两万米高空遮挡太阳光


  十月份,英国政府支持的英国研究人员将尝试把水抽到一公里的高空,使用的只不过是一个氦(helium)气球和一根橡胶软管。这项实验将在英格兰东海岸的一个军用机场进行,意在测试拟议的地球工程技术,为的是减轻温室气体增温效应。如果这种气球和软管可以处理水的重量和压力,那么,类似的软管可以上升20公里,把数吨反射气溶胶(reflective aerosols)泵入平流层。

  这一方案被称为“香料”(SPICE:stratospheric particle injection for climate engineering:平流层粒子注入气候工程),是几个拟议的地球工程学方法之一,正在研究之中。在这种情况下,这个想法是,注入平流层的粒子可以把很小比例的太阳能量反射回太空,从而冷却地球。这个概念的目的,是模仿火山的冷却效果,火山可以把大量硫化物颗粒注入平流层。英国气象办公室2009年的一项研究估计,每年有10万公吨硫化物颗粒注入平流层,几年之内,就会使地球冷却约2°C。

  其他地球工程方法也进行了测试,包括给海洋施肥促进藻类生长,以及抽取出空气中的二氧化碳。但是,2009年英国皇家学会(Royal Society)的一份报告得出的结论是,把反射气溶胶注入平流层是最便宜、最有效的方式,可以迅速给地球降温。

  除了管子拴在气球上外,飞机和火箭也可用于喷撒这些粒子。但是,剑桥大学(University of Cambridge)高级工程讲师和“香料”项目成员休格•亨特(Hugh Hunt)说,他的研究小组正在测试的气球和管子方法,将大大减少成本。“试图用飞机或火箭,最终耗资会是管子和气球的100或1000倍,”亨特说。“在20公里的高空,一架飞机只能携带一吨,也许两吨的有效载荷,这意味着每年要飞行500至1000万架次,大约要烧掉1%的全球石油产量。对我而言,这似乎不太可能是经济可行的,因为几十根管子就可以做出同样好的工作。”

  目前的试行方案,每小时可以把100公斤水抽到一公里的高空。完全尺寸的设计需要多达64根管子,分散到世界各地,每根管子每秒可提升5公斤二氧化硫或其他反光颗粒,每年约为16万吨。每根管子将重达30吨,可以被一个直径100米的气球拴到高空,这气球比有史以来建造的最大气球稍大一些。然而,最大的挑战是开发一种柔性管子,它要能够承受超高压力。要把这些颗粒提升到20公里的高度,这些管子将不得不承受4000到6000帕斯卡,或大气压的压力。

  “怎么制成一种柔性管子,可具有6000帕斯卡的压力,在喷射气流风中摇摆,而又能保证持久耐用?”贾斯汀•麦克莱伦(Justin McClellan)问道,他是极光飞行科学公司(Aurora Flight Sciences)的工程师,制作了先进的航天飞行器,用于科学和军事领域。“典型的石油和天然气钻井平台可能会有2000帕斯卡的压力,而且是采用一根大约四分之一英寸厚的钢管。解决一公里的问题可能不是很难,但是要估计20公里管子的所有要求,这就开始显得非常不现实。”

  亨特承认,多重挑战使这一项目处在“可能性的边缘”,但他说,所有工程的问题都可以在五年内克服。全面部署是可以实现,每年需要约50亿英镑,他认为。

  大卫•基思(David Keith)是哈佛大学(Harvard University)工程和应用科学学院应用物理学教授,也是哈佛大学肯尼迪学院(Harvard's Kennedy School)公共政策教授,他就不以为然。他说,成本不是问题。“气候变化的影响,是处在每年一万亿美元的水平,就像减排成本一样,”基斯说。“如果每年数十亿美元可以改变整个地球的气候,这对我来说是个成本,尽管成本是无关紧要。”但是他说,研究应着眼于开发最有效和风险最低的选择,以把硫酸盐颗粒注入到大气中。用飞机来分撒,会更大、更均匀地散布这些颗粒,从而使它们不太可能聚集在一起,回落到地球上。

  “我认为“香料”将是迄今为止最明显的地球工程项目,它可能会使舆论两极分化。但在科学或工程兴趣方面,我看不是很多,”基斯说。