美国政府的“太阳能地球工程计划”与散向大气层中的化学粒子

白宫正在制定一项研究计划，该计划将为科学家如何研究更具争议的对抗气候变化的方法之一：太阳能地球工程(solar geoengineering)提供指导和制定标准。

其基本想法是：人类也许能够有意识地“调整”气候系统，向太空释放更多的热量，为原本正在变暖的地球“降温”。

此举以前从未报道过，标志着美国联邦政府首次进行此类努力。它可以为更多资金和研究此类干预措施的可行性、益处和风险奠定基础。随着全球气温上升，这一努力还可能有助于人们认识到，所谓地球工程是一个适当和重要的研究领域。

“太阳能地球工程”计划包括一系列不同的方法，其中最受关注的是使用飞机或气球来驱散平流层中的微小颗粒。从理论上讲，它们会反射足够多的阳光来缓解变暖，就像过去大规模火山爆发的效果一样。一些研究小组还探索了释放某些粒子是否会分散卷云，卷云会在地球上捕获热量，或者使低处的海洋云更具反射性。

拜登总统于 去年3 月签署的 2022 年联邦拨款法案，指示他的科技政策办公室与美国宇航局、美国国家海洋和大气管理局 （NOAA） 和能源部合作，建立一个跨机构小组来协调此类气候干预措施的研究，并要求该小组创建一个研究框架，以“为太阳能地球工程研究的公共资助工作提供透明度、参与和风险管理方面的指导”。具体而言，它指示NOAA支持科学和技术政策办公室制定一项5年计划，其中包括确定该领域的研究目标，评估此类气候干预措施的潜在危害，并评估开展这项工作所需的联邦投资水平。

长期以来，“地球工程研究”一直是科学家的禁忌话题，有些人认为它应该继续保持下去。人们对潜在的环境副作用存在疑问，并担心这些影响将在全球不同地区不均匀地存在。目前尚不清楚世界将如何应对有关全球治理的棘手问题，包括应该由谁来决定是否部署这些强大的工具，以及我们应该把全球平均气温的目标定在多少。

但随着气候变化威胁的增长，以及主要国家未能在减排方面取得快速进展，越来越多的研究人员、大学和国家正在认真探索这些方法的潜在影响。一些著名的科学团体甚至呼吁制定更严格的标准来指导这项工作，或者投入更多的资金，或者两者兼而有之。其中就包括美国国家科学、工程和医学科学院，该院去年就建议建立一个美国“太阳能地球工程”研究项目，在五年内进行1亿至2亿美元的初始投资。

地球工程研究的支持者认为，减排必须仍是最优先考虑的问题，他们说，我们应该探索这些可能性，因为它们可能会有意无意地减少气候变化的危险。并指出，随着热浪、干旱、饥荒、野火和其它极端事件变得越来越普遍或严重，这些类型的气候干预可能是迅速缓解广泛的人类痛苦或生态灾难的少数手段之一。

研究模式

科学和技术政策办公室在一份声明中证实，已按照联邦资助法案的要求成立了一个跨部门工作组，包括10个研究和任务机构的代表，包括NOAA、NASA和能源部。

到目前为止，几乎没有联邦资金用于这一课题的研究。

哈佛大学的“太阳能地球工程”研究项目多年来一直致力于小规模的平流层气球实验，已从威廉和弗洛拉•休利特基金会、阿尔弗雷德•p•斯隆基金会、比尔•盖茨和其他人那里筹集了资金。

在哈佛大学一层实验室的一个长玻璃管里，有一个平流层的微型复制品。

他们希望进行一系列的科学气球飞行，最初的飞行将简单地评估飞机的设备和软件是否在平流层正常工作，那里的温度可能会骤降至零下50 C以下，压力范围从海平面的十分之一到千分之一。但在随后的发射中，研究人员还希望释放少量的粒子，这些粒子可以散射阳光。

在一个减少二氧化碳排放的速度太慢，无法防止灾难性气候变化的世界里，“太阳能地球工程”可能会赢得一些效果。但大规模进行很可能会打乱全球的天气模式。其影响是不可预测的；在某些地方，它们甚至可能是灾难性的。

如果这些发射被批准（仍是一个很大的假设），它们将是平流层的第一次地球工程实验。不过，在气球离开地面之前，它们就已招致了痛批。

实验有风险

通过在大气中散布粒子来冷却地球，使阳光变暗，并抵消由温室气体排放引起的部分变暖的想法是有先例的：大自然已经这样做了。

1991年皮纳图博火山(Mount Pinatubo)等大型火山爆发向空气中喷射了数百万吨二氧化硫，在随后的几年里就降低了全球气温。燃煤电厂和船舶排放的二氧化硫也产生了可测量的冷却效果。

但迄今为止所做的所有研究，除了少数小规模的例外，其余都是在计算机模型或实验室实验中进行的。

哈佛的科学家在2014年首次提出了所谓的SCoPEx实验，其基本想法是发射一个装有螺旋桨和传感器的气球，在大约一公里长的羽流中释放多达2公斤的亚微米大小的颗粒（一架商业客机每分钟都会排出类似数量的物质）。

然后气球会旋转，从相反的方向慢慢地曲折地穿过羽流。它的传感器将测量粒子分散的范围、如何与其它化合物相互作用，以及反射多少阳光。

COURTESY OF SCOPEX

将发现的任何东西都可以反馈到计算机模型中，从而完善对喷洒数十万到数百万吨材料可能产生影响的理解。

在这一点上，研究团队希望在数年内进行一系列飞行。起初，他们打算释放一种碳酸钙粉尘(白垩的主要成分)，但最终研究人员想测试其它材料，可能包括硫酸(这是火山释放的二氧化硫的副产品)。

但有些人还是担心，即使是这些有限的实验也走得太远了。

上个月，由气候和行星科学家组成的著名组织---美国地球物理联合会(American Geophysical Union)也宣布，正在成立一个咨询委员会，与其它全球组织合作，“制定一个道德框架，以指导气候变化干预措施的研究和可能的部署”，包括“太阳能地球工程”以及从大气中去除温室气体的方法。

建立基线

迄今为止，NOAA主要资助建模、监测和实验室研究，重点是使用高空气球、飞机和其它工具更好地“了解”大气的基线组成，美国国家海洋和大气管理局地球辐射预算计划的监督研究化学家和项目经理弗罗斯特说，他是NOAA地球辐射预算计划的监督研究化学家和项目经理，负责监督这些项目。

这些努力可以帮助研究人员了解当大气被分散颗粒的自然事件（如火山爆发）改变时，条件是如何变化的，并可能使他们能够更精确地模拟故意干预的影响。弗罗斯特说，随着NOAA在世界各地开展额外的监测工作，同时也可以在某些国家或其他参与者推进大规模地球工程时提供一个事实上的早期预警系统。

美利坚大学(American University)碳去除法律与政策研究所(Institute for Carbon Removal Law & Policy)联席主任伯恩斯则认为，在进行户外实验之前，应该尝试就社会是否应该使用这种工具达成某种全球共识。

但对他来说，答案是否定的：因为对环境的影响是未知的。管理这样一个工具的挑战是巨大的---一个国家独自进行太阳能地球工程，但所有国家都会受到影响。后代可能被迫在数百年的时间里处理这些影响。而且在它完全被部署之前，我们根本无法知道它在全球范围内的真正作用，而到那时，我们将面临任何干旱或其它危险，直到影响消退。

就连瑞典绿色和平组织、生物燃料观察和其它组织称，“太阳能地球工程“是一项有可能导致极端后果的技术，非常危险、不可预测、难以控制。”“没有理由测试和试验那些似乎太过危险而无法使用的技术。”尤其在没有充分研究的情况下使用它将是“非常危险的”。

目前还不清楚这个跨部门小组的建议是什么，也不清楚他们在准备建议时咨询了谁或将咨询谁。

地球工程治理专家、哈佛气球研究项目咨询委员会成员塔拉蒂表示，考虑到地球工程的全球性质和可能产生的各种影响，她希望美国的任何研究议程都能与世界其它国家仔细协调、制定并实施。她认为，确保一个国家不对该领域进行过度或单方面的控制也是至关重要的。

“我的观点实际上非常强烈，我真的希望我们永远不会陷入不得不这么做的情况，因为我仍然认为这是一个非常可怕的概念，迟早会出问题。”

此外，研究议程应借鉴广泛专家的专业知识和观点，不仅包括科学家和技术专家，还包括社会学家、经济学家和政治学家，以及包含更多样化的思维。

与此同时，欧洲科学家也已探索了各种潜在的方法。在英国的DECIMALS基金已提供了近100万美元的捐款，以帮助发展中国家的科学家模拟太阳能地球工程的影响，项目包括评估气候干预对中东沙尘暴，南非干旱，孟加拉国水患和粮食安全以及南亚霍乱的潜在影响。

一家初创公司表示，它已开始向大气中释放粒子，以“调整气候”。

近期，初创公司（Make Sunsets）声称，它早已发射了气象气球，试图在平流层中释放出反射性硫颗粒，这可能已跨越了“太阳能地球工程”领域有争议的障碍。

“地球工程”是指通过向太空反射更多阳光来故意操纵气候，模仿大型火山爆发后发生的“自然过程”。从理论上讲，喷洒足够数量的硫磺和类似颗粒可能会“缓解”全球变暖。

将这些化合物释放到平流层在技术上并不困难。但科学家们大多（尽管不是完全）避免进行小规模的户外实验。

目前尚不清楚是否有人在地球工程相关研究的背景下将材料注入大气的特定层？是因为它极具争议性。人们对这种大规模故意干预的实际影响知之甚少，但它们可能会产生危险的副作用。某些地区的影响也可能比其它地区更严重，甚至可能会引发地缘政治冲突。

一些长期研究这项技术的研究人员深感不安的是，Make Sunsets公司似乎在没有任何公众参与或科学审查的情况下从墨西哥的一个地点进行了发射，尝试为未来的气球飞行出售“冷却积分”，而这些飞行可以携带更大的有效载荷。

1月13日，墨西哥政府发表声明说，“禁止并在适当的情况下停止在该国进行的太阳能地球工程的实验实践”。声明说：“反对这些气候操纵是基于这样一个事实，即目前没有国际协议来解决或监督太阳能地球工程活动，这对少数人来说是经济上有利的出路，但对所谓的气候变化补救来说是有风险的。

初创公司Make Sunsets一直在巴哈试验将二氧化硫释放到大气中，将阳光反射回太空并冷却地球。

Make Sunsets计划在1月份发射三个乳胶气象气球，释放10至500克二氧化硫，但该计划因仓促和缺乏复杂性而受到行业观察人士的广泛批评。

几位研究人员谴责了在这个早期阶段将“地球工程”商业化的企图。一些审查过该公司提案的潜在投资者和客户表示，这不是一项严肃的科学努力或可靠的业务，而更多的是旨在引起该领域争议的注意力。

Make Sunsets的联合创始人兼首席执行官伊斯曼承认，这项努力部分是“企业家精神”，部分是挑衅，是地球工程激进主义行为。

伊斯曼曾是Y Combinator的设计总监，在他看来，“这没什么道德不道德的。”重要的是“我们要尽可能快速和安全地完成这项工作并有利润可赚。”

卢克·伊瑟曼

时机还非常不成熟

该领域的专家认为，这样的努力还为时过早，可能会产生与伊斯曼预期相反的效果。

该公司的行为加剧了人们长期以来的担忧，即一个对大气科学或该技术的影响没有特别了解的“流氓”行为者，可能会单方面选择对气候进行地球工程，而没有就这样做是否合适或适当的全球平均温度应该是多少达成任何共识。这是因为它（成本）相对便宜，技术上简单，至少在方式上是粗糙的。

加州大学圣地亚哥分校的政治学家维克多十多年前就曾警告过这种情况。并引用了1964年詹姆斯•邦德电影中的金手指角色:“一个自称是‘地球保护者’的绿手指……企图靠自己的力量实施很多地球工程。”

一些观察人士很快就将“制造日落”活动与十年前的一起事件相提并论。当时一名美国企业家向海洋中倾倒了100吨硫酸铁，以繁殖浮游生物，帮助鲑鱼数量增加，并从大气中吸收二氧化碳。批评人士称，这违反了国际上对所谓的铁施肥的限制，这在一定程度上是受到越来越多出售碳信用额的商业提案的启发。但也阻碍了随后的实地研究努力。

Make Sunset的企图强调了迫切需要建立广泛的监督和明确的规则，并帮助确定是否或在什么条件下应该有一个社会许可来推进类似实验或超越。

气球发射

根据伊斯曼自己的描述，前两次气球发射都非常粗糙。并说，这些事件发生去年4月份的下加利福尼亚州的某个地方。他向气象气球中注入了几克二氧化硫，并加入了他估计合适数量的氦气，使它们进入平流层。

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他预计，在这样的高度，它们会在压力下爆炸并释放出粒子。但目前尚不清楚是否发生了这种情况，也不清楚气球最终落在了哪里，更不清楚这些颗粒产生了什么影响，因为气球上没有监测设备。伊斯曼还承认，在前两次发射前，他们没有寻求墨西哥或其他地方的政府当局或科学机构的任何批准。

在未来的工作中，Make Sunsets希望增加硫的有效载荷，及增加遥测设备和其它传感器，最终转向可重复使用的气球，并在发射后发布数据。

该公司已在尝试从未来航班的冷却效果中赚取收入：向平流层释放一克颗粒，就可以出售10美元的“冷却信用”，并声称，这足以抵消一吨碳一年的变暖效应。

“坦白地说，我想做的是在我的余生中，尽我所能‘负责任’地尽快制造尽可能多的‘冷却’。”计划让客户付钱（购买“碳信用额”、冷却信贷）在2023年部署尽可能多的硫磺”，他说道。

动机不纯

塔拉蒂痛批了该公司的所谓科学声明，强调没有人能够可信地出售声称代表每克结果的信用，因为现阶段的研究存在巨大的不确定性。她道:“从商业角度来看，反射式降温效应和风险目前无法以任何有意义的方式量化，这使得此次发行成为一种投机性的‘垃圾信贷’，不太可能对影响信贷市场有任何价值。”

基思是世界上顶尖的太阳能地球工程专家之一，基思和他在哈佛大学的同事们多年来一直致力于一项被称为SCoPEx的小规模平流层实验，但该实验一再被推迟。

他说，“自己对任何将核心地球工程技术私有化的努力都感到不安，包括为它们申请专利或出售释放信用，因为“商业开发无法产生世界需要的透明度和信任，从而对部署做出明智的决定”。

私人公司出于经济动机，会夸大好处，淡化风险，即使地球温度下降到低于工业化前的水平，他们也会继续出售服务。他说:“把它作为创业公司是一个糟糕的主意。”

结语

目前尚不清楚阳光反射技术造成的损害， 也可能包括对臭氧层的破坏，呼吸道疾病增加和酸雨，以及是否可能比全球变暖的未来影响更严重。

从飞行中观察到的数据可以帮助我们更好地理解降低全球温度可能需要多少这些材料，释放它们可能会带来什么风险，或者它是否有效。

但研究人员从微型气球实验中所能学到的东西仍然存在真正的限制：他们将无法探测到释放到平流层的粒子的长期命运，因为它们很快就会稀释到无法探测到。此外，基思承认，在有人全面部署太阳能地球工程之前，有些事情是不可能知道的。

“地球系统是如此复杂，”他说。“我认为我们无法完全预测。当你这样做的时候，我们永远无法确定会发生什么。”