為了使全球變暖的趨勢減緩,科學(xué)家們想盡了各種辦法。能否通過減少進(jìn)入地球的太陽光來消除溫室效應(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,開普敦大學(xué)的科學(xué)家們正在開展一項(xiàng)新的研究,他們試圖通過向地球大氣中噴射反射粒子,阻止一定比例的陽光到達(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?通過噴射反射粒子為地球打上“太陽傘”的方式能起到多大作用呢?科技日報(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年開始,被藍(lán)色海洋環(huán)繞的南非第二大城市開普敦連續(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)。雖然通過削減市政用水,同時(shí)緊急調(diào)配農(nóng)業(yè)用水,開普敦這次“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,過去100多年,人類活動加劇了溫室效應(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)家們開展了相應(yīng)的地球工程研究。太陽輻射管理就是地球工程之一。據(jù)了解,太陽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的短波輻射,減少了大氣中的熱量,給地表帶來了降溫效應(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)家開始建議用配有特殊裝置的飛機(jī)在平流層噴灑氣溶膠,來復(fù)制這種火山效應(yīng)。
高超超告訴記者,2006年前后,兩位美國科學(xué)家開展過一項(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,有望將人類活動增加的輻射熱量減少一半。此次開普敦大學(xué)科學(xué)家發(fā)布的研究成果,是在考察過這個(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流層,它可能很快會隨天氣過程比如降水降落到地面,起不到長期反射太陽輻射的作用。而平流層相對干燥,空氣不易產(chǎn)生對流,且大氣運(yùn)動多是水平方向,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,這里的空氣對流運(yùn)動強(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進(jìn)行無規(guī)律擴(kuò)散,并且發(fā)射到這里的成本也會相對較高。
對反射粒子的選擇有講究
事實(shí)上,“調(diào)暗”陽光的設(shè)想并非空中樓閣,此前已經(jīng)有科學(xué)家開展過相關(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,美國加州大學(xué)的研究人員也曾在圣地亞哥沿海進(jìn)行過類似實(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“對抗”太陽的短波輻射,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)境角度來看,反射粒子一定不能對大氣化學(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,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,若沒有或僅有少量的凝結(jié)核,水汽也不會充分凝結(jié)增長。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光,還能凝結(jié)成云,對太陽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,隨著地球自轉(zhuǎn),一般兩周內(nèi)大氣環(huán)流就會繞赤道一周,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)注的問題。
有美國科學(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完成該項(xiàng)任務(wù),因?yàn)樘妓徕}的顆粒除了能夠反射陽光外,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,甚至通過噴射粒子阻擋陽光的整個(gè)設(shè)想也有人提出反對的聲音。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)動源。如果海洋變暖,海陸溫差出現(xiàn)波動,季風(fēng)環(huán)流和降水就會削弱,會對整個(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光對地表輻射是一個(gè)“治標(biāo)不治本”的手段,因?yàn)榇髿庵械臏厥覛怏w總量并沒有減少,而氣溶膠的生命周期又很短,對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,但總會消失,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,這些地球工程設(shè)想只是作為人類應(yīng)對氣候變化的一個(gè)后備方案。她特別強(qiáng)調(diào)說,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)開展或者試點(diǎn)這樣的氣候工程,而是希望通過科學(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,為討論不同的應(yīng)對氣候變化方案提供參考。