)源。如果海洋變暖，海陸溫差出現(xiàn)波動(dòng)，季風(fēng)環(huán)流和降水就會(huì)削弱，會(huì)對(duì)整個(gè)全球的季風(fēng)區(qū)氣候、降水造成很大影響。”高超超告訴記者。

此外，還有科學(xué)家提出，利用反射粒子減少太陽(yáng)光對(duì)地表輻射是一個(gè)“治標(biāo)不治本”的手段，因?yàn)榇髿庵械臏厥覛怏w總量并沒(méi)有減少，而氣溶膠的生命周期又很短，對(duì)流層氣溶膠的壽命一般只有幾天到幾周，平流層中雖然氣溶膠壽命較長(zhǎng)，但總會(huì)消失，當(dāng)反射粒子形成的氣溶膠作用結(jié)束后，氣溫可能會(huì)出現(xiàn)“反彈”，進(jìn)而引發(fā)更加極端的天氣，這是難以估計(jì)的風(fēng)險(xiǎn)。

在高超超看來(lái)，這些地球工程設(shè)想只是作為人類應(yīng)對(duì)氣候變化的一個(gè)后備方案。她特別強(qiáng)調(diào)說(shuō)，做氣候工程相關(guān)研究得出某些結(jié)論后，并不意味著科學(xué)家必須去鼓勵(lì)開(kāi)展或者試點(diǎn)這樣的氣候工程，而是希望通過(guò)科學(xué)研究，利用氣候模型把可能產(chǎn)生影響的方方面面因素梳理出來(lái)，為討論不同的應(yīng)對(duì)氣候變化方案提供參考。

關(guān)鍵詞： 全球變暖 科學(xué)家