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涨知识:为遏制气候变暖,科学家竟想出这种操作……

媒体:中国气象报  作者:中国气象报
专业号:碳汇资讯
2020/4/21 8:27:19   

我们总在讲气候变化

面对不断“发热”的地球

科学家有过什么“退烧”措施吗?

今天来聊下这个

自19世纪中叶

全球开始进入大规模工业化时代以来

人类的活动对全球气候造成了显著影响

全球年平均气温有着明显的上升趋势

面对严峻的气候形势,该咋办呢?

科学家们纷纷大开脑洞

提出了一些看起来天马行空的设想

想象通过人为的工程,给地球“退烧”

他们把这个行动命名为“气候工程”

(也被称作“地球工程”)

这些想象力丰富的“降温方案”都有依据

感觉每一个都可以写进科幻小说里

入门知识

首先,我们要搞明白一件事

地球表面圈层的能量平衡

◎ 地球表面圈层能量平衡图解(以太阳入射辐射相对数为100计算)←看不懂图没关系,往下看

在地球表面圈层

包括大气圈、水圈、生物圈和岩石圈表层

太阳是最重要、也是绝大部分的能量来源

当太阳辐射穿过大气层时

只有一小部分

被大气层内的云、气溶胶、臭氧等

反射或吸收

大部分能到达并加热地球表面

成为了地球表面绝对重要的能源

同时,地球会向外辐射

(主要是红外辐射)

这样一来

地球获得的能量与失去的能量总体相当

于是地球表面能量平衡与温度达到相对稳定

对地球气候的形成起到了决定性作用

所以,想给地球“降温”?

气候工程学家有两套思路:

第一种,从进来的太阳辐射入手

减少能到达地球表面的太阳辐射量

第二种,从辐射出去的长波辐射入手

尽可能多地将能量辐射出去

思路一:减少能到达地球表面的太阳辐射量

第一招:给地球装上“反光镜”

◎ 太阳“反光镜”模型示意图

简介:在大气层外的地球轨道上,安装一面或点阵型的“大镜子”,反射掉一部分入射向地球的阳光,减少到达地面的太阳辐射。

难度指数:★★★★★

真的是非常简单粗暴。。。

这个方案的最大问题在于

地球表面积是相!当!巨!大!啊!

如果想反射掉入射向地球的太阳辐射能的1%

需要在地日间拉格朗日L1点

在L1点,物体的轨道周期恰好等于地球的轨道周期

装上总面积达160万平方千米的镜子

这个镜子得多大?

相当于六分之一个中国陆地面积大小

第二招:在平流层制造“烟幕伞”

◎ 阳伞效应示意图

简介:如果在平流层播撒一些细颗粒组成的“烟幕”,能将进入大气层的太阳辐射反射、散射掉一部分,这样到达地面的太阳辐射就明显减少了。这种降温作用像给地球撑了一把阳伞,因此得名"阳伞效应"(有些资料称为尘幕效应)。

难度指数:★★★★

这招有点像火山爆发的效果

——大量火山灰等气溶胶

顺着极强的上升气流进入平流层

并在平流层内的风作用下逐渐扩散

如果火山爆发的规模较大

阳伞效应足够明显

会使得全球范围内

地表气温显著下降

最近一次影响比较大的火山爆发

发生在1991年6月,皮纳图博火山

它向平流层中喷射了两千万吨二氧化硫

使得1991年下半年到1993年间

全球平均气温下降了约0.5℃

而更剧烈的火山活动

如1815年的坦博拉火山大爆发

更是引发了1816年北半球大片区域的

“无夏之年”事件

◎ 1991年6月12日,皮纳图博火山正式爆发前3日的景象

这一方案操作起来比较方便

能借用平流层的大气环流

让这些气溶胶细颗粒在全球弥散

当然,这一操作也会造成潜在的副作用

比如会加剧对臭氧层的破坏

气溶胶也可能导致平流层大气环流的改变

可能引发一些天气或气候异常

根据《自然》杂志的消息

今年或将开展这一工程的先导试验

将少量白垩(细颗粒碳酸钙)颗粒物

喷洒到平流层上,观察其扩散和反照情况

不过,这一试验还需等待评审结果

第三招:让海洋之上层云竞起

◎ 美国东海岸近海的云系,从云中甚至可以看到航线轨迹(较亮的云区域)

简介:从离我们最近的对流层中的云入手,利用云来反射更多的阳光,给地面打个“遮阳伞”。在广袤的远海区域,能利用的凝结核数量很少,云总体的反照率相对较低。如果借助盐颗粒等作为凝结核,增加当地的云反照率,能有效阻挡较多到达地表的太阳辐射能。

难度指数:★★★★

相比第二招

这一招对环境的破坏影响较小

但也存在两个潜在的问题:

首先,部分后续研究指出

云的反照率强度和凝结核密度的关系

并不是简单的正相关

如果凝结核密度增大到一定程度时

可能并没有明显降温效果

其次,这波操作可能打破

海洋深处区域的海洋-大气层间热力平衡

进而导致全球范围内

一些大气环流与天气气候出现变化

第四招:改变地表

简介:如果在大气层外,大气层里都不拦截呢?我们还有地面啊~!有一堆奇思妙想是在陆地表面或者海表搞事情,但真正的成效与可行性还需要论证。

难度指数:★★★

/ 白房子技术 /

2009年

美国劳伦斯伯克利国家实验室的科学家提出

如果把全世界城镇的房屋

或其他人工建筑物的顶部

刷成白色

像圣托里尼岛的这些房子

可以更多地反射太阳光

据估算,大概能抵消

约440-500亿吨二氧化碳造成的温室效应

不过,这个办法……

可能会导致城区出现更强的反射光

光污染也将更明显

/ 神奇农作物 /

还是在2009年

英国布里斯托尔大学的教授提出

如果在全世界农田里

都种植叶片反射率较高的农作物(如高粱)

将使得全球气温有所下降

不过,农田面积有限

而且如果为此控制农作物类型

可能对农业反而是更大的损失

/ 海洋泡沫机 /

这一设想有一点点可爱

是在大洋水域里通过船舶向海水中鼓气泡

较白的气泡能比海面反射更多的阳光

但是海面之大,船能影响到的海面太小

而且如果这些执行工程的船舶

不能使用清洁能源

可能反而得不偿失

思路二:增加地球辐射向太空的红外辐射

这一类思路的实质是减弱温室效应,通常是以控制温室气体排放,或减少大气层内温室气体浓度为目标,也被称作“碳移除”工程。除了常规的节能减排、开发碳排放更少的新能源外,还有一些工程设想,其中包括岩石圈封存碳、利用生物固定碳等。

第一招:海洋铁肥料工程

◎ 显微镜下的藻类

简介:利用藻类等植物对铁的依赖,施加“铁肥料”刺激其生长,以吸收更多的二氧化碳。预期最多能抵消当前大气二氧化碳所造成温室效应的1/6。

难度指数:★★★

但!是!

这一方案如果失去控制

藻类的疯涨很可能会引发类似赤潮的事件

对大洋的生态系统也将是很大的危害

◎ 阿根廷近海附近的浮游植物爆发,与这一海域铁的输入有关

第二招:二氧化碳的“直接捕获”

简介:利用一些碱性化学物质在大气中大量吸收二氧化碳,然后将吸收到的二氧化碳再集中加压,压入地表以下的深处,此时周边的硅酸盐岩石会与二氧化碳反应生成碳酸盐与二氧化硅。

难度指数:★★★★

这一方案的缺陷在于

二氧化碳是较为均匀、广泛分布在

整个大气层中低层

需要动用较大力量

在大片区域同时捕获吸收

让二氧化碳浓度下降的速率也较慢

且有分析指出,这一方案的成本也可能

较…为…昂…贵…

第三招:植树造林

简介:森林的生长过程能吸收、固定大量的二氧化碳,从而减小大气内二氧化碳的浓度和温室效应强度。地质历史时期里,石炭纪中后期的气温骤降,也和当时陆地上森林植被的大面积扩张有着密切联系。

难度指数:★★

这个应该是大家最熟悉的方案啦

不过需要指出的是

植树造林对区域的降水量、土壤性质等

都有较高依赖性

如果在本是较干旱的地方造林

除了林木难以存活外

当地地表的反照率可能也会下降

(从较为明亮稀疏的地表变成了林木植被)

这也可能抵消部分二氧化碳吸收的影响

使得总体的降温幅度受限

◎ 2000-2017年亚洲地区植被叶面积变化趋势,可看到我国和印度的增加最为明显

总之

为了应对当前温室气体浓度显著上升

气候工程的议题

也逐渐成为了人们关注的焦点

不过,目前其中的绝大多数方案

或是需要进一步理论论证

或是可行性不高

或是收效较低

或是存在较严重副作用和未知的其他影响

当前实施这些气候工程项目难度很大

未来也同样需要严密论证和谨慎实行

所以

我们能做到的是从各层面做起

积极践行低碳与环保行为

尽可能降低人类活动对气候的影响

关注与关爱我们的家园

 

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