旨在修复气候的地球工程会否弄巧成拙

【编者按】

全球升温速度正在加快，有一种“技术乐观主义”认为，通过投资发展地球工程，气候变化给人类社会可能带来的危害将得到解决，人类将得到技术的庇护得以存续。美国《纽约客》环境记者和评论员伊丽莎白·科尔伯特在其2021年出版的《白色天空下：当自然不再自然》中客观记录了她跟踪采访到的几项浩大的环境修复工程和相关科学家的看法。书中提到的地球工程，会让人想到很多科幻作品里的设定：比如给地球加个罩子，或者在地下挖个人类居住基地等等。科尔伯特提出了一个问题：环境修复工程会否弄巧成拙？因为在这样的事情上人类此前没什么好的记录。她的采访也证实了这一点。科尔伯特此前凭借2014年出版的《大灭绝时代》，获2015年普利策奖最佳非虚构图书。地球工程的科学家认为科尔伯特的审慎是一种偏见，但在科技飞速发展的时代，审慎恰恰是一种稀缺的美德。本文摘自《白色天空下：当自然不再自然》上海译文出版社2023年10月，叶盛译。有删节。

《白色天空下：当自然不再自然》书封

“火山所做的事情就是把二氧化硫送到平流层中。”弗兰克·克驰（Frank Keutsch）说，“而它们会在几周内被氧化为硫酸。”他继续说道：“硫酸是一种很黏的分子。于是它们开始形成颗粒化的物质通常比1微米还小的浓硫酸液滴。这些气溶胶在平流层中停留的时间可能长达几年之久。而它们会把太阳光散射回太空中去。”结果就是，气温降低了，日落变美了，以及间或的饥荒。

克驰是个健壮的人，长着一头松软的黑发，讲话带着像音乐般跃动的德国口音。（他是在斯图加特附近长大的。）在晚冬时节一个好天气的日子里，我去他在剑桥镇的办公室拜访了他。办公室里的装饰就是他孩子的照片，以及他孩子的画作。作为一位受过训练的化学家，克驰是哈佛大学的“太阳能地球工程研究项目”的领导科学家之一。这一项目的部分资金是由比尔·盖茨（Bill Gates）提供的。

太阳能地球工程有个会令人感到更舒服一点的名字——“太阳辐射管理”。这个项目背后的逻辑是：如果火山能够让世界降温，人类就同样能够做到这一点。只要把许许多多的反射颗粒扔到平流层中，到达地面的太阳光就会减少。温度会停止上升，至少不会升高得如此之快，而灾难将得以避免。

即便是在一个给河流通电以及重新设计啮齿动物的时代，太阳能地球工程也是如此的鹤立鸡群。有人形容它“危险到了不可思议的地步”，是“一条通往地狱的宽阔高速公路”，“极端得无法想象”，但也“不可避免”。

“我曾经认为这个想法完全就是疯了，而且也令人感到很不安。”克驰告诉我说。而让他改变想法的是重重的忧虑。

“我担心的事情是，在10到15年内，人们可能就会走上街头，向那些掌握着决定权的人强烈抗议：‘你们这些家伙现在必须要采取行动！’”他说，“我们的二氧化碳问题是一个综合性问题，你不可能迅速地对其采取任何一种应对措施。所以，如果有来自公众的压力要求快速采取某些措施，我担心到时候除了平流层地球工程，我们手中没有其他合适的工具。而如果我们到那时再开始做相关的研究，我担心就太迟了，因为在平流层地球工程中，你要去干预的是一个高度复杂的系统。我要补充说明的是，有相当多的人并不赞同这件事。”

“有点奇怪的是，当我开始做这件事情时，当时或许反倒没有这么担心。”他几分钟后说道，“因为在当时看来，地球工程的发生似乎只会是相当遥远的一件事情。但是，时间过了一年又一年，我看到我们对于气候问题始终缺乏行动，我有时就会变得相当焦虑，担心地球工程真的会成为现实。这让我感到非常有压力。”

平流层或许可以被想作是地球的二楼阳台。平流层居于对流层之上，中间层之下。其中，对流层是云起云落、信风劲吹、飓风肆虐的地方；而中间层是流星燃尽的地方。平流层的厚度根据季节的不同和地点的不同会发生变化。极其粗略地来讲，赤道地区的平流层底部位于地表上空18千米高的地方，而在极地地区则要低得多，只有不到10千米高。从地球工程的角度来看，平流层的关键在于它非常稳定，比对流层稳定得多，而且也有着合理的可达性。喷气客机的商业飞行就发生在平流层下部，以躲避湍流；而间谍飞机的飞行发生在平流层中部，以躲避地空导弹。在热带地区注入平流层的物质往往会向两极地区飘散，然后在几年之后落回地面上。

最理想的反射颗粒：碳酸钙

既然太阳能地球工程的目的是要减少到达地面的能量，那么任何种类的反射颗粒都是可用的，至少理论上如此。“有可能使用的材料中，最好的一种或许就是钻石了。”克驰告诉我说，“钻石真的不会吸收任何能量。所以，这会把对平流层动态的影响降到最低。而且钻石本身在化学上是极度不活跃的。至于说这东西非常昂贵的问题，我根本就不在乎。如果我们不得不实施一项大规模的工程来解决一个大规模的问题，那么我们一定会找到实现它的办法。”向平流层中发射微小的钻石，这场景像魔法般击中了我，就像是给这个世界洒下小精灵的魔粉。

钻石

“但是有一个真正要考虑的问题，那就是所有这些材料最终都会落回地面上。”克驰继续说道，“这是不是意味着人们会吸入这些微小的钻石颗粒？很可能这个量是非常小的，不会成为问题。但是出于某种说不下清的原因，我还是不喜欢这个主意。”

另一个选项是完全模仿火山的情况，喷洒二氧化硫。这也有它不好的一面。向平流层中注入二氧化硫会加重酸雨的问题。更严重的是，它可能破坏臭氧层。在菲律宾的皮纳图博火山（Mount Pinatubo）于1991年喷发之后，全球气温曾经短暂地下降了0.5℃。在热带地区，平流层底部的臭氧水平下降的幅度高达三分之一。

“或许这么说不太好，但这的确是一个我们已经认识的恶魔。”克驰说。

在所有可能部署的物质当中，克驰最热衷的一种是碳酸钙。碳酸钙会以这样或那样的形态出现在任何地方：在珊瑚礁中，在玄武岩的小孔中，在海洋底下的软泥中。它也是世界上最常见的一种沉积岩——石灰岩的主要成分。

“在我们所生活的对流层中有大量的石灰岩粉尘被吹来吹去，”克驰表示，“所以就让这种物质看起来很有吸引力。”

“它有着近乎理想的光学性质。”他接着说道，“它会被酸溶解。所以我可以确定地说，它不会具有硫酸那种对臭氧的剥离作用。”

克驰还告诉我，数学模型也确证了这种矿物的优势。但是，直到有人真的把碳酸钙扔进平流层之前，我们都很难知道能在多大程度上相信这个模型。“对此没有别的办法。”他说。

地球工程的兴起与戛然而止

关于全球变暖的第一份政府报告是在1965年摆到美国总统林登·约翰逊（Lyndon Johnson）面前的，尽管当时还没有称这种现象为“全球变暖”。“人类正在无意之间开展一项大规模的地球物理学实验。”报告中如此写道。燃烧化石燃料导致的结果，几乎可以肯定会是“气温的显著变化”，而这又会反过来导致其他的变化。

这份报告指出：“南极冰盖的融化会让海平面升高120多米。”即使这个过程要花1000年的时间来完成，海水也将“以每10年1.2米的速度抬升”或者说是“每个世纪12米的速度”。

碳排放在1960年代增长迅速，每年提高5%。然而这份报告中完全没有提及逆转这种增长的问题，甚至都没有提过试图去减缓这种增长。相反地，报告中提出了“对主动引发补偿性气候变化的可能性……已经进行了彻底的考察”。其中一种可能性就是“向广阔的海洋区域撒播非常小的反射颗粒”。

“粗略的估算表明，或许100美元就可以生产出足以覆盖2.6平方公里面积的颗粒。”报告声称，“所以，大约每年5亿美元就能为反射率带来1%的改变。”这些钱以今天的价值计算差不多是每年40亿美元。考虑到“气候对于经济和人类非凡的重要性，这一量级的成本似乎并不过分”。这就是那份报告的结论。

那份报告的作者们已经无一健在了，所以我们不可能知道为什么这个委员会直接跳过了其他问题，而提出了一个数亿美元规模的撤播反射性颗粒的计划。在1960年代，对于气候和天气的操控方案都很激进，无论是在美国还是在苏联。美国海军与气象局合作的“风暴狂怒计划”以飓风为目标。人们当时相信，让飞行器在风眼墙周围撒播碘化银，作为种子来形成云，就能削弱飓风。“突眼计划”是美国空军在越南战争期间秘密开展的一项改变天气的计划，目的是增加“胡志明小道”的降雨。同样的，这个计划也是通过碘化银作为云种。在《华盛顿邮报》曝光了“突眼计划”并导致该计划被中止之前，第54气象观测飞行中队已经进行了令人震惊的2600次造云飞行。（“熔岩突击队行动”是一项与之相关的计划，目的是向胡志明小道投放一种混合的化学品，以使得那里的土壤不再稳固。）其他由政府经费支持的旨在改变气候的计划还包括，以减少闪电为目标的计划，以及以阻止冰雹为目标的计划。

《人类能改变气候吗？》书封

苏联的计划甚至更有远见，或者是更为疯狂——取决于你的立场如何。在一本名为《人类能改变气候吗？》（Can Man Change the Climate？）的书中，一位名叫佩特·鲍里索夫（Petr Borisov）的工程师建议，可以用一道横跨白令海峡的大坝来融化北极冰盖。具体来讲，我们总有办法把数百立方公里的冷水从北冰洋输送到大坝另一侧的白令海中，这就会把北大西洋中的温暖海水牵引到北极地区。据鲍里索夫的计算，这不仅仅会在极地区域制造出更温和的冬天，也会改善中纬度地区的冬季。

“人类需要开展一场针对寒冷的战争，而不是开展一场‘冷战’。”鲍里索夫如是宣称。

另一位苏联科学家米哈伊尔·戈罗斯基（Mikhail Gorodsky）建议环绕地球建立一个垫圈形的钾颗粒带，就像是土星的光环那样。这条钾带要放在合适的位置上，以反射夏季的阳光。戈罗斯基相信，这样一来就会让极北地区的冬季变得更温暖，还会让世界上的永久冻土带融化他很乐于拥抱这一改变。这一方案与其他一些来自苏联的方案都汇总在了《人类对气候》（Man Versus Climate）这份概述中。它是由一个位于莫斯科的“和平出版者”团队翻译成英语的，其结尾处有这样的宣言：

改造大自然的新计划每年都会向前推进。它们以后会变得越来越宏伟，越来越激动人心。这是因为，人类的想象力就像人类的知识一样，不知边界为何物。

在1970年代，气候工程失宠了。与它的兴起一样，很难说确切的原因到底是什么。公众对于环境的忧虑或许与此有关，同样有关的还有科学界越来越强烈的一个共识：播种造云不是什么好事情。与此同时出现了越来越多的报告，英语的和俄语的都有，警告人类已经改变了气候，而且是在一种很宏大的规模上。

1974年，来自列宁格勒地球物理气象台的著名科学家米哈伊尔·布迪科（Mikhail Budyko）出版了一本名为《气候变化》（Climatic Changes）的书。布迪科——列出了提高二氧化碳水平所带来的危险，但是也认为它们的继续攀升是无可避免的：降低排放的唯一方法是切断化石燃料的使用，但是没有一个国家有可能去这样做。

按这一逻辑推理下去，布迪科有了一个主意“人造火山”。可以用飞机或是“火箭和不同种类的导弹”把二氧化硫注入到平流层中。布迪科无意以“风暴狂怒计划”或在白令海峡上筑坝这样的方式来改变大自然。而实际上，他的想法更像是复仇主义者的路线，正如出自《豹》的那句名言：“如果我们想要一切保持原状，那么一切就都得改变。”

“在不远的将来，气候改造会变成必做之事只要你还想保持当前的气候条件的话。”布迪科如是写道。

地球工程的支持者观点

大卫·基斯（David Keith）是哈佛大学的一位应用物理学教授。他曾经被形容为“或许是地球工程最首要的支持者”，而他本人对于这一定义非常恼火。“我是事实的支持者。”他在2015年给《纽约时报》编辑的一封信中如是写道。基斯于2017年创立了哈佛大学的太阳能地球工程研究项目。他时常会收到仇恨邮件。有两次他还受到了切实的死亡威胁，以致他不得不报了警。基斯的办公室在领克楼（Link）中，就在克驰办公室那条走廊的尽头。

我在拜访了克驰的几天之后去拜访了基斯，他告诉我：“太阳能地球工程不是一件你读一读摘要就能了解的事情。它取决于人类要选择如何去利用它。所以，无论何时，当一个人声称太阳能地球工程会危及数以百万计的人群，或是会拯救世界，或是任何其他的说法时，你就应该问他：‘具体什么样的太阳能地球工程？具体以何种方式开展？’”

基斯个子很高，人很消瘦，留着林肯式的大胡子。作为一个热心于登山运动的人，他却把自己形容为一个“鼓捣小发明的人”，一个“技术控”，以及“一个古怪的环保主义者”。他是在加拿大长大的，在卡尔加里大学教了差不多十年书。当他在那里工作的时候，成立了一家叫“碳工程”的公司，是气候修造公司在直接空气捕捉领域的竞争者。（碳工程公司在加拿大的不列颠哥伦比亚省有一个先导电厂项目，我曾经去那里参观过。在那里能够看到加里波第山[Mount Garibaldi]的壮阔景色，它是一座高近2700米的休眠火山。）如今，他要在剑桥与坎莫尔（Canmore）之间两边跑，后者是位于加拿大洛矶山脉中的一座城镇。

加里波第山

基斯相信，这个世界最终还是要削减它的碳排放，就算无法一直削减到零，也要接近零。他还相信，碳移除技术最终能够规模化，并处理掉其余那些碳排放。但是所有这些措施很可能还是不够的。在“过冲”期间，很多很多人将会遭受苦难，还会发生一些无论如何都不可逆转的改变，比如大堡礁的崩溃。

他主张，继续前行的最佳途径是去做所有该做的事情：削减排放，致力于碳移除，并以严肃得多的态度来看待地球工程。基于计算机模型的模拟结果，他提出，最安全的选项就是把足够多的气溶胶送到空中，将变暖的问题削减一半，而不是完全抵消它。这一策略被称为“半工程”。

……

我提出，在他所研究的这类干预行为上，人类可没什么好的过往记录。虽然引入一种有毒的两栖动物很难与遮挡太阳相提并论，但我还是提到了海蟾蜍的例子。

基斯暗示，我其实暴露了自己的偏见：“对于那些认为我们的科技补救措施都走错了路的人，我会说：‘好吧，那农业也走错了路吗？’绝对真实的情况是，农业有着各式各样根本没有预料到的后果。”

“人们总是去考虑所有那些环境改造的糟糕案例。”他继续说道，“他们忘记了所有那些多多少少起到了作用的案例。有一种来自埃及的杂草，名叫柽柳（tamarisk）。它已经扩散到了美国西南地区的所有沙漠中，并且是非常具有破坏性的。在经过了大量的尝试之后，人们引入了某种专门以柽柳为食的虫子。很显然，这方法多多少少奏效了。”

“我要申明的是，我没说这些改造大多会奏效。我说的是，改造可以是很宽泛的、很不同的事情。”

向平流层注入颗粒的可能副作用：天空将变白

地球工程不是什么能够快递到你家，让你在厨房里进行操作的事情。不过，作为一个能够改变世界的项目，它看起来也是简单得令人吃惊。发送气溶胶的最佳方式就是利用飞机。这种飞机要能够飞到18千米的高度，并能够运载20吨的有效载荷。研究者们称这样的一架飞行器为“平流层气溶胶注入抛射器”（Stratospheric Aerosol Injection Lofter），缩写为SAIL。他们对这种飞行器需要达到的参数指标进行研究后得出结论，其开发成本将达到25亿美元。这个金额听起来好像是一大笔钱，但其实只是空中客车公司用于开发“超级客机”A380的成本的十分之一，而这种客机在十几年后就停止了生产。要部署像 SAIL这样的一架飞行器需要每十年花费200亿美元左右。同样的，这也不是多大的事情，因为现在这个世界每年花费在化石燃料上的补贴都是上述金额的300多倍。

“有几十个国家都同时具备启动这样一个项目所需的技术和资金。”这个飞行器方案的研究者，耶鲁大学的讲师韦克·史密斯（Wake Smith）和纽约大学的教授赫尔诺特·瓦格纳（Gernot Wagner）给出了这样的评论

太阳能地球工程相对而言是比较便宜的项目。不仅如此，它还是一个能够快速实施的项目。基本上只要SAIL飞行器一投入使用，降温就开始了。（坦博拉火山爆发的一年半之后，新英格兰的黄瓜就遭遇了冻灾。）正如基斯告诉我的，这是能够针对气候变化“快速采取某些措施”的唯一方式。

但是，如果一架SAIL飞行器看起来像是一种快速起效的解决方案，那么首先是因为它根本就不是一个解决方案。这项技术所针对的是变暖这一症状，而不是它的病因。正因为如此，有人把地球工程比作是用美沙酮来治疗海洛因成瘾的问题，不过更恰当的比喻或许是用安非他命来治疗海洛因成瘾的问题。结果就是，一种成瘾问题变成了两种成瘾问题。

由于向平流层中输送的方解石或是硫酸（或是钻石）微粒在几年之后还会落回地面，它们需要持续进行补充才行。如果 SAIL飞行了一二十年之后，又由于某种原因——比如战争、疫情、对结果不满意而终止了，那么由此产生的结果就会像是打开了一个全球规模的大烤炉的门。所有那些曾经被掩盖的升温向题都会在突然之间显现出来，导致一次快速而严重的气温攀升——这种现象被称为“终端激波”。

与此同时，为了跟上全球变暖的步伐，SAIL需要向平流层输送越来越大的有效载荷。（以“人造火山”的角度来说，就相当于实施越来越强烈的喷发。）史密斯和瓦格纳所做的成本计算是基于基斯所提出的那种操作方式，能够将变暖的速率削减一半。他们两人估计，在项目的第一年需要向平流层撒播大约10万吨硫。而到了第十年，这个数字就会提升到超过100万吨。在此期间，飞行次数会相应地从每年4000次攀升到每年超过40000次。（非常尴尬的是，每一次飞行都会产生很多吨的二氧化碳，造成更严重的升温，势必需要更多次的飞行。）

向平流层注入的颗粒越多，产生奇怪副作用的可能性就越大。本世纪末，大气中的二氧化碳水平轻易就能达到560 ppm.如果要用太阳能地球工程来抵消这些二氧化碳的效应，研究者们发现，这将导致天空的样子出现变化。新的“天空蓝”将会是白色。他们指出，这种效应会导致“此前保持原始状态的地区的天空看起来也像是城市地区的天空一样”。他们还表示，也会出现一个恰到好处的后果，那就是辉煌的日落景象，“就像是在大型火山爆发后所能看到的那样”。

阿兰·罗博克（Alan Robock）是罗格斯大学的一位气候科学家，也是“地球工程模型交叉比对项目”的领导者之一。罗博克维护着一个对于地球工程的各种担忧的排行榜，最新一版有二十多项。第1名是它有可能扰乱降水的模式，导致“非洲和亚洲的旱灾”。第9名是“减少太阳能电力产能”。第17名是“白色天空”。第 24名是“国家之间的冲突”。第28名是“人类有权这么干吗”。

……

这是一本关于一些人努力想要解决一些问题的书，而这些问题又是另一些人努力想要解决另一些问题时所造成的。在报道这些人和事的过程中，我访问过工程师和基因工程师，生物学家和微生物学家，大气科学家和大气企业家。无一例外，他们都对自己的工作充满了热情。但是，同样无一例外，这些热情都被质疑声所困扰。电鱼屏障、混凝土的溃堤、假的岩洞、合成的云朵这些东西呈现给我的不太像是一种“技术乐观主义”精神，或许更应该称之为“技术宿命论”。它们从一开始就不是某种进步，而只不过是在现有条件下人们所能想出的最佳方案。就像一个人造人在《银翼杀手》（Blade Runner）中对哈里森·福特（Hrson Ford）所扮演的那个可能是，也可能不是人造人的角色所说的：“你觉得如果我买得起一条真蛇，我还会在这种地方工作吗？”

正是在这样的逻辑之下，像是辅助进化、基因驱动、挖数百万条沟来掩埋数十亿棵树这样的计划才需要被评估。地球工程可能是“全然疯狂的，相当令人不安”，但是如果它能够减缓格陵兰岛冰盖的融化速度，或是“带走某些苦难”，或是有助于防止不再自然的生态系统崩溃，那么我们难道不应该去考虑一下它吗？

安迪·帕克（Andy Parker）是“太阳辐射管理治理倡议”的计划主管。这个计划致力于拓展围绕地球工程的“全球对话”。他喜欢把这种技术比作是药物领域的化疗。要是还有更好的选择的话，没有哪个精神正常的人会愿意接受化疗。他曾经说过：“在我们所生活的这个世界上，小心翼翼地让那个破太阳的光芒变暗，要比什么都不做的风险更小一些。”

但是，“让那个破太阳的光芒变暗”比不让它变暗的危险更小要得出这样一个结论，必须要一个前提：这种技术不仅需要按计划起效，还得按计划部署。这可不是件简单的事情。克驰、基斯以及施拉格都曾向我指出，科学家只能提出建议，而实施是一个政治决定。你可能希望这样一个决定是个公正的决定，对于今天活着的，以及未来世代的人类或非人类生物都是一个公正的决定。但是，我们只能说，在这样的事情上我们此前没什么好的记录。（比如说，气候变化。）

假设这个世界发射了SAIL飞行器的机队，或是只有一小部分坚定果决的国家这样做了。再假设即使在SAIL飞行并抛撒越来越多的微粒时，全球碳排放仍然在升高。那么我们得到的结果，并不会是回到前工业革命时代的气候，或是上新世的气候，或是始新世的鳄鱼趴在北极岸边晒太阳时的气候。那将会是一种前所未有的气候，笼罩在一个前所未有的世界上。在那里，鲢鱼闪着银光，跃动在一片白色天空之下。