业内人士：要想让地球降温1°C，每年需向平流层注入数百万吨材料

半个世纪以来，气候研究人员一直在思考一件事，向平流层释放小颗粒物是否能在某种程度上应对气候变化。

这个想法背后的逻辑是，通过将一小部分阳光反射回太空，这些粒子可以在一定程度上抵消二氧化碳累积所造成的能量失衡，从而减少气温升高、极端天气和许多其他气候风险。

不过这一想法存在争议。它通常采用一种名为“平流层气溶胶注入（SAI，stratospheric aerosol injection）”的太阳能地球工程方法，目前仍集中在小规模的户外研究上。研究人员很想了解它所涉及到的物理过程，尤其是它在大规模部署时的影响。

小规模实验和大规模部署之间存在巨大的差距：一项实验可能只会用到几公斤的气溶胶材料，而能够大幅减缓甚至逆转全球变暖的项目，每年可能会消耗数百万吨材料。这在规模上相差了十亿倍。

想要通过平流层气溶胶注入的方式显著冷却地球，我们还需要专门建造高空航空器机队，这可能需要十到二十年的时间才能完成。这种漫长的筹备时间很难获得政策制定者的重视，导致他们忽视了相关的监管需求。

这种做法是不明智的。研究和部署之间的障碍可能没有想象的那么大。我们的分析表明，一些国家可能会在短短五年内开始大规模部署太阳能地球工程，这将显著改变平流层的（成分）构成。

管理良好的小规模太阳能地球工程部署将有助于减少不确定性，从而更好地推进研究，但这并不足以证明开展这项研究的必要性，因为我们可以进行类似的、气溶胶颗粒更少的研究。

它将对气候产生不可忽视的影响，造成的冷却效果可能和航运燃料未清洁时期的硫污染一样多（注：航运燃料低硫化之后，大气中能够反射阳光的硫酸盐气溶胶大幅减少）。

但与此同时，在国家或区域范围内，它带来的降温幅度不大，我们或许很难检测到其对气候的真正影响。

虽然这种规模较小的部署对气候的影响很小（而且很可能是有益的），但它带来的政治影响可能是深远的。它可能会引发反弹，改变气候地缘政治，甚至是威胁国际稳定。

它可能是大规模部署的垫脚石，但化石燃料利益集团可能会利用它来抵消减排的基本任务。

我们反对在短期内部署太阳能地球工程。根据气候过冲委员会（Climate Overshoot Commission）的意见，我们支持暂停相关技术的部署，直到相关科学研究完成了国际化和批判性评估，同时在一些关键治理架构上获得了广泛同意。

（注：气候过冲委员会是独立的国际研究团队，专门对气候过冲现象进行分析，并研究采取何种措施来帮助解决相关问题，其成员包括前政要、国际组织领导人和学者。）

但是，如果我们对小规模部署的看法是正确的，那么政策制定者面对太阳能地球工程的时间可能会比我们现在以为得更早，同时还有它的前景和破坏性潜力，以及它给全球治理带来的深远挑战。

（来源：AI 生成）

早期部署的障碍

人类的航运和重工业等行业已经在向对流层中排放大量的气溶胶，但这些气溶胶会在大约一周内重新落入地球或被降雨和其他（自然）过程清除。

火山喷发可以产生更持久的影响。当喷发的威力足以穿过对流层进入平流层时，留在那里的气溶胶可以维持大约一年。

平流层气溶胶注入，就像大型火山喷发一样。考虑到它们在大气中的持久性更好，直接在平流层释放的气溶胶所造成的冷却效果，可能比在地表排放的气溶胶大 100 倍。

将气溶胶带到平流层是另一回事。普通客机会在跨极地飞行中到达平流层较低的区域。但为了更有效地覆盖全球，气溶胶最好部署在低纬度地区，平流层的自然翻转环流将把它们带向极地，进而分散到全球。

在热带（低纬度）地区，对流层顶部的平均高度约为 17 公里。模型表明，如果要让注入的气溶胶被有效捕获，就要比这个数字高出几公里。

有效部署的高度通常被假设为至少 20 公里，这几乎是商用飞机或大型军用飞机巡航高度的两倍。

尽管小型间谍飞机可以在这种稀薄的空气中巡航，但它们只能携带一到两吨的有效载荷。

这只能应对小规模的测试。想要抵消全球气候变暖，比如带来 1°C 左右的冷却，需要每年向平流层注入数百万吨材料。因此我们需要更大的载具（平台）。

火箭和气球都不适合把这么大的质量“拉升”到这个高度。因此，大规模部署气溶胶需要数百架新型飞机，才能实现 1°C 的冷却目标。

以开发大型商用或军用飞机的典型流程来看，采购第一架飞机可能需要大约十年的时间，而接下来制造所需的机队则需要几年的时间。

但一上来就进行全面部署既不谨慎，也不太可能。我们改变气候的速度越快，发生意外影响的风险就越高。

希望部署太阳能地球工程的国家可能会意识到，较慢部署所带来的政治和技术好处，包括逐步逆转气候变暖、促进优化和“边做边学”，同时将意外后果的可能性和影响降至最低。

我们设想的情况是，一些国家将尝试在高纬度的平流层部署少量物质，而不是一开始就试图在赤道附近以最有效的方式注入气溶胶。

他们可以用现有的飞机做到这一点，因为随着你远离赤道，对流层的顶部高度会迅速降低。在北纬或南纬 35 度线，这个高度大约是 12 公里。我们再加上 3 公里的误差范围，那么在北纬或南纬 35 度线，有效部署高度就是 15 公里左右。

这对普通客机来说仍然太高，但略低于湾流和庞巴迪等公司制造的顶级商务飞机，它们有 15.5 公里的飞行高度上限。

北纬和南纬 35 度线附近的国家有很多，不仅包括美国、澳大利亚、日本、韩国、西班牙和中国等影响力较大的国家，还包括摩洛哥、阿尔及利亚、伊拉克、伊朗、巴基斯坦、印度、智利和阿根廷等较贫穷国家。

小规模部署

如何完成小规模部署？大多数平流层气溶胶注入的科学研究都假设有效物质是二氧化硫气体。按质量计，它其中有 50% 是硫。

另一个可能的选择是硫化氢，在释放相同质量的硫的前提下，它的质量几乎是二氧化硫的一半。但它对人类的危害比二氧化硫更大，因此可能会被排除在外。

二硫化碳气体可将质量要求降低 40%，且通常比二氧化硫危害更小。它的获取方式是最安全、最容易实现的，但我们需要找到在排放前使硫元素燃烧的方法。

目前还没有人进行必要的工程研究来确定哪一种含硫化合物才是最佳选择。

根据湾流航空公司证实的假设，我们估计其 G500/600 飞机每年可将约 10 千吨材料运送至 15.5 公里的高度。

如果使用高效的二硫化碳，那么每年运输 10 万吨硫就需要 15 架飞机。老旧但尚可运行的二手 G650 每架售价约 2500 万美元。

加上改装、维护、备件、工资、燃料、材料和保险的成本，我们预计为期十年的小规模部署的平均总成本约为每年 5 亿美元。大规模部署的成本至少要比这个数字高出 10 倍。

每年 10 万吨硫是多少？它仅仅是目前全球硫污染年排放量的 0.3%。它所造成的颗粒物空气污染，还不足地表排放的相同规模的十分之一。

至于它对气候的影响，这一数字大约是 1992 年菲律宾皮纳图博火山喷发时注入平流层的硫的 1%。那次火山喷发经过了充分研究，因此我们认为它不会带来后果严重的未知影响。

不过，每年 10 万吨硫也并非微不足道。如果没有异常的火山活动，那么它将是硫从对流层自然进入平流层的质量的两倍多。

降温效果足以将全球气温上升推迟约 4 个月，只要一直维持小规模部署，这种抵消作用就会持续。

相较于应对温度上升，太阳能地球工程在应对极端降水量方面更加有效，因此部署太阳能地球工程将使热带气旋强度的增加推迟半年以上。

这些好处对于那些最容易受到气候影响的人来说是不可忽视的。尽管由于气候系统的自然变异性，这些好处并不一定是很明显的。

我们要指出一点，每年 10 万吨的设想是随意设定的。我们将小规模部署的尺度定义为，既能大幅增加平流层中的气溶胶（含量），同时又远低于将气候变暖推迟十年所需的规模。

有了这个定义，你就可以知道你所想象的部署规模，比我们所设想的大几倍或小几倍了。

当然，再多的太阳能地球工程也无法抹除降低大气中温室气体浓度的必要性。太阳能地球工程充其量是减排的辅助手段。

但即使是我们在这里考虑的小规模部署方案，也可以成为一个重要的辅助手段：在十年内，它带来的冷却效果约等于欧盟总排放的一半。

小规模部署背后的政治

我们在这里概述的小规模部署，可以服务于几个合情合理的科学和技术目标。它将展示用于更大规模部署所需的存储、升空和释放技术。如果与观测项目相结合，它也将评估监测能力。

它将直接展示如何往平流层中运送硫酸盐，以及硫酸盐气溶胶是如何与臭氧层相互作用的。经过几年这样的小规模部署，我们将更好地了解大规模部署的科学和技术障碍。

同时，小规模部署可能会给部署国带来风险。这可能会引发政治不稳定，并招致其他国家和国际机构的不安。如果没有全球协调和监督，这些国家和国际组织必然会对私自影响地球状态的实体表示不满。

反对者可能是出于对环境改造的厌恶，也可能源于更务实的担忧，即该技术的大规模部署将对一些地区不利。

部署国家的动机可能有很多。最明显的是，国家或国际联盟可能会得出结论，太阳能地球工程可以显著降低其气候风险，而这种规模较小的部署是一个折衷方案，在推动世界大规模部署和将政治反弹风险降至最低之间取得平衡。

部署国家可以决定，一个规模较小的项目可能会使未来更大的气候干预成为可能。

虽然科学家们可能很乐意从微小的实验和模型中推断出太阳能地球工程的走向，但政治家和公众或许对可能改变气候系统并影响地球上所有生物的大气干预措施非常谨慎。

一个没有发生重大意外的小规模部署，可以大大减少人们对全面部署的担忧。

部署国家还可以从小规模部署本身中获得一些有限的好处。虽然它的影响太小，不容易衡量，但如果说极端天气事件与气候变化有关，那么一旦极端天气事件的数量略微降低，就可以证明它是有用的。

这些国家还可以说，此次部署只是在恢复我们失去的大气保护。如今，航运业硫排放的减少带来了更清洁的空气，拯救了更多生命，但这种硫污染造成的大气反射也随之减少了，因此加速了全球变暖。

我们描述的小规模部署，将在没有空气污染的情况下恢复几乎一半的太阳光反射。

部署国家还可能说服自己，他们的行动符合国际法，因为他们可以在本国领空内进行部署。虽然其影响是全球性的，但不会产生“重大跨界损害”，这是国际法规定的相关门槛。

这种小规模部署的治理影响将取决于政治环境。如果一个大国在没有进行有意义的多边接触的情况下贸然行事，我们会看到巨大的政治反弹。

另一方面，如果由多个受气候问题影响最大的国家组成联盟并进行部署，继而邀请其他国家加入联盟并制定共享治理架构，那么许多国家可能会遭到公开批评，但实际上对地球工程降低气候风险感到很高兴。

平流层气溶胶注入有时被描述为科幻作品中的“社会技术”场景。但从技术上而言，在五年内开始我们描述的那种小规模部署是可行的。

随着气候风险变得更加突出，希望对相关技术的科学性和政治性进行有意义测试的国家或国家联盟可能会考虑此类小规模部署，作为试点项目。

我们并不主张采取这种行动。我们要重申自己的立场，我们的建议是暂停一切部署，直到相关的科学原理得到严格评估，以及相关的治理架构得到国际上的广泛同意。

然而，如果人们认为平流层气溶胶注入必须大幅减缓甚至逆转变暖，而且必须这样才能开始部署这项技术，那这种认知让人们误解了与其相关的技术环境和政治环境。

我们在这里概述的例子表明，部署太阳能地球工程所要解决的基础设施障碍，比想象中的更容易克服。政策制定者在考虑如何发展符合公众利益的太阳能地球工程，以及应该设置哪些安全护栏时，必须要考虑到这一点。

作者简介①：大卫·凯斯（David W.Keith）是美国芝加哥大学地球物理科学教授，也是气候系统工程倡议的创始教员主任。

作者简介②：瓦克·史密斯（Wake Smith）是美国耶鲁大学环境学院的讲师和哈佛大学肯尼迪学院的研究员。

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