科技万有瘾力第21期:改造地球

导语:上周六是一年一度的“地球一小时”,虽然熄灯一小时无法实质上节约能源,但每年因此而掀起一场对节能减排的讨论,其意义足矣。相比“光说不练”的“地球一小时”,曾经还有过不少试图改造地球、对抗气候变化的疯狂想法。本期《科技万有瘾力》将聊聊如何改造地球。

随着参与
随着参与"地球一小时"城市和人口的增加,反对者的声音也更响亮了

“2047年,美国和欧洲共和国决定支持77国集团的计划,在大气层中喷洒颗粒物,使得部分太阳辐射发生偏离,从而降低气温。这项决策具有划时代的意义,被认为是人类和自然的第三次大分离。”

想象图,正在实施地球工程的飞艇队
想象图,正在实施地球工程的飞艇队

“尽管环保主义者激烈反对该工程,计划还是如期推进了。随后,环境灾难并未降临,这个项目最终赢得了认同。巨大的气球升空,在平流层播撒下硫酸盐微粒,形成了包裹着整个星球的反射薄雾。”

科技万有瘾力第21期:改造地球
科学家怀疑,在平流层播撒硫酸盐,会把"蓝天"染白

上述的文字假想了人类实施“地球工程”时的图景。

何为地球工程:四两拨千斤

在自然界面前,人类的力量还是十分渺小
在自然界面前,人类的力量还是十分渺小

所谓“地球工程”,指的是通过超大规模的工程手段改变地球环境、遏制地球变暖及海平面上升的一些项目。

虽然是“超大规模”,但地球工程并非愚公移山、精卫填海,而是用成本和技术门槛最低的方式“四两拨千斤”。

地球工程可大体分为三类:第一、通过反射阳光来对地球产生降温作用;第二,通过大规模的操作来减少大气中温室气体的含量;第三,旨在减少气候变化或其影响的其他大规模操作。

增加地球反射率:扬汤止沸?

地球表面把接收到的阳光的大约30%反射回太空,吸收的阳光占70%。这一类方法旨在稍微增加地球对阳光的反射率,抵消温室气体造成的全球变暖。

山寨版火山喷发

1991年菲律宾的皮纳图博火山喷发时的情景
1991年菲律宾的皮纳图博火山喷发时的情景

1991年菲律宾的皮纳图博火山爆发,2000万吨二氧化硫进入大气层,将太阳光折射回太空。在这些火山灰落回地面前,地球温度降低了0.5摄氏度。

同理,如果山寨一次持久性的火山喷发,将大量细小的硫酸盐颗粒或硫酸发射到高空大气以反射阳光,就能够起到对地球降温的效果。

洛克希德马丁公司的P-791飞艇也是用于播撒的备选载体
洛克希德马丁公司的P-791飞艇也是用于播撒的备选载体

研究表明每年只需要几百万吨硫磺和80架每次能装载10吨硫酸的飞机就足以使得地球温度下降1至2℃,每年花费20亿美元就能达到和上千亿美元的低碳技术一样的降温效果。

喷水“漂白”云层

这个方案计划利用无人驾驶的风力船把海水喷入大气里,用来增加云团的亮度,增加云层的反射率,作为天然的阻热屏障。

科技万有瘾力第21期:改造地球
该方案至少需要动用数千艘海洋喷雾船,才能发挥作用。

科学家进行的模拟实验已经显示,人工将海盐注入云层,不仅会增加反射回太空中的热量,造成冷效应,还能抑制细雨的形成,这意味着云层能持续更长的时间,反射更多的热量,从而使得冷效应较长时间持续。

在太空为地球“打伞”

这个方案计划将16万亿个“镜片”发射到太空,制造10万公里宽的遮阳罩,保护地球免受大量的阳光照射。

示意图:在太空设置镜片
示意图:在太空设置镜片

相比前两个方案,这个方案的实现方式比较“科幻”:使用火箭将装有“反光镜片”的电磁发射器发射到太空,每个发射器内装有80万个镜片,每个镜片重量不足1克。10年内,火箭每5分钟发射一次,将16万亿个镜片送到距离地球150万公里的轨道。

发射如此大量的镜片,使用太空电梯比传统火箭更有效率
发射如此大量的镜片,使用太空电梯比传统火箭更有效率

这些镜片将自动调整位置与太阳成直角遮挡地球。该方案的倡议者计算得出,仅仅挡住2%照向地球的光线,就可能抵消大气二氧化碳翻番的热效应。

“吃掉”二氧化碳:釜底抽薪

增加地球反射率虽然能够抵消温室气体带来的气温上升,但无法解决如海洋酸化等问题。另一些方案计划使用化学或者植物的方法,将二氧化碳从大气中移除,可谓釜底抽薪。

向海洋施加铁肥料

蓬勃生长的嗜铁浮游植物会产生一种神经毒素,是该方案的潜在风险
蓬勃生长的嗜铁浮游植物会产生一种神经毒素,是该方案的潜在风险

向海洋“施铁肥”工程,是此类构想中的一项。其原理为:叶绿素合成过程中的酶需要铁作为活化剂,缺铁是阻碍海洋浮游植物大量繁殖的主要原因之一。向海洋施铁肥能够催生浮游植物繁殖并吸收大气和海洋中的二氧化碳。最后,浮游生物死去后沉入海床,与体内吸收的碳元素同归于尽。

一支科学家团队在向海中投放
一支科学家团队在向海中投放"铁肥"

事实上,曾经有一位美国企业家在加拿大西海岸实施过一次真实的地球工程项目。他倾倒了100吨硫酸铁,卫星图像证实,在方圆10000平方公里内硫酸铁人为催生了浮游生物大量繁殖。

生物炭:印第安人的老办法

几百年前,亚马逊印第安人用来提高土壤肥力的生物炭(biochar),在现代世界可以帮助减缓全球气候变化,大规模生产生物炭可吸收大量温室气体。

生物炭
生物炭不是一般的木炭,是一种碳含量极其丰富的木炭。

生物炭是在低氧环境下,通过高温裂解将木材、草、玉米秆或其它农作物废物碳化。制造生物炭是一种固定二氧化碳的经济可行的方式,其产物保存在土壤中,几千年都不会发生变化,生产可再生能源的同时,还提高了土壤肥力,提高农作物产量。

另一种能够从空气中过滤吸收二氧化碳的装置
另一种能够从空气中过滤吸收二氧化碳的装置

除了上述的两类方案,还有一些比较无厘头的方案:

如封锁住地球上的主要冰盖,阻止它们掉进海洋,导致海平面上升。至于如何封锁,科学家的答案是用足够厚的毛毯覆盖格陵兰岛以阻止那里的冰川融化。

全球气温升高将引发格陵兰冰川震动并滑落海洋
全球气温升高将引发格陵兰冰川震动并滑落海洋

未知的恐惧:被叫停的地球工程

实施地球工程或将威胁生物多样性;图为大堡礁
实施地球工程或将威胁生物多样性;图为大堡礁

上述这些方案在数年前已经提出并引发热议,但至今尚未大规模实施,这并非因为目前的技术不足以实施地球工程,而是联合国担忧地球工程可能对生物多样性带来风险,以及对社会、经济和文化所造成冲击,冻结了所有与气候相关的地球工程。

如今回望联合国两年多前的这个决策,难说如果地球工程没有被叫停,如今会有什么后果。

相比前卫的地球工程,人们更愿意用堤坝防御上升的海平面
人们更愿意用堤坝防御上升的海平面;图为荷兰的防洪堤

同时,此前的一个民意调查显示,地球工程并不受民众欢迎。65%的受访者表示即使全球变暖也反对实施地球工程,而倾向于使用更安全的节能减排方法。45%的受访者认为地球工程不可能有效;69%认为向大气中添加东西弊大于利。

改造火星:最极端的工程项目

想象图,地球化后的火星表面景色
想象图,地球化后的火星表面景色

或许因为一些非技术的原因,人类永远没有机会改造自己的母星。那么,被人类的“上帝之手”最先染指的星球,很可能是火星。相比在火星表面建立“小气”的居住基地,能够将火星改造为适合人类居住的环境的诱惑力相当大。

“好奇”号火星车对火星基岩样品的分析显示,火星古代环境确曾适合生命存在
“好奇”号火星车对火星基岩样品的分析显示,火星古代环境确曾适合生命存在

过去几十年间,已经有各种各样的方案浮出水面,欲将距离地球最近的行星——火星变成更适于人类居住的地方。此类工程的规模将无比庞大——科学家可能会改变彗星运转轨道,令其撞击火星以带来海洋所需要的水浇灌水藻,提高火星大气中的含氧量。其他方案还涉及将几面巨大的镜子安设在地球轨道,将阳光折射到火星极地冰盖,从而释放出液态水和二氧化碳气体,启动温室效应。

结语:本期《科技万有瘾力》回顾这些被“封印”的方案,并非夸耀人类的强大,而提醒地球的脆弱。科技对于眼下的人类,就像尚未驯服的猛兽,被关在民众用恐惧搭成的铁笼里。但是,等到科技被完全驯服,人类能够翻手为云、覆手为雨,人类是否有勇气冲破曾经保护过我们的“恐惧”。

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