什么是地球工程，它如何影响气候变化?

地球工程，也被称为气候工程或气候干预，广义上是指对地球自然气候过程的有意的、大规模的操纵。地球工程的应用通常与它们如何帮助抵消气候变化的影响有关。

随着地球升温接近2摄氏度，这是国际气候变化专门委员会(IPCC)的目标，决策者和科学家都在认真考虑使用地球工程。根据目前的排放速度，世界目前预计将超过这一温度阈值。尽管地球工程技术还没有发展到足以影响地球气候的程度，但这些战略对抗——甚至逆转——气候变化影响的潜力近年来已经引起了人们的关注。

地球工程的类型

地球工程主要有两种类型:太阳能地球工程和二氧化碳地球工程。太阳能地球工程将控制地球从太阳接收的辐射，而二氧化碳地球工程将从大气中去除二氧化碳。

太阳能工程

太阳地球工程，或辐射强迫地球工程，指的是通过改变地球从太阳收集辐射的速度来冷却地球的方法。地球接收到相对稳定的辐射量远离太阳。虽然这种太阳辐射不被认为是气候变化的原因，但减少地球接收的太阳辐射量可能会降低全球气温，这是气候变化的主要影响之一。某些预测模型表明，太阳能地球工程可以使全球气温恢复到工业化前的水平。

虽然太阳能地球工程有望降低全球气温，但它不会减少地球大气中的温室气体量。气候变化的影响与气温升高没有直接关系，比如海洋酸化太阳能地球工程不会减少。

地球工程

二氧化碳地球工程指的是操纵地球以减少大气中二氧化碳的含量。与太阳能地球工程不同，二氧化碳工程将通过直接减少大气温室气体来瞄准气候变化问题的根源。

一般来说，二氧化碳地球工程技术利用自然生物过程将二氧化碳从大气中抽出并储存起来。碳地球工程将加强这些自然过程，加快从大气中去除二氧化碳的速度。

地球工程究竟是如何进行的?

说到太阳能地球工程，科学家们建议通过在太空中增加镜子、向地球大气层中注入物质或增加地球陆地的反射率来控制地球接收的辐射。提出的二氧化碳地球工程的主要方法包括用铁给海洋施肥，增加地球上的森林表面，以及实施辐射反射技术。

太空中的镜子

1989年，Walter Seifritz首次提出通过在太空中增加镜子来反射太阳辐射。仅仅三个月后，詹姆斯·厄尔利就在一篇文章中详细阐述了这个概念。2006年最近的一项估计建议在拉格朗日轨道上安装一个由小遮阳伞组成的“云”，拉格朗日轨道是太阳和地球之间的位置，它们各自的引力相互抵消。在这个位置，镜子会不断地接收并反射太阳辐射。该研究的作者罗杰·安吉尔(Roger Angel)估计，这些镜子将耗资数万亿美元。

大气辐射反射

其他人则建议在地球大气层中制造镜像效应，作为太阳能地球工程的一种手段。当细颗粒或气溶胶悬浮在空气中时，它们同样会将太阳辐射反射回太空，从而阻止太阳辐射穿过大气层。通过故意向地球大气中添加气溶胶，科学家们可以增强这一自然过程。

大气层也可以通过向云层喷洒海水来增强反射性。海水会使云更白，反射力更强。

陆地太阳辐射反射

科学家们还提出了多种方法，通过在地球表面增加反射率源来减少地球接收到的太阳辐射。一些陆地反射的想法包括在建筑屋顶上使用反射材料，在亚热带国家安装反射器，或者通过基因改造植物来生产颜色较浅的物种。为了达到最有效的效果，这些陆基反射器需要安装在能接收大量阳光的地方。

给海洋施肥

讨论最多的二氧化碳地球工程方法之一是通过海洋藻类。藻类或微小的海藻通过光合作用将大气中的二氧化碳转化为氧气和糖。在大约30%的海洋中，由于缺乏一种必需的营养物质:铁，藻类的数量很少。铁元素的突然加入会引发藻类大量繁殖。虽然这些水华通常不会产生危险的副产品，比如会对沿海水域造成严重破坏的有害藻华，但它们也会变得很大，有些会增长到35000平方英里以上。

铁的输送是自然发生的，但相对较少，通过深海营养物质上涌到地表，通过风携带富含铁的灰尘，或通过其他更复杂的方式。当藻华不可避免地再次耗尽营养时，储存在死藻细胞中的大部分碳会沉入海底，在那里它可以继续储存。通过向海洋中缺铁的部分施肥硫酸铁，科学家们可以诱导这些大规模的藻类繁殖，将大气中的碳转化为储存在深海中的碳。

增加森林

同样，通过增加地球上森林覆盖的面积，我们可以增加可用于捕获和储存二氧化碳的光合作用树木的数量。一些人进一步提出了这个想法，他们建议将砍下来的树木深埋在地下，这样树木就不会受到重新释放树木储存碳的标准腐烂过程的影响。新的树木可以取代被掩埋的树木，继续从大气中进行二氧化碳的光合作用。生物炭是一种富含碳的木炭形式，由无氧植被燃烧产生，也可以被埋起来储存碳。

矿物存储

随着时间的推移，岩石通过一种叫做地球化学风化的过程从雨水中积累碳。通过人工向玄武岩含水层注入二氧化碳，碳可以迅速储存在岩石中。如果没有含水层，二氧化碳就需要注入水。通过将二氧化碳储存在矿物质中，二氧化碳被转化为一种稳定的状态，这种状态很难转化回碳的温室气体形式。

地球工程的利弊

由于各种地球工程行动的影响不确定，地球工程是有争议的。虽然科学家们严格研究所有潜在的地球工程行动的潜在影响，并经常在小尺度上研究地球工程方法，但总是存在意想不到的后果的可能性。除了采取大规模地球工程行动的国际障碍之外，还存在支持和反对地球工程的法律和道德争论。然而，潜在的好处也是巨大的。

地球工程的好处

仅太阳能地球工程的各种方法就可以使全球温度恢复到工业化前的水平，这可以直接使地球上许多受迅速上升的温度影响的地区受益，如珊瑚礁和融化的冰盖。二氧化碳地热工程可能带来更高的潜在回报，因为它将从气候变化的根源上解决问题。

地球工程的后果

虽然地球工程技术旨在改善气候变化对地球的影响，但采取这些大规模行动会产生已知和未知的后果。例如，通过反射太阳辐射来降低地球温度有望减少世界各地的降水。此外，如果地球工程停止，预计太阳能地球工程的好处也会丧失。

使用铁引发大规模藻华的后果也是众所周知的。这些人工诱导的藻华会破坏不同类型藻类的相对丰度，破坏藻类自然群落结构的平衡。这些诱导的水华也可以使产毒藻类繁殖。到目前为止，给海洋施肥的尝试也没有成功，尽管这个想法仍在进行严格的研究和修改。

地球工程的法律解释

为了有效地应对气候变化，地球工程需要大规模实施，这使得这些想法的实施尤其具有挑战性。那些对地球工程持谨慎态度的人经常援引的主要法律原则之一是预防原则。这一原则通常被解释为禁止可能产生负面环境后果的不确定结果的行动。beplay体育官网电脑然而，一些人认为，预防原则同样适用于温室气体的持续排放，因为这些排放的全部影响是未知的。

对地球工程的限制也适用于联合国1976年的《禁止为军事或任何其他敌对目的使用环境改造技术公约》(ENMOD)，该公约禁止将破坏环境作为战争手段。beplay体育官网电脑如果未经所有受影响国家的同意而采取的地球工程行动可能会直接影响到地球上的大片地区，这可能构成“敌对地利用环境变化”。beplay体育官网电脑

管理空间使用和所有权的法律条约对计划在大气层外进行的太阳能地球工程提出了类似的挑战。根据1967年《关于各国探索和利用包括月球和其他天体在内的外层空间活动所应遵守原则的条约》，即《外层空间条约》，指出了在科学研究方面进行国际合作的必要性，例如增加反射装置。