问题

能否通过播撒致冷剂对抗全球变暖?

回答
能否通过播撒致冷剂来对抗全球变暖?这个问题听起来就有点异想天开,毕竟我们日常生活中用到的空调、冰箱里的制冷剂,它们的工作原理是将热量从一个地方转移到另一个地方,本身并不具备“致冷”大气的超能力。更何况,很多人对致冷剂的印象还停留在其对臭氧层和温室效应的负面影响上。

然而,如果我们跳出传统思维,去探讨一种“播撒致冷剂”的思路,并且是以一种全新的、非传统的方式来理解“致冷剂”的话,或许能找到一些有趣的可能性。这里说的“致冷剂”,绝不是我们熟悉的那些化学物质,而是一种能够吸收或反射太阳光,从而降低地球表面温度的物质或方法。这其实已经触及到了“地球工程”(Geoengineering)的范畴,尤其是“太阳辐射管理”(Solar Radiation Management)这一分支。

传统致冷剂与地球工程的本质区别

首先,要明确一点,我们平时使用的致冷剂(如氟氯化碳、氢氟碳化物等)是为了在封闭系统内循环热量,它们自身不“产生”冷,只是帮助转移热量。而且,这些物质本身很多都具有温室效应,直接播撒到大气中只会加剧全球变暖,这一点是绝对不能混淆的。

地球工程的思路则完全不同,它试图直接或间接改变地球接收或储存太阳辐射的方式,从而人为地降低全球平均温度。这里提到的“播撒致冷剂”,更像是一种形象的比喻,指的是向大气中释放某种物质,来达到类似“降温”的效果。

几种可能的“播撒致冷剂”思路(非传统制冷剂)

如果我们把“致冷剂”理解为一种能够间接实现降温的物质或机制,那么可以从以下几个方面来探讨:

1. 平流层气溶胶注入(Stratospheric Aerosol Injection, SAI)

原理: 这是地球工程中最常被提及的方案之一,也是最接近“播撒致冷剂”概念的。其核心思想是模拟大型火山爆发的效果。大型火山爆发会将大量的二氧化硫(SO2)注入到平流层。在平流层,二氧化硫会转化为硫酸盐气溶胶。这些微小的硫酸盐颗粒能够反射一部分入射的太阳光,使其在到达地表之前就散开,从而起到“遮蔽”太阳的效果,导致地表温度下降。
如何实现“播撒”: 理论上,可以通过高空飞机、气球甚至是特制的炮弹,将二氧化硫或其他类似能够形成反射性气溶胶的物质(如硫酸盐、金刚石尘埃等)精确地播撒到平流层。这种“播撒”是持续性的,需要不断补充,以维持气溶胶层的浓度。
为什么是“致冷剂”的类比: 它就像是在大气层外部高处铺设了一层“反光膜”,将部分阳光“挡”住,不让它们进入地球系统。这与我们冰箱压缩机把热量“移走”的感觉是不同的,但结果都是降低了整体温度。
潜在问题:
副作用: 硫酸盐气溶胶可能会影响云的形成,改变降雨模式,甚至对臭氧层造成一定程度的损害。
酸化: 硫酸盐最终会沉降到地表,可能导致土壤和水的酸化。
成本: 持续的播撒需要巨大的经济投入和技术支持。
依赖性: 一旦停止播撒,地球温度会迅速回升,可能引发“终止冲击”。
国际政治: 这种单方面的行动可能引发严重的国际争端和伦理争议。

2. 海洋云增白(Marine Cloud Brightening, MCB)

原理: 海洋上空的低层云层(如积云)通常比较薄,反射能力较弱。海洋云增白技术旨在通过向这些云层中喷洒细小的海水颗粒(盐雾),增加云中的凝结核,促使云形成更多更细小的水滴。更小的水滴意味着更大的表面积,从而增强云的反射能力,将更多的太阳光反射回太空。
如何实现“播撒”: 使用特制的船只在海洋上航行,通过喷雾器将经过过滤和雾化的海水喷洒到特定的低层云下方。这种“播撒”是局部的,针对特定海域的云层进行。
为什么是“致冷剂”的类比: 这里的“致冷剂”可以理解为那些能够增强云的反射性能的微小颗粒。它们就像是在云层上“涂抹”了一层亮漆,让云“更白”,从而反射更多阳光。
潜在问题:
区域性影响: 海洋云增白的效果可能非常局部,对全球平均温度的影响尚不明确。
对降雨的影响: 改变云的性质可能会影响区域降雨模式,例如可能导致某些地区干旱或洪涝。
技术挑战: 如何精确地向目标云层喷洒且不产生负面影响是技术难点。
生态影响: 改变海雾的形成和分布,是否会对海洋生态系统造成影响,也需要进一步研究。

3. 太空反射镜(Space Reflectors)

原理: 这是一种更科幻的设想,即在地球轨道上部署大量的镜子或遮阳板,用于反射一部分太阳光。最常被提及的是在日地L1拉格朗日点附近部署一个巨大的遮阳罩,用来部分阻挡到达地球的阳光。
如何实现“播撒”: 这不是传统意义上的“播撒”,而是“部署”。它需要通过航天技术,将大量的结构件发射到预定轨道并组装起来。
为什么是“致冷剂”的类比: 这里的“致冷剂”可以理解为那个物理屏障,它直接在太空层面“截住”了部分本应抵达地球的阳光。
潜在问题:
技术难度和成本: 部署如此巨大的结构体在太空,技术难度和成本是天文数字。
稳定性问题: 如何保持遮阳板在轨道的稳定,防止碰撞和损坏也是巨大挑战。
对天文观测的影响: 大量太空物体可能会干扰地面和太空的天文观测。
政治和管理: 谁来管理这些太空资产,如何确保其不被滥用,也是一个棘手的问题。

总结:

从严格意义上来说,传统的制冷剂(如氟利昂、HFCs等)绝对不能用于对抗全球变暖,它们恰恰是加剧温室效应的帮凶。

然而,如果我们以一种更广义、更具想象力的方式来理解“播撒致冷剂”的概念,将其视为向大气或太空释放能够反射或阻挡太阳光的物质或结构,那么,像平流层气溶胶注入、海洋云增白等地球工程技术,在理论上确实是试图通过“间接降温”的方式来对抗全球变暖。

但必须强调的是,这些技术目前都处于研究和试验阶段,存在着巨大的不确定性和潜在风险。它们并非简单的“撒点什么就能降温”的灵丹妙药,而是可能带来一系列复杂、意想不到的后果,甚至可能比我们目前面临的气候变化问题更加棘手。

因此,与其寄希望于这些高风险的“播撒致冷剂”方案,最根本、最安全、最有效的方法仍然是大幅减少温室气体排放,发展清洁能源,提高能源效率,并通过植树造林等方式吸收大气中的二氧化碳。 地球工程更多地被视为一种“最后的手段”或“应急措施”,需要极其谨慎的研究和广泛的国际共识才能被考虑应用。

网友意见

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理论上可行。有一门学科叫做“地球系统工程”(Geoengineering), 是一门基于脑洞的科学。里面有很多类似的让地球降温的奇思妙想,也不乏神经病。

先了解一下地球表面的温度平衡是由什么控制的:


太阳光来到地球,一部分被反射回太空,大部分被地球吸收,这是地表的能量收入。地球向外辐射(红外线为主)则是地球的能量支出。地球表面温度就建立在这样一个动态平衡上。要降温,不外乎两种途径:

  1. 降低能量收入。可以通过炸掉太阳或者增加反射率等方式。
  2. 增加能量支出。可以通过降低温室效应来实现。

地球系统工程学就是本着人定胜天的勇气去实现这两个目标。由于现阶段技术水平无法对太阳做什么手脚,因此能够减少能量收入的思路都是如何让地球反射更多太阳光,换句话说,就是如何让地球变得更白更闪亮。全世界的脑洞科学家们已经提出了一系列的方法:

当中有两个方法便是通过撒播“致冷剂”来实现的。他们是 (1)平流层颗粒; (2)海上增云。

平流层颗粒是目前看起来潜力十足最有希望的一种方法。它的灵感来自于1991年的皮纳图博火山喷发后的全球降温。

图. 1991年菲律宾皮纳图博火山喷发

那年的火山送进了两千万吨的二氧化硫和大量颗粒物进入平流层。平流层是大气中间的一层,特点是气流平稳,几乎没有垂直方向的对流,因此大多数民航客机飞行也在平流层底部。二氧化硫和硫化氢在平流层会被氧化成硫酸盐,形成气溶胶颗粒。这些气溶胶将太阳光散射,导致皮纳图博火山喷发的第二年全球平均气温降低了0.5摄氏度,也就是所谓的“火山冬天”

顿时大家意识到这可以被我们利用。不过,如何将这千万吨硫送上天呢?

被提出来的方法包括:(1)将航空燃油替换为廉价的富硫劣质油。(2)利用波音747或者KC-10等民用军用大飞机投放。(3)利用炮兵将材料射进平流层。(4)制造巨大的气球飞到高海拔:

每个听起来都挺刺激的。若要对抗今天的温室气体效应,每年需要投放五百万吨,花费在20~80亿美元之间。

同时,往平流层播送硫也存在一些缺陷:(1)可能会造成臭氧层破坏;(2)气溶胶会扩散开,因此每年要续费;(3)可能会改变大气层序和水循环。


另一种播撒方案,也就是海洋增云技术,则发生在平流层之下的对流层。2008年,英国曼彻斯特大学的 John Latham 提出,用喷洒水雾来增加海面上云的颗粒密度,能够提高云的反射率(让云更白),从而实现降温。这个方法主要是针对一些偏远的远洋地区。那里空气非常清洁没有多少颗粒,因此形成的云液滴体积大。如果能增加这些地方的的颗粒物,就会让形成细粒的层积云。这些层积云能够极大的提升当地的反射率。Latham估算在最好的情况下,这个效应能够抵消大气二氧化碳翻倍所带来的温室效应。


再介绍几个并非通过喷洒致冷剂,但是本质上非常逗逼的方法:

  • 2009年, 美国劳伦斯伯克利国家实验室的 Hashem Akbari 提出,如果把全世界所有城市的屋顶和人行道刷成白色,可以抵消四百四十亿吨二氧化碳的温室效应。这就是图里的“白房子技术”
  • 2009年,英国布里斯托大学的 Andy Ridgwell 提出,如果能够让全世界的农田种植叶子比较明亮的植物,比如某种高粱,就可以降温0.1~0.2摄氏度。这就是图里的“作物明亮”
  • 2011年,Seitz 教授提出,如果建立一艘大型舰队,游弋于各大洋向海水里鼓泡泡(没错,是吹气泡),可以将海洋的反射率提高0.05。这就是图里的“海洋增白技术”

最后,翻译了一下斯坦福Caldeira教授的总结表格:

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可以,用核爆将大量尘埃送至平流层,减少地球接受的太阳能,以核冬天对抗气候变暖(滑稽)。。

如果担心核污染的话,可以加速惯性约束核聚变的研究,制造干净的氢弹。核爆地点就选撒哈拉,可以最大化的利用核爆威力,并且对人类影响较小。

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