（文/ Stephen Battersby）我们虽非故意，却实实在在已经对地球造成了破坏，有没有什么改善的办法呢？
气候变化早已逼近我们，冰川融化、森林消失、洪水泛滥、热浪袭击已越来越频繁。同时，全球二氧化碳及其他温室气体的排放却持续增加，这将导致更加严重的灾难。就算我们明天暂停所有的排放，气温还是会继续上升几十年，继而带来从饥荒到海平面快速上升等巨大灾难。
因此，或许是时候严肃地考虑大胆的地球工程学方法了，其目的是通过有意改造地球的气候机制，来弥补我们所犯下的巨大错误，或至少避免某些最严重的后果，抑或为减排争取更多的时间。
已有很多方案被提出来使地球变冷。我们可以让大量的舰船下水去喷盐雾，以使云变白，或在平流层中撒硫酸来反射阳光；向遥远的太空中运送大量镜子；“播种”灰白色物质；向海洋施肥；用微小的迈拉材料（mylar）覆盖沙漠；传播云催化细菌；在全球释放大量的微珠等。
方案设计都很巧妙，但它们有用吗？还是会让事情变得更糟，引起更大的灾难？在真正将这可以预见的最大“赌博”付诸行动之前，我们最应该做的就是，用详细的计算与电脑模拟对各个方法进行评估。随着研究的深入，我们开始对地球工程学可能（或可能不会）得到的结果有了一些了解。
一些方案可以比较轻易地排除。例如，用反光塑料覆盖沙漠可能会反射许多阳光并使地球在某种程度上变冷，但这听起来太疯狂了。它会破坏生态系统，改变区域气候格局，并且需要大批军队来清扫以使其维持运转。
其他一些方案现阶段还无法实现。要用大量“太空阳伞”将地球遮蔽起来，需要发射2000万枚火箭。如果没有革新性的科技，它将耗费天文数目的资金，并产生致命的污染。英国埃克塞特大学的蒂姆·伦托（Tim Lenton）说：“这完全就是科幻情节，我们不应该再去谈论它。”
许多其他方案是可行的，如将屋顶漆白，但它们能真正校正气候变化吗？其实根本的问题在于，大气中逐渐增多的温室气体像一条裹住地球的毯子一样限制了能量的散发。本世纪未来的某个时间点，我们会使大气中的二氧化碳含量翻倍，从而使地球上每平米的热散失量减少3.7瓦特。为了抑制地球变暖，任何地球工程学方案都只有两条路可选：要么阻止从太阳来的相应热量，要么增加大气层顶层的相应热散失量。
要实现设想中的“全球冰箱”，还需要其他先决条件。它的实现不能彻底改变区域气候，也不能阻止海平面上升。理想情况下，我们还应该停止海洋酸化，以保持珊瑚繁盛。
2008年，伦托与英国诺里奇东英吉利大学的尼姆·沃恩（Nem Vaughan）一起，将各种模型结果与他们自己的计算联合起来，评估了24种方案的潜在“冰冻”能力。伦托说：“研究从挫折中产生，我去过许多工作室，那里的人们都宣扬着自己所钟爱的技术，手舞足蹈地讲述这个比那个更有效。”
他们发现，许多方案区别不大。就拿把屋顶和路面漆白来反射阳光这个方案来讲，在乐观条件的前提下，也只能每平米反射0.15瓦特的能量，对于重建地球热平衡来讲，充其量只能算一小面镜子。
看起来更有前景的一个方案是对海洋施肥。浮游植物在生长过程中会消耗二氧化碳，有时，它们的死亡个体会沉入海底并被埋藏起来，将碳固定住。施加缺乏的营养素（如铁）会使浮游植物繁盛。伦托和沃恩计算得出，在本世纪末，这会减少每平米0.2瓦特的能量辐射。这个方案很方便，但并不能力挽狂澜，同时这也是一个最高估值，会随着对这一过程了解的深入而下降。
其他许多方案则较为受限，比如促进极地区域下降流以加速碳向深海的传输。但有两个方案，因其极高的效力和相对可行而令人注目——它们都涉及制造某种阴影。
一个主意是“漂白”海洋云层，尤其是覆盖大片天空的低空扁平层云。散布全球各处海洋的船舰可以向天空喷施细颗粒盐雾，这些盐雾会充当凝结核，促进小水滴聚集形成云层。每立方米的小水滴越多，云层就会比正常的更白，从而反射更多的阳光。这个方法预计能够全部抵消二氧化碳翻番所造成的升温效应。
“漂白”云层有其有利的一面，比如不涉及任何危险化学物质，但云层凝结核未尚被研究透彻，因此它可能不会如预想的那样管用，而且仅仅使海洋变冷会扰乱当地气候。例如，2012年的一项研究发现，太平洋上的人造云层会改变降雨模式，这与极端破坏性气候“拉尼亚”的作用方式很相似。
另一个主意要稍老一些：用细颗粒物填充大气圈。事实上，我们已经在这么做了。二氧化硫污染造成的酸雨已经反射了每平米0.4瓦特的能量。但产自火灾及工厂的二氧化硫不能在大气圈中停留太长时间，因此它的反射效果存在局限性。不过，如果硫酸盐能够到达平流层，它就能逗留很长时间，因此其反射效果更佳。证据来源于那些大得足以让二氧化硫进入平流层的火山喷发。1991年菲律宾皮纳图博火山喷发，使地球在接下来的几年间气温下降了0.5℃。
为了平衡二氧化碳翻番造成的升温效应，我们需要每年向平流层输送500万吨二氧化硫。美国马萨诸塞州欧若拉飞行科技公司的贾斯汀·麦克莱恩（Justin McClellan）说，这将耗费每年100亿美元的资金。他的团队评估了多种输送硫酸盐的方法。与全球变暖造成的后果相比，这笔看似巨大的花费实在是一件划算的事情，因为光海平面上升就会吞食掉价值超万亿美元的城市与农田。
不幸的是，我们的“硫雾”几乎不能减缓海水的推进。“硫雾”在极地不会像在热带那样逗留，它们不是有效的极地冷却剂。因此，就算注射“硫雾”会使全球温度下降至19世纪的水平，极地仍会像现在这样温暖，冰川仍会融化。这仍然无法阻止巨大灾难的发生，比如西大西洋冰川的崩塌，将会导致海平面上升3米。
目前其他类型的反射物，如固体金属微粒或微细亮球，是否比硫化物更佳，仍不清楚。但是，输送气体非常简单与便宜，因此绝大多数研究仍聚集在硫酸盐上。
尽管滨海平原和城市会被淹没，地球其他地区却会变得干燥。如果有任何形式的阴影存在，到达海面的阳光就会变少，蒸发也就随之减少。到目前为止，硫污染导致的变冷效应完全被温室效应所超过，而后者是提高水的蒸发量的。但是，如果我们利用硫化物将温度降低至工业文明之前的程度，就会造成降雨量的极大下降。如果不让温度下降这么多，或许可以避免降雨量的下降，但这样一来，冰川又会融化得更快。
根据气候模型，阴影也会造成灾难性的区域影响。如果它扰乱了季风，将会使十多亿人遭受永久的饥荒。英国牛津大学的蒂姆·帕尔默（Tim Palmer）举例说：“一旦你改变了给亚马逊雨林提供水气的循环模式，亚马逊将变成沙漠。”
2010年，牛津大学的迈尔斯·艾伦（Myles Allen）与他的同事利用精细气候模型，检测了平流层中不同量遮光物的效果，他们发现，并没有一个解决方法适合所有的人。能够让中国恢复工业文明之前的温度与雨量的喷雾量，可能会让印度变得很冷。
或许可以用另一种眼光来看。气候模型认为，这些阴影方案对整个全球有效，但会造成不同类型的区域气候改变。
这可能是由于不同研究中所采用的不同设定与估值，或者是由于现阶段气候模型的局限性。随着气候模型的改进，它能给予人们更多的信心，区域性的喷雾工程也许会被所有人赞同。
但是，一些影响区域气候的因素是无法预料的。100年后会有多少雨林仍然存在？排放量会下降多少，还是会继续增加？生态系统如何响应？因此，我们无法百分之百保证任何一个方案可以取得预期效果。
这让任何一种阴影方案都存在较高的风险。如果补充硫酸盐或“漂白”云层存在极大的隐患，我们一旦停止，地球会在接下来的几年内快速升温。如此突然的气候转变比慢慢升温更具破坏力，它使我们与野生生物无法适应。伦托说：“这就像在赌博一样。”如果我们使用了硫酸盐，我们或许还需要另一种地球工程学，比如“播种”云层来使极地冷却，但这会给地球带来两种危险化学药品（参见抵制卷云）。
因此，与其遮蔽阳光，不如找到问题的本质，主动清除空气中的二氧化碳。浓缩后的二氧化碳可以被注入地下容器，比如废弃油气田。但没有人设计出一个有效的方法来做这种事。伦托说：“问题在于，在空气中捕获含量如此稀少的气体，比直接从富集源（如发电厂）那里捕捉，代价要昂贵得多。”
在现阶段的科技下，要及时将我们额外注入大气的所有二氧化碳清除，以防止未来的气候变化，是不切实际的。实现工业上大规模地清除，需要一个多世纪的时间，但二氧化碳持续排放的时间越长，面临的挑战就越艰巨。
与其让吸碳装置覆盖整个地球，为什么不加速二氧化碳与硅酸盐岩的反应效果呢？千百万年来，这种被称为风化作用的过程吸收了大量的二氧化碳，然后通过火山作用又将其逐渐归还给大气圈。但仅是要对抗单单一年的排放量，我们就需要将至少7立方千米的岩石磨成粉末，并将其极薄地撒在地球的每一分表面上，否则这个方法也无法拯救我们。
改变土地使用和农业方式来捕捉更多的碳又怎么样呢？简单地说，种植森林是件好事，但地形限制（不可能在地上种两层森林）其最多抵消每平方米0.5瓦特的能量。此外，所有被捕捉的碳最终都会随着地球变暖造成的森林死去或燃烧而重新回到大气中。
一种将植物储存的碳锁住的方法就是，将它们转变成木炭，并埋葬它们。另一种方法是在装置了碳捕捉设备的发电厂中燃烧植物。这些方法需要土地，因此与食物生产相冲突。2012年，伦托计算得出，可在2050年前减少每平方米0.3瓦特的能量，但前提是我们增加耕作效率，并少吃肉类，因为养殖业占地多且产甲烷。现在，肉消耗量越来越高，而受极端天气及水资源短缺影响，粮食产量却不断锐减。因此，除非有一些突破，如改变植物基因使其捕捉更多的太阳能，否则情况不容乐观。
碳捕捉方案充其量只能减缓下个世纪气候变暖的步伐，但如果是在没有减少排放量的情况下，如一些国家将自己剩余的排放额出售给需要它的国家，甚至都不会达到这个结果。
如果我们达到这样的临界点——森林大范围死亡、永土冻土融化释放大量沼气、北大西洋冰川崩塌，那么这些方案也起不到作用了。所以，我们是不是应该保留使用一些强有效但却高危方案（如硫雾）的权力呢？或许吧。但在2008年的一篇论文中定义了临界点的伦托对此持怀疑态度，他说：“人们说这就是我们需要在口袋里揣一个反光镜的原因，但他们并没有确保你能得到临界点的早期预警，或者准时展开部署，抑或那些方案会不会引起其他的临界点。”
如果我们待到可能的最后一刻，再想扭转气候危机就为时晚矣。帕尔默说：“你不要认为有一个魔法按钮，在事情失去控制的时候一按就会好转，它更有可能变成噩梦。”就算我们确实选择了阴影方案中的“硫雾”，几乎所有气候学家仍同意，我们需要继续大量降低排放量。
仍存在少量持异议者，英国埃克塞特大学的彼得·考克斯（Peter Cox）指出，高二氧化碳含量能促进一些植物生长、降低水分丧失，因为植物不再需要长时间打开气孔。因此，如果没有高二氧化碳含量引起全球变暖所带来的干旱、洪水、风暴和抑制植物生长的热量，粮食产量将会增加。我们或许可以通过遮阳板来实现它。考克斯说：“就我们关心最多的方面而言，这可能是一个比常规方案要好的选择。”这样一个冰凉的、充满碳的未来虽然充满危机，但考克斯只是建议我们考虑这个想法。
最后，任何极具创新性的地球工程学方案的最大阻碍会是政治。“你不可能让几个地球工程学项目来相互竞争，因为地球工程只可能有一个，”艾伦说，“因此，某些超国家经济体可能被迫对天气做出决策。”
达成共识几乎不可能，因为不同国家拥有不同的利益，其中一些主要受海平面上升威胁，另一些则受冷热剧变或雨量增减的威胁。如果《京都议定书》存在一点意义，如果能达成一点共识，那就是现实与理想之间相距甚远。
然而，达成国际共识仅仅是针对大型遮光板项目，以及它的全球后果。对于那些想要实施“生物炭”或碳捕捉方案的个人、研究所或国家来讲，没有任何阻碍。与闪亮的太空镜相比，这显得很平凡，但就现在而言，实行地球工程学的最安全工具就在我们的田野中。
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