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應對全球變暖 科學家要給地球撐起“太陽傘”

2020年12月08日08:15 | 來源:科技日報
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原標題:應對全球變暖 科學家要給地球撐起“太陽傘”

為了使全球變暖的趨勢減緩,科學家們想盡了各種辦法。能否通過減少進入地球的太陽光來消除溫室效應的影響,成了一些研究人員關注的焦點。據《環境研究快報》雜志11月18日在線發表的一篇論文顯示,開普敦大學的科學家們正在開展一項新的研究,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地表,以解除地球因持續氣候變化而面臨的干旱危機。

持續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准?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?科技日報記者就此採訪了相關人士。

受火山爆發后冷卻效應啟發

2015年開始,被藍色海洋環繞的南非第二大城市開普敦連續幾個冬季遭受了百年不遇的干旱。按照預估,開普敦需要在2018年4月12日關閉供水系統、限制居民用水,這一時間節點當時被叫作“零日”,人們也把這次事件稱作“零日”危機。雖然通過削減市政用水,同時緊急調配農業用水,開普敦這次“零日”危機得以避免。但相關專家認為,當地的干旱現象與地球氣候變化息息相關,要徹底消滅“零日”危機,還需要從整個地球的氣候系統入手。

“干旱、洪澇災害,是地球系統氣候變化的表現形式之一,在地球氣候變化歷史上都是存在的。”浙江大學環境與資源學院副教授高超超在接受記者採訪時表示,過去100多年,人類活動加劇了溫室效應,全球變暖現象愈演愈烈,地球表面的蒸發量增加,整個地球系統原有的水循環被改變,目前大氣系統裡的水熱資源更豐富,但這些水可能會集中在某段時間降落在某個區域。相應的,其他地區或該地區的其他時段降水會大幅減少,干旱發生的頻率和強度也就隨之上升。

為了抗擊氣候變化影響,科學家們開展了相應的地球工程研究。太陽輻射管理就是地球工程之一。據了解,太陽輻射管理的想法是受到了火山爆發后冷卻效應的啟發。

1991年菲律賓皮納圖博火山爆發,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,數據顯示,1992至1993年間地球溫度下降了約0.4℃。由此,有科學家開始建議用配有特殊裝置的飛機在平流層噴洒氣溶膠,來復制這種火山效應。

高超超告訴記者,2006年前后,兩位美國科學家開展過一項地球工程項目研究,提出在距離地面大約20公裡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。此次開普敦大學科學家發布的研究成果,是在考察過這個工程后,認為可以利用該工程項目模型,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”危機發生的幾率降低90%。

為什麼反射粒子一定要噴射到平流層中呢?高超超告訴記者,哈佛大學的科研團隊曾對此做了專門研究。他們發現,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,空氣不易產生對流,且大氣運動多是水平方向,有利於反射粒子穩定發揮作用。大氣中平流層再往上的部分是中間層,這裡的空氣對流運動強盛,如果將反射粒子發射到這個區域,粒子很有可能隨著氣體流動進行無規律擴散,並且發射到這裡的成本也會相對較高。

對反射粒子的選擇有講究

事實上,“調暗”陽光的設想並非空中樓閣,此前已經有科學家開展過相關試驗。如2009年,俄羅斯科學家曾以直升機拋洒等方式拋洒硫酸鹽顆粒﹔2011年,美國加州大學的研究人員也曾在聖地亞哥沿海進行過類似實驗。

據了解,噴射粒子也有一定的選取標准,如粒子的反射性能要達到一定規格,由它們拼成的小顆粒在懸浮於大氣平流層時,形成的粒徑大小要正好能夠“對抗”太陽的短波輻射,這樣才能達到最佳的反射效果。

更重要的一點是,從環境角度來看,反射粒子一定不能對大氣化學系統產生不良影響。最初,有科學家設想在平流層中噴射硫酸鹽顆粒,很快遭到其他科學家的反對,因為這將導致平流層中臭氧層的嚴重破壞。目前全球臭氧損耗正處於恢復時期,臭氧損耗物質在逐漸減少,如果噴射大量硫酸鹽顆粒進入平流層,很有可能中斷臭氧的恢復。

此外,空氣是垂直上升運動的,隨著空氣的上升,地面的水汽被夾帶著一起上升,在這個過程中,水汽是否成雲,與供水汽凝結的凝結核多少有很大關系。即便水汽含量特別大,若沒有或僅有少量的凝結核,水汽也不會充分凝結增長。因此,科學家心目中理想的反射粒子還有一個共同點就是,它們能起到凝結核的作用,使得大量的噴射粒子到達平流層后,不僅其自身能夠阻擋陽光,還能凝結成雲,對太陽光起到很好的阻擋效果。

至於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,一般兩周內大氣環流就會繞赤道一周,所以噴射地點不用考慮360°環繞。

只是應對氣候變化的后備方案

粒子噴洒上去后,真正的效果如何,是大家非常關注的問題。

有美國科學家曾經提出,可以將碳酸鈣作為反射粒子噴射到平流層來完成該項任務,因為碳酸鈣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而出現的大量硫化物,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,同時還能幫助修復臭氧空洞。

這個看似一舉兩得的設想卻招致了其他科學家的批評,甚至通過噴射粒子阻擋陽光的整個設想也有人提出反對的聲音。有科學家利用數值模型模擬在南北緯15°和30°上空的平流層注入氣溶膠,結果顯示,這種做法雖然可以降低地球表面溫度,但同時也會破壞海洋循環系統平衡,進而導致海洋持續變暖。

“原本海洋和陸地之間是有溫差的,海陸溫差是整個地球系統季風氣候的強有力的驅動源。如果海洋變暖,海陸溫差出現波動,季風環流和降水就會削弱,會對整個全球的季風區氣候、降水造成很大影響。”高超超告訴記者。

此外,還有科學家提出,利用反射粒子減少太陽光對地表輻射是一個“治標不治本”的手段,因為大氣中的溫室氣體總量並沒有減少,而氣溶膠的生命周期又很短,對流層氣溶膠的壽命一般隻有幾天到幾周,平流層中雖然氣溶膠壽命較長,但總會消失,當反射粒子形成的氣溶膠作用結束后,氣溫可能會出現“反彈”,進而引發更加極端的天氣,這是難以估計的風險。

在高超超看來,這些地球工程設想只是作為人類應對氣候變化的一個后備方案。她特別強調說,做氣候工程相關研究得出某些結論后,並不意味著科學家必須去鼓勵開展或者試點這樣的氣候工程,而是希望通過科學研究,利用氣候模型把可能產生影響的方方面面因素梳理出來,為討論不同的應對氣候變化方案提供參考。

(責編:趙竹青、孫紅麗)

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