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文 | 觀察未來科技

社會的起點和終點都是地球的整體安全，但現在，氣候暖化正在成為人類的一場大危機，并威脅着地球的整體安全。

自工業革命時期以來，溫室氣體濃度持續上升，全球平均氣溫也随之增加。人類排放到大氣層中的溫室氣體濃度不斷增加而形成的一個籠罩地球的“溫室”，并反過來影響了人類社會——這個夏天幾乎成為最熱的夏天，多國多地都陸續發布高溫預警，因熱射病而死亡的消息頻見新聞報道。

面對氣候的劇變，在除了減少化石燃料使用和其他人為溫室氣體排放源的傳統方法外，人類是否能發明出高新技術，來徹底解決氣候危機？在被稱為地球工程的高新技術下，人類又将面臨哪些新的風險？

氣候為什麼會變化？

地球之所以能夠給人類生存提供适宜的溫度，沒有像其他星球一樣極熱和極寒，是因為地球有有大氣層的保護。簡單來說，大氣層使得幾乎1/3的太陽輻射被立即反射回太空，到達地球的2/3多一點兒的太陽入射輻射則被地表、海洋或大氣吸收，并被轉化為紅外能，并向四面八方進行再輻射。

其中，有好幾種溫室氣體，它們吸收了大部分的紅外能量，自然産生的溫室氣體包括水蒸氣、甲烷、二氧化碳和一氧化二氮。還有幾種不屬于自然産生，但是由人類創造的溫室氣體。其中最重要的氯氟烴（CFCs），是最先于20世紀20年代在實驗室中被發明出來的。每一種氣體捕捉不同波長的能量，每一種氣體也具有不同的特性。

并且，每一種氣體在大氣中是以不同濃度存在的，每種氣體的濃度也随着地質年代的不同而有所差異。在工業革命興起以前，甲烷，約占大氣濃度的0.7ppm（1ppm=1立方厘米/立方米=10-6），二氧化碳約占大氣濃度280ppm；一氧化二氮約占288ppb。而從工業革命開始，每一種溫室氣體的濃度就有所上升。

值得一提的是，大氣氣體濃度并非氣候的唯一決定因素，其他因素也影響着到達地表的太陽輻射總量以及被吸收和被反射的總量。

在影響氣候的其他因素中，就包括地球繞軸自轉和繞日公轉軌道的輕微擺動，這些擺動則被稱為米蘭科維奇循環。19世紀20年代，米盧廷·米蘭科維奇通過仔細的天體力學計算，研究了在過去數千年間北半球不同緯度的日射量（大陽輻射的總額）變化。米蘭科維奇發現日射量的變化取決于地球軌道數種緩慢的周期性變化。後來，人們就把這個發現統稱為米蘭科維奇循環。

米蘭科維奇相信，這些循環對地球的氣候變化有重耍影響，但在很長時間裡它們都飽受争議。直到米蘭科維奇逝世18年後的 1976年，争論才終于塵埃落定。當時，詹姆斯·海斯、約翰·英布裡和尼古拉斯·沙克爾頓發表了一篇影響重大的論文，他們利用深海鑽探取得的沉積岩心還原了過去 450 000 年的氣候變化，并發現這些變化非常符合米蘭科維奇循環。這就表明，地球軌道的變化的确導緻了發生在 100 萬年前，以及更久遠年代的冰川作用。

此外，到達地表的太陽輻射總量也受到氣溶膠的影響，氣溶膠是阻擋入射輻射的大氣顆粒物。火山噴發可以影響全球氣溫，火山噴發的灰燼和煙塵可以到達平流層并且環繞地球，使氣溶膠的總量有所增加。如果規模足夠大，就算是暫時的一次火山噴發也足以使全球氣溫下降。

世界曆史上有案可查的幾次規模最大的火山噴發就是以這種方式産生了重大的短期溫室效應，像是1783年冰島拉基火山噴發、1815年坦博拉火山噴發和1883年喀拉喀托火山噴發之後的情況一樣。

不過，不管是大氣氣體濃度，還是地球軌道變化，又或者地球内部和地球表面發生的變化，這些因素都還停留在自然的變化上。而如今，更為人們所擔憂的，則是人為造成的氣候變化，即工業時代的人類對自然的碳循環所施加的幹擾上。

要知道，世界上儲存的碳在岩石圈、土壤圈、生物圈、大氣和海洋之間循環。然而，自從工業革命以來，人類的活動已經改變了碳在這些圈層中的分布。人類用比自然發生的速度更快的速度将碳從地球移走并置于大氣圈中，這一事實本質上引發了氣候變化問題。

人類也造成了其他含碳溫室氣體濃度的增高。甲烷，也就是天然氣，燃燒時變成二氧化碳和水。然而，人們往往将甲烷直接釋放到大氣中，以每個分子來計算，甲烷的吸熱本領比二氧化碳還要強得多——要知道，溫度與二氧化碳濃度之間存在着明顯的正相關。

完美的道德風暴

人類有兩種基本方式來增加大氣層中的碳。

第一種，森林砍伐讓碳得以釋放。要知道，森林就是碳“彙”，每年能夠淨吸收76億噸二氧化碳。根據聯合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）的報告，包括森林砍伐在内的熱帶樹木覆蓋減少的總排放量與主要排放國的年排放量相當，僅次于中國和美國，排在第三位。

然而，當前，據聯合國糧農組織估計，地球每年正在失去1000萬公頃的森林，相當于每18分鐘消失一個紐約中央公園。巴西的森林砍伐在 2021 年增長了 20.1%，在所有生物群落中達到 16,500 平方公裡。三年内，巴西失去了靠近裡約熱内盧州的一片綠地。在亞馬遜地區，估計每秒有 18 棵樹被砍伐。隻有 27% 的森林砍伐區域需要接受任何檢查。

第二種，也是更重要的，化石燃料的燃燒釋放出碳。人類已經把以煤、石油和天然氣的形式儲存在岩石圈中的碳轉移到了大氣圈，并且由此使其進入了海洋。在工業革命開始以前的1750年，人類每年以這種方式可能向大氣中釋放了300萬噸的碳。而在一個世紀後的1850年，這一數字約為5000萬噸。又經過了一個世紀，到第二次世界大戰結束之時，它已經增加了20倍多，達到約12億噸。

接着，在“二戰”結束後的15年裡，人類每年向大氣圈散播25億噸的碳。這個數字在1970年增加至超過40億噸，在1990年增加至超過60億噸，在2015年增加至95億噸左右——是1750年的3200倍和1945年總量的8倍。

增加的人為碳排放量提高了大氣二氧化碳濃度，現在的二氧化碳濃度約為400ppm，要知道，工業化以前的基線則隻有280ppm。這是過去幾十萬年且有可能是過去2000萬年裡二氧化碳所能達到的最高濃度。

與此同時，氣溫數據顯示，平均地表大氣溫度日漸暖化，20世紀末的變化率最大。其中，3/4的升溫發生在20世紀70年代中期以後，其餘的升溫發生在1940年以前。從20世紀70年代起的每一個連續的10年都比所有先前有記錄的10年更加溫暖；2010年，美國國家航空航天局宣布，2000年以來的10年是有記錄以來最為溫暖的10年。

與工業化前的氣溫記錄相比，目前全球平均升溫估計為1.1℃。要知道，1.5攝氏度的門檻，被認為是一個關鍵的全球目标，因為超過這一水平，所謂的“臨界點”就更有可能出現。對于氣候系統來說，臨界點指的是全球或區域氣候從一種穩定狀态到另外一種穩定狀态的關鍵門檻。臨界點是不可逆的，一旦觸發臨界點，系統可能會很快變壞。而在當前全球平均的溫升水平已經達到了1.1°C的情況下，可以說，距離1.5℃的目标并不遙遠。

然而，問題是，即便危機近在眼前，人們也難以做出改變，究其原因，在道德層面上，氣候危機對人類來說依然十分難解。哲學家史蒂芬·加德納（Stephen Gardiner）就将氣候危機稱為 “完美的道德風暴”。

其中一個問題是，排放溫室氣體所造成的危害，并不會隻落在排放者個人的頭上，而是會影響地球上的所有人。這就意味着，作為個體的排放者，基本沒有為全人類共同福社而減排的動機。所以每個人都會覺得，不論個人本身的排放是多少，也不可能左右全人類總的排放量。

打個比方，某個村莊的農戶共同享有一塊草場，可以把自己的羊群帶到草場上随意放收。如果所有農戶都不加節制地在草場上放牧，公共草場終會不堪重負。但即使草場已被過度使用，農戶們還是想要盡可能地使用這片草場。因為隻要草場還沒崩潰，不用就等于拱手把好處讓給别人。所以這片草場注定會被毀掉。

地球工程

于是，面對氣候的劇變，在除了減少化石燃料使用和其他人為溫室氣體排放源的傳統方法外，人類正在嘗試發明出高新技術，來徹底解決氣候危機，這些技術通常被稱為地球工程。對應着氣候暖化的形成，地球工程主要分為兩個主要途徑，即清除二氧化碳和處理太陽輻射。

二氧化碳清除法是從源頭上解決問題，去除大氣中的二氧化碳，從而消滅氣溫上升的來源。比如，利用自然界碳循環過程中的風化作用，在風化作用中，矽酸鹽礦物與大氣中的二氧化碳發生反應并生成碳酸鹽，進而減少大氣中二氧化碳的含量。通過把更多的這種礦物直接置于大氣中，人們可以加速這一進程。但這個方法成本也相對較高，因為這要求開采、加工和運輸大量的矽酸鹽礦物。

用工業手段捕獲空氣中的二氧化碳也是可行的一種方法，這就是所謂的“空氣捕獲”。就像所謂的碳捕獲與儲存技術一樣，但當前，這一技術還涉及如今仍未完全解決的二氧化碳埋存安全問題。而中規中矩的做法就是植樹造林和碳清理。

處理太陽輻射與限制地球吸收的陽光量有關。這需要在光線照射到地球之前将其阻擋住，讓光線在到達地面之前更多地反射在大氣層中，或者讓地面可以反射更多的光線，這是一種通過冷卻地球來抵消二氧化碳暖化效應的嘗試。

其中一個方法是，将大量硫磺打入同溫層，以遮擋部分來自太陽的電磁輻射。如前所述，到達地表的太陽輻射總量受到氣溶膠的影響，氣溶膠是阻擋入射輻射的大氣顆粒物。一旦進人同溫層，氣溶膠的留存時期就會長得多，一般來說半衰期有數年之久。

過往的大規模火山噴發曾導緻氣溫在幾年内暫時性地變冷，其中最重要的原因，就是在火山噴發的過程中，大量硫磺會被送入大氣之中，這些硫磺進而會形成氣溶膠。人類活動對大氣氣溶膠的成分也有一定貢獻，這些氣溶膠對氣候起到一定的冷卻作用，抵消了許多人類排放的溫室氣體造成的暖化效應。

但問題是，雖然達到同溫層的氣溶膠會在數年之間散盡，但人類排放的二氧化碳對氣候變化造成的影響卻會持續千年之久。這意味着人類的後代就将面臨一個選擇：繼續輸送更多的二氧化硫，或是承受一場突如其來的氣候災變。

更重要的是，往同溫層輸送二氧化硫确實有可能讓溫度降到當前最适合的水平。但是，這個方法并不能讓氣候變化停止。如果一邊通過增加溫室氣體的濃度讓全球平均溫度上升，一邊又用增加同溫層中的氣溶膠削弱暖化放應，其結果更可能是，一些區域的平均溫度會上升，另一些區域的會下降，各地的降水模式也會發生改變，而這在2008年的模拟結果中就已經表明。

顯然，對于目前來說，地球工程還需要格外謹慎的管理，因為這些計劃并沒有成熟到能夠來替代減排。但是，作為最後的手段，或者作為最終恢複地球氣候的辦法，地球工程很可能會發揮有益的作用。而在此之前，面對難以避免的道德風暴，我們需要的是，更多的人做出有益人類的道德選擇。

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