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文 | 观察未来科技

社会的起点和终点都是地球的整体安全，但现在，气候暖化正在成为人类的一场大危机，并威胁着地球的整体安全。

自工业革命时期以来，温室气体浓度持续上升，全球平均气温也随之增加。人类排放到大气层中的温室气体浓度不断增加而形成的一个笼罩地球的“温室”，并反过来影响了人类社会——这个夏天几乎成为最热的夏天，多国多地都陆续发布高温预警，因热射病而死亡的消息频见新闻报道。

面对气候的剧变，在除了减少化石燃料使用和其他人为温室气体排放源的传统方法外，人类是否能发明出高新技术，来彻底解决气候危机？在被称为地球工程的高新技术下，人类又将面临哪些新的风险？

气候为什么会变化？

地球之所以能够给人类生存提供适宜的温度，没有像其他星球一样极热和极寒，是因为地球有有大气层的保护。简单来说，大气层使得几乎1/3的太阳辐射被立即反射回太空，到达地球的2/3多一点儿的太阳入射辐射则被地表、海洋或大气吸收，并被转化为红外能，并向四面八方进行再辐射。

其中，有好几种温室气体，它们吸收了大部分的红外能量，自然产生的温室气体包括水蒸气、甲烷、二氧化碳和一氧化二氮。还有几种不属于自然产生，但是由人类创造的温室气体。其中最重要的氯氟烃（CFCs），是最先于20世纪20年代在实验室中被发明出来的。每一种气体捕捉不同波长的能量，每一种气体也具有不同的特性。

并且，每一种气体在大气中是以不同浓度存在的，每种气体的浓度也随着地质年代的不同而有所差异。在工业革命兴起以前，甲烷，约占大气浓度的0.7ppm（1ppm=1立方厘米/立方米=10-6），二氧化碳约占大气浓度280ppm；一氧化二氮约占288ppb。而从工业革命开始，每一种温室气体的浓度就有所上升。

值得一提的是，大气气体浓度并非气候的唯一决定因素，其他因素也影响着到达地表的太阳辐射总量以及被吸收和被反射的总量。

在影响气候的其他因素中，就包括地球绕轴自转和绕日公转轨道的轻微摆动，这些摆动则被称为米兰科维奇循环。19世纪20年代，米卢廷·米兰科维奇通过仔细的天体力学计算，研究了在过去数千年间北半球不同纬度的日射量（大阳辐射的总额）变化。米兰科维奇发现日射量的变化取决于地球轨道数种缓慢的周期性变化。后来，人们就把这个发现统称为米兰科维奇循环。

米兰科维奇相信，这些循环对地球的气候变化有重耍影响，但在很长时间里它们都饱受争议。直到米兰科维奇逝世18年后的 1976年，争论才终于尘埃落定。当时，詹姆斯·海斯、约翰·英布里和尼古拉斯·沙克尔顿发表了一篇影响重大的论文，他们利用深海钻探取得的沉积岩心还原了过去 450 000 年的气候变化，并发现这些变化非常符合米兰科维奇循环。这就表明，地球轨道的变化的确导致了发生在 100 万年前，以及更久远年代的冰川作用。

此外，到达地表的太阳辐射总量也受到气溶胶的影响，气溶胶是阻挡入射辐射的大气颗粒物。火山喷发可以影响全球气温，火山喷发的灰烬和烟尘可以到达平流层并且环绕地球，使气溶胶的总量有所增加。如果规模足够大，就算是暂时的一次火山喷发也足以使全球气温下降。

世界历史上有案可查的几次规模最大的火山喷发就是以这种方式产生了重大的短期温室效应，像是1783年冰岛拉基火山喷发、1815年坦博拉火山喷发和1883年喀拉喀托火山喷发之后的情况一样。

不过，不管是大气气体浓度，还是地球轨道变化，又或者地球内部和地球表面发生的变化，这些因素都还停留在自然的变化上。而如今，更为人们所担忧的，则是人为造成的气候变化，即工业时代的人类对自然的碳循环所施加的干扰上。

要知道，世界上储存的碳在岩石圈、土壤圈、生物圈、大气和海洋之间循环。然而，自从工业革命以来，人类的活动已经改变了碳在这些圈层中的分布。人类用比自然发生的速度更快的速度将碳从地球移走并置于大气圈中，这一事实本质上引发了气候变化问题。

人类也造成了其他含碳温室气体浓度的增高。甲烷，也就是天然气，燃烧时变成二氧化碳和水。然而，人们往往将甲烷直接释放到大气中，以每个分子来计算，甲烷的吸热本领比二氧化碳还要强得多——要知道，温度与二氧化碳浓度之间存在着明显的正相关。

完美的道德风暴

人类有两种基本方式来增加大气层中的碳。

第一种，森林砍伐让碳得以释放。要知道，森林就是碳“汇”，每年能够净吸收76亿吨二氧化碳。根据联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）的报告，包括森林砍伐在内的热带树木覆盖减少的总排放量与主要排放国的年排放量相当，仅次于中国和美国，排在第三位。

然而，当前，据联合国粮农组织估计，地球每年正在失去1000万公顷的森林，相当于每18分钟消失一个纽约中央公园。巴西的森林砍伐在 2021 年增长了 20.1%，在所有生物群落中达到 16,500 平方公里。三年内，巴西失去了靠近里约热内卢州的一片绿地。在亚马逊地区，估计每秒有 18 棵树被砍伐。只有 27% 的森林砍伐区域需要接受任何检查。

第二种，也是更重要的，化石燃料的燃烧释放出碳。人类已经把以煤、石油和天然气的形式储存在岩石圈中的碳转移到了大气圈，并且由此使其进入了海洋。在工业革命开始以前的1750年，人类每年以这种方式可能向大气中释放了300万吨的碳。而在一个世纪后的1850年，这一数字约为5000万吨。又经过了一个世纪，到第二次世界大战结束之时，它已经增加了20倍多，达到约12亿吨。

接着，在“二战”结束后的15年里，人类每年向大气圈散播25亿吨的碳。这个数字在1970年增加至超过40亿吨，在1990年增加至超过60亿吨，在2015年增加至95亿吨左右——是1750年的3200倍和1945年总量的8倍。

增加的人为碳排放量提高了大气二氧化碳浓度，现在的二氧化碳浓度约为400ppm，要知道，工业化以前的基线则只有280ppm。这是过去几十万年且有可能是过去2000万年里二氧化碳所能达到的最高浓度。

与此同时，气温数据显示，平均地表大气温度日渐暖化，20世纪末的变化率最大。其中，3/4的升温发生在20世纪70年代中期以后，其余的升温发生在1940年以前。从20世纪70年代起的每一个连续的10年都比所有先前有记录的10年更加温暖；2010年，美国国家航空航天局宣布，2000年以来的10年是有记录以来最为温暖的10年。

与工业化前的气温记录相比，目前全球平均升温估计为1.1℃。要知道，1.5摄氏度的门槛，被认为是一个关键的全球目标，因为超过这一水平，所谓的“临界点”就更有可能出现。对于气候系统来说，临界点指的是全球或区域气候从一种稳定状态到另外一种稳定状态的关键门槛。临界点是不可逆的，一旦触发临界点，系统可能会很快变坏。而在当前全球平均的温升水平已经达到了1.1°C的情况下，可以说，距离1.5℃的目标并不遥远。

然而，问题是，即便危机近在眼前，人们也难以做出改变，究其原因，在道德层面上，气候危机对人类来说依然十分难解。哲学家史蒂芬·加德纳（Stephen Gardiner）就将气候危机称为 “完美的道德风暴”。

其中一个问题是，排放温室气体所造成的危害，并不会只落在排放者个人的头上，而是会影响地球上的所有人。这就意味着，作为个体的排放者，基本没有为全人类共同福社而减排的动机。所以每个人都会觉得，不论个人本身的排放是多少，也不可能左右全人类总的排放量。

打个比方，某个村庄的农户共同享有一块草场，可以把自己的羊群带到草场上随意放收。如果所有农户都不加节制地在草场上放牧，公共草场终会不堪重负。但即使草场已被过度使用，农户们还是想要尽可能地使用这片草场。因为只要草场还没崩溃，不用就等于拱手把好处让给别人。所以这片草场注定会被毁掉。

地球工程

于是，面对气候的剧变，在除了减少化石燃料使用和其他人为温室气体排放源的传统方法外，人类正在尝试发明出高新技术，来彻底解决气候危机，这些技术通常被称为地球工程。对应着气候暖化的形成，地球工程主要分为两个主要途径，即清除二氧化碳和处理太阳辐射。

二氧化碳清除法是从源头上解决问题，去除大气中的二氧化碳，从而消灭气温上升的来源。比如，利用自然界碳循环过程中的风化作用，在风化作用中，硅酸盐矿物与大气中的二氧化碳发生反应并生成碳酸盐，进而减少大气中二氧化碳的含量。通过把更多的这种矿物直接置于大气中，人们可以加速这一进程。但这个方法成本也相对较高，因为这要求开采、加工和运输大量的硅酸盐矿物。

用工业手段捕获空气中的二氧化碳也是可行的一种方法，这就是所谓的“空气捕获”。就像所谓的碳捕获与储存技术一样，但当前，这一技术还涉及如今仍未完全解决的二氧化碳埋存安全问题。而中规中矩的做法就是植树造林和碳清理。

处理太阳辐射与限制地球吸收的阳光量有关。这需要在光线照射到地球之前将其阻挡住，让光线在到达地面之前更多地反射在大气层中，或者让地面可以反射更多的光线，这是一种通过冷却地球来抵消二氧化碳暖化效应的尝试。

其中一个方法是，将大量硫磺打入同温层，以遮挡部分来自太阳的电磁辐射。如前所述，到达地表的太阳辐射总量受到气溶胶的影响，气溶胶是阻挡入射辐射的大气颗粒物。一旦进人同温层，气溶胶的留存时期就会长得多，一般来说半衰期有数年之久。

过往的大规模火山喷发曾导致气温在几年内暂时性地变冷，其中最重要的原因，就是在火山喷发的过程中，大量硫磺会被送入大气之中，这些硫磺进而会形成气溶胶。人类活动对大气气溶胶的成分也有一定贡献，这些气溶胶对气候起到一定的冷却作用，抵消了许多人类排放的温室气体造成的暖化效应。

但问题是，虽然达到同温层的气溶胶会在数年之间散尽，但人类排放的二氧化碳对气候变化造成的影响却会持续千年之久。这意味着人类的后代就将面临一个选择：继续输送更多的二氧化硫，或是承受一场突如其来的气候灾变。

更重要的是，往同温层输送二氧化硫确实有可能让温度降到当前最适合的水平。但是，这个方法并不能让气候变化停止。如果一边通过增加温室气体的浓度让全球平均温度上升，一边又用增加同温层中的气溶胶削弱暖化放应，其结果更可能是，一些区域的平均温度会上升，另一些区域的会下降，各地的降水模式也会发生改变，而这在2008年的模拟结果中就已经表明。

显然，对于目前来说，地球工程还需要格外谨慎的管理，因为这些计划并没有成熟到能够来替代减排。但是，作为最后的手段，或者作为最终恢复地球气候的办法，地球工程很可能会发挥有益的作用。而在此之前，面对难以避免的道德风暴，我们需要的是，更多的人做出有益人类的道德选择。