最狂抗暖化構想！噴灑微粒遮擋太陽，太空氣泡反射日光！地球工程真的能解決氣候危機？

　　近年氣候變遷帶來的影響愈見明顯，全球多處地區現正受到極端高溫與乾旱的侵襲。為應對逼在眉睫的氣候危機，不少科學家埋首於「地球工程」研究，當中最受注目的技術，除現已逐步實施的碳捕集與封存外，還有較激進的「平流層噴霧法」與「太空反射鏡法」，試圖從大氣層直接反射太陽輻射，幫助地球降溫。但後兩者做法極具爭議性，有專家認為這可能會引起意想不到的副作用，甚至對生態系統構成巨大風險。

 

極端高溫熱浪襲中國與西歐

 

　　2022年6月，西班牙出現40年以來最早熱浪，中部與南部部分地區溫度高達攝氏40度，帶來嚴重乾旱，不僅農作物可能失收，更造成逾千死亡。法國亦出現70年來最早熱浪，國內60個地區旱情已達危機水平，近乎全境限制用水。

 

　　意大利也因極端高溫而面臨乾旱，北部幾個城鎮宣布限水。英國南部部分地區亦要宣布制水；倫敦氣溫更首次突破攝氏40度，當地最少發生10宗火災，倫敦消防局宣布進入重大事故狀態。

 

　　中國在2022年7月有84個城市發布最高等級紅色預警，表示未來24小時內氣溫超過攝氏40度。上海氣溫在7月中已飆破攝氏40度，三個位於河北省與一個位於雲南的城市溫度更高達攝氏44度，預計熱浪至少持續到8月中旬。

 

有科學家指出，假如全球暖化沒有減緩跡象，攝氏38度以上的極端熱浪將成為北半球中緯度地區往後夏季的新常態。（圖片來源：Pixabay.com）

歐洲現正面臨可能有史以來最嚴重的乾旱狀況。西班牙炎熱乾燥天氣預計使農作物產量下降15%；意大利北部農業重鎮的產量也可能會減半。（圖片來源：Pixabay.com）

 

全球變暖可能導致世界末日

 

　　《美國國家科學院院刊》刊登的最新研究指出，全球氣溫升高攝氏3度對人類滅絕的風險被嚴重地低估。領導這項研究的英國劍橋大學生存風險研究中心（Centre for the Study of Existential Risk）研究人員盧克·坎普（Luke Kemp）表示，氣候變遷對歷史上5次大規模滅絕事件都起到一定作用，促使古代社會崩潰與帝國衰落。

 

　　通往末日災難的途徑除極端高溫與乾旱的直接影響外，還有金融危機、新疾病爆發等連鎖反應，加劇現有社會的脆弱性，如貧窮問題與糧食危機等。由是之故，有分析指未來超級大國可能會就「地球工程」（Geoengineering）展開技術競賽，以緩解氣候危機，避免國家陷入衰亡。

 

　　「地球工程」又稱為「氣候工程」（Climate Engineering），是人為改變地球環境、氣候的工程設想，以應對全球氣候變暖。1977年，美國學者馬爾凱蒂（Marchetti）在《地球工程與二氧化碳問題》一文中首次提出地球工程構想，建議把二氧化碳封存在深海裏，以紓緩溫室效應。

 

地球工程人為改造環境氣候

 

　　2006年，諾貝爾獎得主德國氣候學家保羅·克魯岑（Paul Crutzen）在《氣候變化》雜誌上發文，談論實行地球工程的可能性，獲得學術界廣泛關注。2007年，美國《時代》雜誌更將地球工程列為「正在改變世界的十大觀念」之一。

 

　　2009年，英國皇家學會（The Royal Society）將「地球工程」定義為「因應氣候變遷的影響，對地球環境和氣候進行人為干預而採取的大規模工程技術和方法」，並提出了9種可能的地球工程方案，分別為碳捕集法、植樹造林法、強化風蝕法、平流層噴霧法、太空反射鏡法、造雲反射法、生物碳法、海洋施肥法、以及地表反射法。

 

　　其實，上述技術方案都是圍繞著兩大目標：一是減少太陽輻射抵達地表的數量，從源頭減弱熱能，是為「太陽輻射管理」（Solar Radiation Management，SRM）；另一是降低地球大氣中的二氧化碳含量，避免因碳濃度上升而產生的溫室效應，是為「二氧化碳脫除」（Carbon Dioxide Removal，CDR）。

 

平流層噴灑碳酸鈣製造塵雲

 

　　目前，針對CDR的碳捕集與封存、以及植樹造林方案，現已被廣泛採用。至於SRM相關技術，因爭議性較大，即使科學界有意試行，惟迄今依然未能落實。以「平流層擾動控制實驗」（SCoPEx）為例，這是獲得微軟創辦人比爾·蓋茨（Bill Gates）贊助、由哈佛大學與瑞典太空公司（Swedish Space Corporation，SSC）攜手進行的SRM研究項目。

 

　　這項實驗先要把一顆內含2公斤碳酸鈣的大氣球與相關設備，發射至高度達12.5英里（約20公里）的平流層（Stratosphere）；跟著，氣球會噴出碳酸鈣微粒，在平流層形成一條幾公里長的白色塵雲（Dust Plume），以遮擋和反射太陽輻射，減慢地球變暖的速度。

 

　　SCoPEx研究團隊原定於2021年6月在瑞典基律納鎮（Kiruna）進行首次實驗。當地馴鹿牧人原住民薩米族（Saami）領袖在獲知消息後，致函給瑞典太空公司表示強烈反對。更有環保人士狠批，這類地球工程研究可能會讓政客產生錯覺，誤以為不用再做任何減排措施。最終在各方壓力下，SSC於2021年3月宣布停止這項平流層噴霧實驗。

 

由哈佛研究團隊領導的「SCoPEx」（Stratospheric Controlled Perturbation Experiment）實驗，試圖將一個載有相關設備的大氣球投射到平流層，噴撒碳酸鈣微粒，藉此反彈部分陽光，以減慢全球氣溫攀升速度。（圖片來源：SCoPEx實驗項目官網）

 

菲律賓火山爆發助地球降溫

 

　　不過，因應極端氣候影響愈趨嚴重，英國湯森路透基金會（Thomson Reuters Foundation）近日再度重提平流層噴霧方案。這項地球工程的靈感來自於「火山冬天理論」：火山爆發會噴射火山灰、硫化氫與二氧化硫等氣體到大氣層，形成大量懸浮微粒反射太陽輻射，使到地球氣溫下降。

 

　　例如1991年菲律賓皮納圖博火山爆發，噴出約2,000萬噸二氧化硫，經過成核作用後形成氣溶膠（Aerosol）。數月後，這些氣溶膠在大氣層中匯聚成一層硫酸霧，不但反射了來自太陽的輻射，更吸收了地表放射的輻射，結果令全球平均氣溫下降約 0.5°C，為期長達18個月。

 

　　美國智庫蘭德公司（RAND Corporation）認為，平流層噴霧法確實有可能實現，但在研發出合適又安全的噴霧微粒前，還有其他SRM工程方案可以考慮。譬如麻省理工學院提出的「太空氣泡」（Space Bubble）構想，把特製氣泡投放到大氣層之外，同樣可以反射太陽輻射，有助減緩氣溫上升。

 

1991年菲律賓皮納圖博火山爆發生成的氣溶膠，不僅能散射抵達地表的太陽輻射，更有助於減緩人為造成的臭氧層破洞現象，但同時產生的硫酸鹽卻會拖慢臭氧層修復。（圖片來源：維基百科）

 

投放太空氣泡反射太陽輻射

 

　　2022年6月，麻省理工學院可感知城市實驗室（MIT Senseable City Lab）宣布，太空氣泡計劃已取得初步實驗成功。這些由矽等材料製成的薄膜球狀物體，可以像木筏般連接起來，組成面積相當於巴西國土大小的巨型防護罩，放置在太陽與地球之間，透過調控氣泡厚度的細微變化，反射不同波長的太陽輻射。

 

　　實驗室負責人卡羅拉蒂（Carlo Ratti）指出，利用太空氣泡將射向地球的太陽輻射偏轉1.8%，便可以徹底扭轉當下全球變暖的局面。相比起在平流層噴霧法，太空氣泡對環境傷害較小；一旦發現有問題的話，氣泡更可以隨時放氣，並從原位移走。拉蒂直言，若然全球氣溫持續升高，地球工程可能是人類最後的唯一選擇了。

 

　　然而，也有不少科學家持反對意見，認為現今科學研究無法將人工改造環境的所有影響計算出來，故此不宜輕舉妄動。羅格斯大學環境科學家艾倫·羅伯克（Alan Robock）指出，地球工程可能會引起意想不到的副作用，甚至對生態系統造成更大破壞。美國國家科學、工程和醫學研究院於2021年3月發表的論文件也得出類似結論，建議對地球工程研究抱持「謹慎」態度。

 

麻省理工學院可感知城市實驗室建議，在地球和太陽之間放置大量太空氣泡，組成一道巨型防護罩，反射和偏轉太陽輻射，減少傳送到地表的熱能，讓地球得以降溫。（圖片來源：MIT Senseable City Lab官網）

太空氣泡防護罩將被投放至地球外圍的「拉格朗日點」（L1 Lagrange Point）。在此位置上，地球與太陽引力會互相抵銷，讓防護罩能夠穩定漂浮在太空中的固定位置。（圖片來源：MIT Senseable City Lab官網）

麻省理工學院可感知城市實驗室指出，只要在太陽輻射抵達地球前，使其偏轉1.8%，就可以完全改善全球變暖的狀況。（圖片來源：MIT Senseable City Lab官網）

初步實驗中，可感知城市實驗室團隊成功在0.0028 atm大氣壓力下使薄膜氣泡膨脹，並維持在攝氏-50度左右；如此一來，便可以在外太空直接製造太空氣泡，降低運輸成本。（圖片來源：MIT Senseable City Lab官網）

 

科學界對地球工程未有共識

 

　　氣候變遷現已被列為聯合國關注改善的問題之一，全球科學家無不費盡心機，研究如何用科學方法解決極端氣候對人類和環境的影響。究竟應專注於較保守的碳捕集與封存技術，還是該聚焦於較激進的大氣層改造工程，科學家之間仍在拉扯，未能達到一致共識。

 

　　儘管在技術方案上未有共識，惟學術界普遍認同，應加強培訓可處理氣候危機的技術專才。例如，美國史丹福大學宣布成立「多爾可持續發展學院」（Doerr School for Sustainability），針對能源技術、氣候科學、環境與生態系統，以及全球環境政策等領域進行教學和研究。

 

　　新學院的資金來自矽谷風險投資家約翰·多爾（John Doerr）捐贈的11億美元（約85.8億港元），這是有史以來建設新學院的最大筆捐款。新學院將會由美國能源部長顧問委員會主席、機械工程教授Arun Majumdar出任首任院長，預計會有逾百名教職員，2022年9月1日正式營運。

 

　　事實上，包括哥倫比亞大學在內的其他美國學府，亦已陸續設立與氣候變遷相關的跨學科學院。希望日後這類可持續發展學院就像醫學院般遍布各家主要大學，每年可以培育出大量專業人才，協助研發極端氣候的解決方案，為實現永續發展帶來更多曙光。

 

史丹福多爾可持續發展學院聚焦於氣候變化、地球與行星科學、能源科技、可持續城市、自然環境、糧食與水安全、人類社會與行為，以及人類健康與環境八大研究領域。（圖片來源：多爾可持續發展學院官網）

 

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