向平流层发射钻石粉尘可以给地球降温

从向海洋倾倒铁到向太空发射镜子，通过“地球工程”冷却地球的提议往往存在争议，有些甚至不切实际。现在，科学家又有了一个新想法，可以避免陷入其他“地球工程”存在的陷阱。

每年向平流层注入500万吨钻石粉尘可以使地球降温1.6摄氏度。

图片来源：INKKSTUDIOS/ISTOCK

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在近日发表于《地球物理研究快报》上的一项建模研究中，科学家报告称，每年向平流层发射500万吨钻石粉尘，可以使地球温度降低1.6摄氏度——足以避免全球变暖带来的最严重后果。然而，这个计划并不便宜——专家估计，在本世纪剩余时间里，它将花费近200万亿美元，远远超过使用硫颗粒的传统方案。

太阳能地球工程公正审议联盟执行董事Shuchi Talati说，像这样权衡不同地球工程材料利弊的研究非常有价值。“你需要了解潜在粒子的早期物理学，然后才能就更广泛的影响进行讨论。”

这项新研究涉及一种被称为平流层气溶胶注入的地球工程。该想法的灵感来源于一个自然过程——火山活动。纵观历史，火山喷发将数百万吨二氧化硫抛入平流层。在那里，这种气体与水蒸气及其他气体发生反应，形成硫酸盐气溶胶——一种将阳光反射回太空的悬浮颗粒。其影响可能是巨大的，例如，1991年皮纳图博火山喷发就在几年内使地球降温0.5摄氏度。

但人工硫注入会带来许多气候风险。硫酸盐气溶胶包括微小的硫酸液滴，这是酸雨的主要成分之一。气溶胶还会消耗臭氧层，加剧平流层变暖，扰乱大气中较低层的天气和气候模式。

瑞士苏黎世联邦理工学院的气候科学家Sandro Vattioni及同事想知道，替代粒子是否会带来更少的负担。

于是，他们建立了一个3D气候模型，该模型结合了气溶胶的化学性质、在大气中的传输方式以及如何吸收或反射热量等信息，还考虑了气溶胶的两个较少研究的微物理性质：沉降和凝结。太阳能地球工程的理想粒子会慢慢地沉降出大气层，提供更持久的冷却。它们还应该避免结块，因为结块往往会捕获热量，而单个的、更球形的粒子会将热量反弹回太空。

研究人员模拟了7种化合物的影响，包括二氧化硫，以及钻石、铝和方解石的颗粒，方解石是石灰石的主要成分。他们在模型中评估了每个粒子在45年内的影响，其中每个试验都在超级计算机上实时进行了一周多。结果表明，钻石颗粒在反射辐射的同时，还能保持在高空，避免结块。

钻石被认为是化学惰性的，这意味着它不会像硫那样形成酸雨。Vattioni说，为了实现将地球冷却1.6摄氏度的目标，每年需要向平流层注入500万吨钻石颗粒。如此大量的钻石需要大幅提高合成钻石的产量，然后高空飞机才能将这些磨碎的钻石撒到平流层。

硫是被评估颗粒中第二差的，因为它倾向于吸收某些波长的光并捕获热量。这种平流层变暖不仅会抵消一些所需的冷却，还会扰乱地球表面的气候模式，如厄尔尼诺现象。Vattioni说，之前的研究低估了硫的这一重要副作用。

然而，美国康奈尔大学研究气候科学的工程师Douglas MacMartin说，钻石粉尘也不理想。首先，其成本将是巨大的。一项研究估计，合成钻石粉尘的价格约为每吨50万美元，是硫磺的2400倍，如果从2035年到2100年部署，成本将达到175万亿美元。

不过，一些科学家仍然反对进行地球工程研究，他们担心大规模实施会带来不可预见的后果，并认为这会抽走研究减少碳排放和气候影响的资金。美国普渡大学反对地球工程研究的大气科学家Daniel Cziczo说，有人可能认为推荐了一种粒子类型而不是其他粒子类型，但鉴于所有悬而未决的不确定性，这一结论“非常具有误导性”。

相关论文信息：https://doi.org/10.1029/2024GL110575