气候工程

地理工程学 ( Geoengineering )是运用工程手段解决现时地球问题的一门新兴学科。第一类是将空气中的二氧化碳脱除并将其储存或转化为燃料（学名为二氧化碳脱除），如，将铁化合物倒入海中帮助浮游生物成长，以求透过浮游植物的生物泵(biological pump)，吸收并减少大气中的二氧化碳；直接将要排放到大气中的二氧化碳捕获，并封存在不同的储存库，如矿场、地壳与海洋等，这种技术简称为碳捕捉与封存（Carbon Capture and Sequestration，CCS）。或设置“人工树”(一种巨大塔型建筑)，使之可吸收、储存空气中的二氧化碳。第二类则是减少到达地球表面的太阳辐射或阳光照射（学名为太阳辐射管理）。其中包括：在太空放置大量的反光装置，以降低地球接受到的太阳辐射；将海水喷注到低层大气，形成水雾甚至进而蒸发气化，以求在海洋上空的对流层形成大量的云层来反射太阳辐射。地理工程学 (Geoengineering)，可追溯于19世纪中叶的英国罗恩斯特农业实验站，与尔后20世纪初美国耶鲁大学增建的森林实验站开启地理工程学的先河。；而中国亦在1979年建立禹城（农业发展与防护）实验站。20世纪后期起，因全球气候变迁，使得地理工程学的着重点更朝向全球气候问题努力。1995 年因研究臭氧层而得诺贝尔奖的保罗·克鲁岑，他在 2006 年 8 月的《气候变迁》(Climatic Change) 期刊上撰文呼吁大家要正视地球工程，提出了以人工方式在平流层注入硫酸盐微粒，以期能形成云来降低阳光的入射量，冷却日益发烧的地球。在自然界中已有实例可以支持他的观点，那就是 1991 年六月菲律宾吕宋岛的皮纳图波火山 (Mount Pinatubo) 爆发，将约一千七百万吨的二氧化硫送入平流层。这些含硫化物的悬浮微粒(aerosol)又随着大气的水平运动散布至全球各地，导致那一年量测到的北半球年均温下降了摄氏 0.5 至 0.6 度，而全球年均温也降低了 0.4 度。所以他所提出的方法，不过是一种“人造的”火山作用，但这一论点却点燃了科学界的大论战。科学家估计，如果想要补偿21世纪预期增加的二氧化碳所带来的增温效应，我们每年必须注入一百万到五百万吨的硫酸盐到平流层。然而平流层多了这么多的硫酸盐会不会有问题呢？除了降低大气温度外，会不会有其他副作用呢？以皮纳图波火山为例，其实际产生的影响十分复杂。当时的气候模式预测，由于地表的日照减少，这种火山爆发产生的硫酸盐雾会降低水的蒸发，进而导致全球降雨量减少。观测到的雨量确实减少了，但降幅远多于科学家的预期，且各地受到的影响并不一致，有些地方的雨量却不减反增。Trenberth和Dai 因此在 2007 年撰文阐述皮纳图波火山对水循环的影响时，提出了警告：如果地球工程方案贸然将硫酸盐注入平流层中，可能会为地球带来旱灾。另外一个可能的影响是会减缓臭氧层的修复，甚至让臭氧洞再度重现。硫酸盐粒子可能吸收极地上空大量的臭氧层，让地中海和中东地区更干燥或让地球陷入严寒。在 1987 年签订蒙特利尔公约后，臭氧洞的问题似乎现出一现曙光，然而为了要解决暖化的问题，所采取的硫酸盐注入平流层的地球工程方法，则让人们又要开始担心紫外线过量的问题。虽然硫酸盐不会直接摧毁臭氧，但是硫酸盐在低平流层所产生的异相化学作用，会形成许多氯分子，进而被活化、光解，开始摧毁臭氧分子，一如南极的极区平流云的作用。所以 Simone Tilmes 等人在 2008 年发表一篇文章探讨极区臭氧浓度变化与注入平流层的硫酸盐间的关系，主要是利用臭氧洞与氯分子活化间的经验式加上电脑模拟。结果发现如果依照规划的数量注射硫酸盐进入平流层，在未来的数十年间，北极极区的臭氧会减少 1/4 甚至到 3/4，南极的臭氧洞还需要 30-70 年来恢复，甚至更久。再者，注入的硫酸盐粒子的体积大小也会造成不同的模拟结果，体积越小，影响越大！但不管哪一种体积，都会带来更寒冷的冬天，这同时也会增强极区臭氧被摧毁的机会。瑞士伯尔尼大学的托马斯.斯多克认为人们对“地理工程学”的认识还存在极大的鸿沟。另外，地理工程学改变气候的一些手段，比如太空反射镜等都需要庞大的开支以及应对技术上的挑战；而使用硫酸气溶胶来抑制气候剧烈变化，则是具有一定的争议性，布里斯托大学的马修.沃森他博客《不情愿的地理工程学家》一文中谈到，我们只有在迫不得已的时候才能使用硫酸气溶胶来抑制气候剧烈变化。但很多学者支持试验继续进行下去，试验在验证技术可行性方面是很有价值的。哥伦比亚大学的华莱士.布洛克说：“最终人们将有50%的可能性实际使用这项技术，因为全球变暖的趋势太明显了。”美国航天局Goddard空间研究中心的施密特表示，很多“地理工程学”的模拟试验都是不成熟的，尤其不可能检测出潜在的副作用。人们并未在这个领域中踏上正轨。