气候太热怎么办？美国科学家想直接用二氧化硫给地球“降温”|二氧化硫|伯恩斯|地球|太阳|平流层|气溶胶|美国科学家

一家位于旧金山的非营利机构发布了一份详细的研究路线图，列出了它认为，要想对太阳地球工程是否应该投入使用做出知情判断，还需要开展哪些实验、研究并建设哪些基础设施。

过去半个世纪里，科学家一直在探索一种对抗气候变化的可能方案：向平流层释放能够反射阳光的微粒，模拟火山喷发后的降温效应。这种技术被称为“平流层气溶胶注入”（stratospheric aerosol injection，SAI）。

尽管围绕它的研究至少已有数百项，但我们对它究竟能在多大程度上发挥作用，又可能带来哪些连锁影响，仍然存在大量科学空白。更重要的是，此前一直没有一套系统性的研究计划，来逐步缩小这些不确定性。如今，资助太阳地球工程研究的机构 Reflective 试图填补这一空白。该机构发布了一份《SAI 研究路线图》。

“我们的使命，是尽快为世界提供做出知情决策所需要的数据和工具，让这些研究真正来得及发挥作用。”Reflective 联合创始人兼 CEO 达科塔·格鲁纳（Dakota Gruener）说，“我们认为，世界可能很快就不得不做出一些影响极其深远的决定，而时间尺度要比现有科研体系所能适应的短得多。”格鲁纳表示，他们希望这份路线图能够为未来的科研工作提供方向，同时推动慈善机构和政府部门为高优先级项目提供资金，从而“以负责任的方式加快研究”。

根据报告估算，如果所有研究能够得到协调推进，大约需要 10 年时间，耗资约 3.7 亿美元；如果各项研究彼此分散、缺乏协调，则可能需要约 20 年，成本接近 14 亿美元。

格鲁纳强调，Reflective 并不主张真正部署这种太阳地球工程技术。不过，这份报告明确认为，有必要开展户外实验。在这些实验中，研究人员将逐步增加向平流层释放的二氧化硫，或者能够转化为二氧化硫的物质，以直接观察它们会产生什么影响。这也是整个计划最具争议的部分之一。

自 2002 年以来，已有数百名学者签署公开信，呼吁禁止户外实验，并建立一项“国际不使用协议”。他们认为，一项足以改变整个地球环境的强大技术，几乎不可能以真正公平的方式进行全球治理。一些签署者还认为，无论开展多少研究，都无法回答太阳地球工程最关键的问题之一：究竟谁有权决定使用它？

“在我看来，最首要的问题并不是技术问题。”荷兰瓦赫宁根大学全球环境治理教授、国际不使用倡议发起人之一阿尔蒂·古普塔（Aarti Gupta）此前接受采访时表示。“真正的核心问题是：像平流层气溶胶注入这样足以改变整个地球的技术，最终由谁控制？谁来开发，谁来部署？目的又是什么？它要服务于什么目标，又是谁的目标？这些问题非常根本，因为任何能够改变整个地球的技术，都必然会制造赢家和输家。

快到足以发挥作用

自格鲁纳于 2023 年底创办 Reflective 以来，这家非营利机构迅速成为太阳地球工程研究领域的重要参与者。目前，Reflective 已从多家知名慈善机构和个人手中筹集超过 2000 万美元，并向数十个研究团队提供了约 400 万美元资助。它自己也启动了一系列推动相关研究的项目，包括开发一套开源太阳地球工程模拟器，以及一个供研究人员协作使用的线上平台。

今年早些时候，Reflective 发布了“SAI 不确定性数据库”，系统整理了在任何小规模太阳地球工程项目真正启动之前，都必须面对的一系列科学未知和工程难题。其中一些最大的未知，在于究竟应该使用什么样的气体或颗粒，以及这些物质进入干燥的平流层后究竟会发生什么。例如，目前仍不清楚，这些颗粒能否以最大化反射效果的方式均匀扩散，还是会彼此聚集，很快沉降到对流层，也就是地球大气的最底层。此次发布的路线图正是建立在这一数据库之上，试图为解决其中大部分问题规划一条具体路径。

路线图

Reflective 路线图的第一阶段被称为“基础知识”阶段。这一阶段将开展更多计算机模拟和实验室实验，用来研究太阳地球工程可能对不同地区、生态系统以及自然现象产生的影响，包括海洋环流、冰盖和农作物产量等。

报告还提出，在这一阶段就需要开始开发更多观测工具，以进一步了解平流层目前的基准状态。只有掌握这些基础数据，未来真正向其中释放物质之后，研究人员才有能力准确判断究竟发生了哪些变化。第一阶段预计持续两到三年，耗资约 3000 万至 7500 万美元。不过，其中一部分分析和观测工作还会延续到后面的研究阶段。

下一阶段则会真正进入户外释放实验。按照路线图，研究人员将使用经过改装的飞机向平流层释放 10 吨二氧化硫，并在两个季节里重复四次。整个阶段预计需要四到八年，耗资 7000 万至 1.5 亿美元。报告认为，这些实验有望将太阳地球工程“降温效率”的不确定性降低约 25%。所谓降温效率，指的是每释放一吨硫，地球究竟能因此降温多少。

再往后的实验规模则会急剧扩大。研究人员计划在一个季节内向平流层释放 2.5 万吨二氧化硫，至少进行一次，最多可能进行两次。包括其他相关研究在内，这一阶段预计持续四到 11 年，耗资 2.7 亿至 11 亿美元。

按照路线图的估算，这些研究可以把降温效率的不确定性降低约 66%。最后一个阶段，则是在全球真的决定大规模部署太阳地球工程的前提下，对其进行持续监测。

研究人员将收集技术实际运行后的真实数据，用这些数据不断修正模型中对影响的估算，同时尽早识别任何“意外或不希望出现的后果”。格鲁纳说，现在发布的路线图只是“1.0 版本”。它首先要做到“足够具体，让大家有东西可以争论”。

Reflective 计划根据研究人员和其他观察者的反馈不断更新方案，并会在网站上开放相应渠道，邀请外界提出意见。她同时强调，在研究的后几个阶段之间，路线图设置了明确的“阶段闸门”。

也就是说，如果实验发现物质释放无法产生预期效果，出现令人担忧的副作用，或者始终无法消除关键的不确定性，那么研究就不应该继续进入下一阶段。“我们的路线图之所以设计这些关卡，就是因为研究走到某些节点时，答案完全有可能是：你应该停下来。”她说。

终止冲击

多数接受采访的研究人员都认同，这些研究确实有助于减少人们对太阳地球工程有效性以及技术可行性的疑问。但指出户外实验具有科学价值，并不意味着这类实验就会更容易真正实施。

此前已有多个太阳地球工程户外实验计划最终在反对声中夭折，包括哈佛大学的 SCoPEx 项目，以及英国的 SPICE 项目。反对者既包括环保人士，也包括政策制定者。此外，也并非所有人都相信，按照路线图设想的规模开展实验，最终就足以让人类做出所谓的“知情决策”。

美国大学研究教授、法律学者，同时也是“国际不使用协议”签署者的威尔·伯恩斯（Wil Burns）担心，在太阳地球工程真正全面部署之前，科学家可能根本无法了解其潜在负面影响究竟有多大。这些影响可能包括对保护地球的臭氧层造成破坏，以及改变不同地区的降水模式。

“这些研究当然会给你一些答案，”他说，“但我并不认为，它们给出的答案真的足够重要。要获得真正相关的答案，你就必须进行大规模部署。而我不认为这在任何情况下都是可以接受的。”

在伯恩斯看来，原因之一是，这项技术可能违背代际公平原则。如果全球继续排放温室气体，同时不断增加太阳地球工程的使用规模，这项技术实际上只是把地球持续升温的现实暂时“遮住”。这意味着，未来几代人即使从未参与过最初的决策，也很难选择停止使用它。因为一旦突然停止，之前被掩盖的升温可能迅速反弹，造成所谓的“终止冲击”（termination shock）。

“在我看来，这相当于在未来几代人的头顶悬上一把达摩克利斯之剑。”伯恩斯说，“所以，即使你能够所谓地‘证明它有效’，从代际公平的角度来看，我仍然不认为这是一种可以接受的方案。”不过，也有研究人员认为，“终止冲击”的风险未必像通常想象得那么高，而且太阳地球工程也可以随着时间推移逐步减弱，而不是突然停止。

正确的方法

英国先进研究与发明局（Advanced Research and Invention Agency，ARIA）前 CEO 伊兰·古尔（Ilan Gur）则对 Reflective 的路线图表示赞赏。ARIA 是英国的一家科研机构，去年资助了 21 个地球工程研究项目。

“无论你是科学家、政策制定者，还是一个单纯关心这件事的普通人，我们共同的目标都应该是，以最快、最高效的方式，用科学回答那些最重要的问题，从而判断这条路究竟可能走得通，还是根本不可能奏效。”他说。“我们都应该愿意投入精力和资金，把这些不确定性尽可能降下来。所以在我看来，Reflective 现在采取的方式百分之百是正确的。”

伦敦帝国理工学院可持续航空副教授塞巴斯蒂安·伊斯特姆（Sebastian Eastham）也持相似观点。他目前正在领导一个由 ARIA 资助的项目，研究另一种人为降温方案。伊斯特姆承认，Reflective 路线图中的户外实验不可能解决所有未知问题。

但他认为，在气候风险不断上升的背景下，这份路线图至少开启了一场必要的讨论：面对一种既可能带来收益，也可能带来严重风险的工具，我们究竟应该如何做决定？“人类历史上所有真正困难的决定，都是在不确定性尚未完全消除的情况下做出的。”他说，“现实本来就是这样。”

伊斯特姆进一步表示，要回答一些最关键的问题，如今已经有必要走出计算机模拟。在他看来，只要设计和执行得当，户外实验能够提供的信息，可能远远超过数百万小时的计算模拟。以至于完全拒绝任何形式的实验，本身反而可能变得“不负责任”。

“真正的风险是，我们不断重复运行同样的计算模拟，一遍又一遍，却始终在原地打转。”他说。如果一直如此，研究人员反而可能无法真正了解平流层气溶胶注入究竟有多有效，又可能有多危险。