汤加火山大爆发能否延缓全球变暖？

　　1月15日傍晚，位于南太平洋岛国汤加附近的一座海底火山剧烈喷发，影响波及整个泛太平洋沿岸地区。如此规模的火山活动曾导致显著的全球变冷效应——1991年菲律宾皮纳图博火山爆发使北半球的气温连续四年降低了多达0.5摄氏度。这也让一种名为＂太阳地球工程＂的技术倡导者思考类似手段能否被用来减缓地球变暖的步伐。一类提议是将微小的反射粒子注入平流层充当遮阳篷，将太阳的一部分能量反射回太空。第一代＂地球遮阳篷＂可能用分散的火山爆发过程中产生的化学物质之一二氧化硫（SO2）制成，由地球工程飞机装载固体硫，到达高空后在发动机中燃烧产生二氧化硫。所有这些将耗资约每年35亿美元。还需要一个并行的研究计划来监测颗粒的扩散，确定它们与大气中其他分子的相互作用并对气候影响建模。
　　《打造遮阳篷：2030年7月》
　　如果地球工程胡作非为打造遮阳篷：2030年7月减排的努力可能还不够。要是一些国家想以另一种方式解决问题呢？2030年的想象场景【《世界猜想》系列之四】
　　《巴黎气候协议》要签署国承诺在未来几十年内减少引发气候变化的温室气体排放。但哪怕各国信守承诺（有些国家可能不会），这可能还不足以避免灾难。想象一下，到2030年，全球气温仍在攀升，海平面上升了数十厘米，显著加剧了风暴潮将海水推向低洼地区并腐蚀沿海基础设施的影响。在欧洲和美国，夏季热浪和冬季洪涝愈发严重。在美国南部各州、加勒比海地区和东南亚地区，更强烈的热带气旋不断冲击海岸线。南半球遭受更严重的干旱和更不规则的季风，破坏了脆弱的农业系统，造成饥荒和内乱。不论穷国富国，全球气候变化的现实都已显而易见。
　　在这种情况下，很可能有些国家会提议使用一种名为＂太阳地球工程＂的技术来冷却地球或减缓其变暖。具体方法之一是将微小的反射粒子注入平流层充当遮阳篷，将太阳的一部分能量反射回太空。类似的事情也会自然发生：过去，巨大的火山喷发将大量物质抛入大气层，使地球持续降温数月或数年。例如，1991年菲律宾皮纳图博火山爆发，使北半球的气温连续四年降低了多达0.5摄氏度。其倡导者说，太阳地球工程将以更加可控的方式达到同样的效果。
　　让我们想象这个想法开始获得政治支持。关于这些方案的详细的国际讨论从2020年代中期开始出现，充满了焦虑。发展中国家受气候变化的影响更大但缺乏应对的能力，要求在联合国展开讨论。孟加拉国是一个在国际气候谈判中态度坚定的中型经济体，由它领导的一些＂最不发达国家＂提出了一项动议。最终，这个问题进入了大会议程。但是，与减少全球排放量的谈判一样，多年的讨论和决议并没有带来多少具体行动。很少人觉得行星遮阳篷是个理想的解决方案。支持者认为，考虑到减排的速度不够快，遮阳篷会赢得更多时间来减少温室气体排放。但反对者表示，这将降低减排的紧迫性。
　　另一个反对意见是它有可能产生意想不到的后果，因为该技术以前从未被尝试过，而且学术研究和小规模实地试验一向资金不足——因为担心这会给各国提供一种简单的方法来避开减排涉及的困难选择。此外还存在＂终端激波＂的危险：如果一个地球工程项目启动，并且成功地冷却了地球，那么遮阳篷的任何故障（比如技术问题或蓄意破坏）都可能导致温度在短短几年突然升高。鉴于上述所有原因，有人要求制定国际规则来管理这项技术的使用——因为如果没有规则的话，就没有什么能够阻止一个或多个国家自己发起＂流氓地球工程＂计划。
　　但这恰恰是联合国辩论未达成任何协议后，一些国家（可能在2030年）开始考虑的问题。一小部分发展中国家受够了长期的不作为，可能会选择就是否＂自行＂使用遮阳方案来展开＂少边＂讨论。如果该方案奏效了，它就能在给地球降温的同时验证其原理，也许就能说服其他国家支持这一方案。
　　最快的实施方法是建立一支专用机队。耶鲁大学的韦克·史密斯（Wake Smith）和纽约大学的格诺·瓦格纳（Gernot Wagner）于2018年发表的一项分析描绘了如何做到这一点。飞机需要在2万米或更高的高度飞行，这就排除了使用现有商用飞机的可能性。相反，它需要一个由几十架飞机组成的定制机队，四个喷气发动机安装在两个巨大的滑翔机式机翼上，让它们可以在平流层的稀薄空气中飞行。在第一年，八架飞机可以进行4000次每次持续五小时的飞行（四小时用于爬升和下降，一小时在平流层飞行）。到第五年将增加到34架飞机，每年飞行20,000次；到第十年，71架飞机每年飞行44,000次。15年后，飞机总数达到100架。
　　这种第一代遮阳篷可能用分散的二氧化硫（SO2）制成，二氧化硫是火山爆发过程中产生的化学物质之一。瓦格纳认为，最有效的输送方式是由地球工程飞机装载固体硫，到达高空后在发动机中燃烧产生二氧化硫。所有这些将耗资约每年35亿美元（按当前价格计算）。还需要一个并行的研究计划来监测颗粒的扩散，确定它们与大气中其他分子的相互作用并对气候影响建模。这要再花掉差不多同样多的钱。据卡内基气候治理倡议执行主任杰诺斯·帕兹托（Janos Pasztor）说，世界气象组织的卫星和地面全球大气监测系统是唯一能够以所需精度实现这一目标的现存监测网络。
　　孟加拉国本身似乎不太可能为此买单。除了经济上的帮助之外，它几乎肯定寻求＂人多势众＂，这就是发展中国家看起来更有可能结盟的原因。这样一个联盟还可能希望得到更强大的国家（如印度或中国）提供的安全感，这两个国家都有大量人口面对重大气候影响的威胁。中国恰好也是硫磺的主要生产国和出口国。
　　逐步缓慢地启动这样的项目既明智又高效。史密斯和瓦格纳计算出，第一年机队可能在平流层中散布20万吨二氧化硫，带来并不明显的0.02 C的冷却效果。到第五年，这些数字将升至100万吨和0.1 C。冷却幅度将在第10年达到0.2 C，在第15年达到0.3 C。到了这样的水平，就应该能对变暖的速度产生实际影响。
　　但这里还有个问题。区域性地球工程不切实际（粒子投在哪个半球，平流层风就会将它散布到整个半球上），因此遮阳篷要么是半球形，要么是全球形。前者可能是灾难性的，因为模型表明它可能改变高层大气中的能量平衡，导致热带季风的大规模失调。
　　为了避免这种情况造成灾难性的地缘政治后果，联盟将寻求部署一个全球遮阳篷，为所有地区提供相同或相当的降温。一些研究表明这或许可行，尽管研究还基本处于起步阶段。美国国家大气研究中心的西蒙妮·迪尔姆斯（Simone Tilmes）计算得出，在赤道北部和南部15 和30 注入二氧化硫将产生相当均匀的全球冷却。
　　即便如此，一个单方面行动冷却整个地球的国家联盟仍将面临军事报复的风险。为避免冲突，飞机必须保持在参与国自己的领空内，因此整个联盟就需要能覆盖上述纬度。中国、印度和孟加拉国可以顾到北纬地区，但南半球需要在非洲、南美洲或澳大拉西亚找到具有合适能力的合作者。
　　还有另一种可能性。美国有资金打造一支机队，有追踪其影响的研究能力，以及在世界各地起飞的军事基地。至于动机，只看飓风的影响就够了。今年早些时候发布的模型表明，遮阳篷带来的降温可能会降低飓风的强度。而即便不就全球变暖的原因表明立场，支持太阳地球工程就算难也依然是可能的。持怀疑态度的美国政府仍然可以坚持认为气候变化不是人为造成的；它只需承认气温上升就行了。
　　如果美国单方面实施遮阳计划，很难预测国际反应会如何。当然，这取决于如何部署遮阳篷，以及给气候带来了什么变化。美国、前苏联、英国、法国和中国都因在20世纪进行大气层核试验而受到指责，但实际付出的外交成本却很低。单边地球工程可能会招致谴责，但不会引发战争。
　　反对这种方案的国家可能会发展反地球工程计划作为回应。它们可以击落地球工程飞机，或者更巧妙地做法是建造另一支机队，散步另一种平流层载荷来中和遮阳篷（要么是和SO2反应而将其分解，或者让硫酸盐颗粒聚集在一起并更快地被雨水冲走）。反地球工程工具的研发可能会阻碍单方面部署遮阳篷。
　　无论有没有反地球工程，如果部署了遮阳篷，全球气候的相互指责游戏无疑会变得更加激烈。一个问题是如何在自然波动中辨别冷却效果。冷却将逐步生效，全球平均温度将在部署初期继续上升。最终，变暖速度的放缓将在全球数据集里变得明显起来。但由于温度年年都会自然变化，因此在数据中可靠地识别遮阳信号并非易事。甚至在其影响清晰显现之前，遮阳篷就会开始影响天气，以及干旱、洪水和热带气旋的频率。目前，对于极端天气事件，要将全球变暖和自然变化的相对影响区分开来是极度复杂的。再把遮阳篷掺和进来，矛头肯定指哪里的都有，这将使国际气候谈判更加困难。
　　但是，如果成功部署硫酸盐遮阳篷并且证明有效，也许就该开始第二阶段了。负责哈佛大学太阳地球工程研究项目的大卫·基思（David Keith）表示，设计出能够更高效地反射太阳辐射，或者可在平流层中比硫酸盐留存更久的合成粒子可能行得通，甚至更好。也许，由于未能在2020年代就地球工程问题达成国际协议，联合国可能会再次尝试，在最初的《京都议定书》问世50年后的2047年在京都签署了一项新条约。《京都议定书2》将承认应对气候变化的努力不足，并认可使用遮阳篷作为让各国有更多时间减少排放的手段。在最坏的情况下，单方面部署遮阳篷可能导致冲突。但在最好的情况下，它可能给出了一条通往持久性解决气候问题的道路。