半個世紀以來，氣候研究人員一直在思考一件事，向平流層釋放小顆粒物是否能在某種程度上應對氣候變化。
這個想法背後的邏輯是，透過將一小部分陽光反射回太空，這些粒子可以在一定程度上抵消二氧化碳累積所造成的能量失衡，從而減少氣溫升高、極端天氣和許多其他氣候風險。
不過這一想法存在爭議。它通常採用一種名為“平流層氣溶膠注入（SAI，stratospheric aerosol injection）”的太陽能地球工程方法，目前仍集中在小規模的戶外研究上。研究人員很想了解它所涉及到的物理過程，尤其是它在大規模部署時的影響。
小規模實驗和大規模部署之間存在巨大的差距：一項實驗可能只會用到幾公斤的氣溶膠材料，而能夠大幅減緩甚至逆轉全球變暖的專案，每年可能會消耗數百萬噸材料。這在規模上相差了十億倍。
想要透過平流層氣溶膠注入的方式顯著冷卻地球，我們還需要專門建造高空航空器機隊，這可能需要十到二十年的時間才能完成。這種漫長的籌備時間很難獲得政策制定者的重視，導致他們忽視了相關的監管需求。
這種做法是不明智的。研究和部署之間的障礙可能沒有想象的那麼大。我們的分析表明，一些國家可能會在短短五年內開始大規模部署太陽能地球工程，這將顯著改變平流層的（成分）構成。
管理良好的小規模太陽能地球工程部署將有助於減少不確定性，從而更好地推進研究，但這並不足以證明開展這項研究的必要性，因為我們可以進行類似的、氣溶膠顆粒更少的研究。
它將對氣候產生不可忽視的影響，造成的冷卻效果可能和航運燃料未清潔時期的硫汙染一樣多（注：航運燃料低硫化之後，大氣中能夠反射陽光的硫酸鹽氣溶膠大幅減少）。
但與此同時，在國家或區域範圍內，它帶來的降溫幅度不大，我們或許很難檢測到其對氣候的真正影響。
雖然這種規模較小的部署對氣候的影響很小（而且很可能是有益的），但它帶來的政治影響可能是深遠的。它可能會引發反彈，改變氣候地緣政治，甚至是威脅國際穩定。
它可能是大規模部署的墊腳石，但化石燃料利益集團可能會利用它來抵消減排的基本任務。
我們反對在短期內部署太陽能地球工程。根據氣候過沖委員會（Climate Overshoot Commission）的意見，我們支援暫停相關技術的部署，直到相關科學研究完成了國際化和批判性評估，同時在一些關鍵治理架構上獲得了廣泛同意。
（注：氣候過沖委員會是獨立的國際研究團隊，專門對氣候過沖現象進行分析，並研究採取何種措施來幫助解決相關問題，其成員包括前政要、國際組織領導人和學者。）
但是，如果我們對小規模部署的看法是正確的，那麼政策制定者面對太陽能地球工程的時間可能會比我們現在以為得更早，同時還有它的前景和破壞性潛力，以及它給全球治理帶來的深遠挑戰。
（來源：AI 生成）
早期部署的障礙
人類的航運和重工業等行業已經在向對流層中排放大量的氣溶膠，但這些氣溶膠會在大約一週內重新落入地球或被降雨和其他（自然）過程清除。
火山噴發可以產生更持久的影響。當噴發的威力足以穿過對流層進入平流層時，留在那裡的氣溶膠可以維持大約一年。
平流層氣溶膠注入，就像大型火山噴發一樣。考慮到它們在大氣中的永續性更好，直接在平流層釋放的氣溶膠所造成的冷卻效果，可能比在地表排放的氣溶膠大 100 倍。
將氣溶膠帶到平流層是另一回事。普通客機會在跨極地飛行中到達平流層較低的區域。但為了更有效地覆蓋全球，氣溶膠最好部署在低緯度地區，平流層的自然翻轉環流將把它們帶向極地，進而分散到全球。
在熱帶（低緯度）地區，對流層頂部的平均高度約為 17 公里。模型表明，如果要讓注入的氣溶膠被有效捕獲，就要比這個數字高出幾公里。
有效部署的高度通常被假設為至少 20 公里，這幾乎是商用飛機或大型軍用飛機巡航高度的兩倍。
儘管小型間諜飛機可以在這種稀薄的空氣中巡航，但它們只能攜帶一到兩噸的有效載荷。
這隻能應對小規模的測試。想要抵消全球氣候變暖，比如帶來 1°C 左右的冷卻，需要每年向平流層注入數百萬噸材料。因此我們需要更大的載具（平臺）。
火箭和氣球都不適合把這麼大的質量“拉昇”到這個高度。因此，大規模部署氣溶膠需要數百架新型飛機，才能實現 1°C 的冷卻目標。
以開發大型商用或軍用飛機的典型流程來看，採購第一架飛機可能需要大約十年的時間，而接下來製造所需的機隊則需要幾年的時間。
但一上來就進行全面部署既不謹慎，也不太可能。我們改變氣候的速度越快，發生意外影響的風險就越高。
希望部署太陽能地球工程的國家可能會意識到，較慢部署所帶來的政治和技術好處，包括逐步逆轉氣候變暖、促進最佳化和“邊做邊學”，同時將意外後果的可能性和影響降至最低。
我們設想的情況是，一些國家將嘗試在高緯度的平流層部署少量物質，而不是一開始就試圖在赤道附近以最有效的方式注入氣溶膠。
他們可以用現有的飛機做到這一點，因為隨著你遠離赤道，對流層的頂部高度會迅速降低。在北緯或南緯 35 度線，這個高度大約是 12 公里。我們再加上 3 公里的誤差範圍，那麼在北緯或南緯 35 度線，有效部署高度就是 15 公里左右。
這對普通客機來說仍然太高，但略低於灣流和龐巴迪等公司製造的頂級商務飛機，它們有 15.5 公里的飛行高度上限。
北緯和南緯 35 度線附近的國家有很多，不僅包括美國、澳大利亞、日本、韓國、西班牙和中國等影響力較大的國家，還包括摩洛哥、阿爾及利亞、伊拉克、伊朗、巴基斯坦、印度、智利和阿根廷等較貧窮國家。
小規模部署
如何完成小規模部署？大多數平流層氣溶膠注入的科學研究都假設有效物質是二氧化硫氣體。按質量計，它其中有 50% 是硫。
另一個可能的選擇是硫化氫，在釋放相同質量的硫的前提下，它的質量幾乎是二氧化硫的一半。但它對人類的危害比二氧化硫更大，因此可能會被排除在外。
二硫化碳氣體可將質量要求降低 40%，且通常比二氧化硫危害更小。它的獲取方式是最安全、最容易實現的，但我們需要找到在排放前使硫元素燃燒的方法。
目前還沒有人進行必要的工程研究來確定哪一種含硫化合物才是最佳選擇。
根據灣流航空公司證實的假設，我們估計其 G500/600 飛機每年可將約 10 千噸材料運送至 15.5 公里的高度。
如果使用高效的二硫化碳，那麼每年運輸 10 萬噸硫就需要 15 架飛機。老舊但尚可執行的二手 G650 每架售價約 2500 萬美元。
加上改裝、維護、備件、工資、燃料、材料和保險的成本，我們預計為期十年的小規模部署的平均總成本約為每年 5 億美元。大規模部署的成本至少要比這個數字高出 10 倍。
每年 10 萬噸硫是多少？它僅僅是目前全球硫汙染年排放量的 0.3%。它所造成的顆粒物空氣汙染，還不足地表排放的相同規模的十分之一。
至於它對氣候的影響，這一數字大約是 1992 年菲律賓皮納圖博火山噴發時注入平流層的硫的 1%。那次火山噴發經過了充分研究，因此我們認為它不會帶來後果嚴重的未知影響。
不過，每年 10 萬噸硫也並非微不足道。如果沒有異常的火山活動，那麼它將是硫從對流層自然進入平流層的質量的兩倍多。
降溫效果足以將全球氣溫上升推遲約 4 個月，只要一直維持小規模部署，這種抵消作用就會持續。
相較於應對溫度上升，太陽能地球工程在應對極端降水量方面更加有效，因此部署太陽能地球工程將使熱帶氣旋強度的增加推遲半年以上。
這些好處對於那些最容易受到氣候影響的人來說是不可忽視的。儘管由於氣候系統的自然變異性，這些好處並不一定是很明顯的。
我們要指出一點，每年 10 萬噸的設想是隨意設定的。我們將小規模部署的尺度定義為，既能大幅增加平流層中的氣溶膠（含量），同時又遠低於將氣候變暖推遲十年所需的規模。
有了這個定義，你就可以知道你所想象的部署規模，比我們所設想的大幾倍或小几倍了。
當然，再多的太陽能地球工程也無法抹除降低大氣中溫室氣體濃度的必要性。太陽能地球工程充其量是減排的輔助手段。
但即使是我們在這裡考慮的小規模部署方案，也可以成為一個重要的輔助手段：在十年內，它帶來的冷卻效果約等於歐盟總排放的一半。
小規模部署背後的政治
我們在這裡概述的小規模部署，可以服務於幾個合情合理的科學和技術目標。它將展示用於更大規模部署所需的儲存、升空和釋放技術。如果與觀測專案相結合，它也將評估監測能力。
它將直接展示如何往平流層中運送硫酸鹽，以及硫酸鹽氣溶膠是如何與臭氧層相互作用的。經過幾年這樣的小規模部署，我們將更好地瞭解大規模部署的科學和技術障礙。
同時，小規模部署可能會給部署國帶來風險。這可能會引發政治不穩定，並招致其他國家和國際機構的不安。如果沒有全球協調和監督，這些國家和國際組織必然會對私自影響地球狀態的實體表示不滿。
反對者可能是出於對環境改造的厭惡，也可能源於更務實的擔憂，即該技術的大規模部署將對一些地區不利。
部署國家的動機可能有很多。最明顯的是，國家或國際聯盟可能會得出結論，太陽能地球工程可以顯著降低其氣候風險，而這種規模較小的部署是一個折衷方案，在推動世界大規模部署和將政治反彈風險降至最低之間取得平衡。
部署國家可以決定，一個規模較小的專案可能會使未來更大的氣候干預成為可能。
雖然科學家們可能很樂意從微小的實驗和模型中推斷出太陽能地球工程的走向，但政治家和公眾或許對可能改變氣候系統並影響地球上所有生物的大氣干預措施非常謹慎。
一個沒有發生重大意外的小規模部署，可以大大減少人們對全面部署的擔憂。
部署國家還可以從小規模部署本身中獲得一些有限的好處。雖然它的影響太小，不容易衡量，但如果說極端天氣事件與氣候變化有關，那麼一旦極端天氣事件的數量略微降低，就可以證明它是有用的。
這些國家還可以說，此次部署只是在恢復我們失去的大氣保護。如今，航運業硫排放的減少帶來了更清潔的空氣，拯救了更多生命，但這種硫汙染造成的大氣反射也隨之減少了，因此加速了全球變暖。
我們描述的小規模部署，將在沒有空氣汙染的情況下恢復幾乎一半的太陽光反射。
部署國家還可能說服自己，他們的行動符合國際法，因為他們可以在本國領空內進行部署。雖然其影響是全球性的，但不會產生“重大跨界損害”，這是國際法規定的相關門檻。
這種小規模部署的治理影響將取決於政治環境。如果一個大國在沒有進行有意義的多邊接觸的情況下貿然行事，我們會看到巨大的政治反彈。
另一方面，如果由多個受氣候問題影響最大的國家組成聯盟並進行部署，繼而邀請其他國家加入聯盟並制定共享治理架構，那麼許多國家可能會遭到公開批評，但實際上對地球工程降低氣候風險感到很高興。
平流層氣溶膠注入有時被描述為科幻作品中的“社會技術”場景。但從技術上而言，在五年內開始我們描述的那種小規模部署是可行的。
隨著氣候風險變得更加突出，希望對相關技術的科學性和政治性進行有意義測試的國家或國家聯盟可能會考慮此類小規模部署，作為試點專案。
我們並不主張採取這種行動。我們要重申自己的立場，我們的建議是暫停一切部署，直到相關的科學原理得到嚴格評估，以及相關的治理架構得到國際上的廣泛同意。
然而，如果人們認為平流層氣溶膠注入必須大幅減緩甚至逆轉變暖，而且必須這樣才能開始部署這項技術，那這種認知讓人們誤解了與其相關的技術環境和政治環境。
我們在這裡概述的例子表明，部署太陽能地球工程所要解決的基礎設施障礙，比想象中的更容易克服。政策制定者在考慮如何發展符合公眾利益的太陽能地球工程，以及應該設定哪些安全護欄時，必須要考慮到這一點。
作者簡介①：大衛·凱斯（David W.Keith）是美國芝加哥大學地球物理科學教授，也是氣候系統工程倡議的創始教員主任。
作者簡介②：瓦克·史密斯（Wake Smith）是美國耶魯大學環境學院的講師和哈佛大學肯尼迪學院的研究員。
支援：Ren
運營/排版：何晨龍
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