對流層中的海霧
氣溶膠間接效應(yīng)也是地球工程學(xué)方法之一,用航船將海水的微小液滴噴灑進(jìn)海洋上空的大氣,能夠形成或增亮已有的層積云,減少入射陽光。這種方法較安全,但是否能使全球均勻降溫,新形成的層積云會有多明亮,這些問題還不清楚。
在低層大氣,二氧化硫的作用不僅僅是散射陽光和引起呼吸系統(tǒng)疾病:在無云處它會形成云,在有云處則使原有云層變亮,也就是所謂的氣溶膠間接效應(yīng)(aerosol indirect effect)。氣候?qū)W家認(rèn)為這種效應(yīng)已經(jīng)使地球的溫度有所下降,效果至少和氣溶膠粒子直接散射陽光一樣。發(fā)動機(jī)排氣所形成的直線狀云帶——船尾跡(ship track)就是一個鮮明的例子:它們可以持續(xù)數(shù)天,隨著船只的航行延伸達(dá)數(shù)百千米。衛(wèi)星照片記錄了它們反射回太空的陽光。
約翰·萊瑟姆(John Latham)為地球降溫的想法,本質(zhì)上就是讓海洋上現(xiàn)有的云變得更白,方法則是用大量船尾跡將這些云連成一片——當(dāng)然具體措施要更加清潔環(huán)保。萊瑟姆是一位退休的英國云物理學(xué)家,他考慮用無人駕駛的艦隊(duì)將微小的海水液滴噴向天空,以此來實(shí)現(xiàn)冷卻地球的想法。
氣溶膠間接效應(yīng)的基本機(jī)制足夠簡單。云反射的陽光量取決于形成云的水滴的表面積。萊瑟姆解釋說:“對于等量的水(從氣態(tài)冷凝成的液滴)來說,大量的小液滴會比少量大液滴擁有更大的表面積?!痹瓌t上,向大氣中增加粒子會導(dǎo)致更多更小液滴的形成,從而使得云變得更白,反射的陽光更多。
最近陸地上空的大氣中充滿了人造粒子,云比沒有人造粒子的時(shí)候更白,反射能力更強(qiáng)。而海洋上空的大氣中主要充斥著自然粒子,包括由充滿泡沫的波浪吹濺起來的海水液滴。當(dāng)液滴到達(dá)300 米左右的高度時(shí),大部分水都已經(jīng)蒸發(fā)掉了,只留下鹽粒子。但在這個高度,水汽開始圍繞粒子重新凝結(jié),新的液滴在海洋上空組成低空層積云(stratocumulus)。這樣的層積云差不多覆蓋了全世界1/4 的海洋。萊瑟姆的想法是,讓空氣中的含鹽飛沫增加到足夠多,使云中水滴的數(shù)目變?yōu)樵瓉淼? 倍,從而增亮海洋上空的層積云。
斯蒂芬· 索爾特(Stephen Salter)是英國愛丁堡大學(xué)的榮譽(yù)退休工程學(xué)教授。他提出了一個很有創(chuàng)意的方案——至少理論上看起來創(chuàng)意十足。萊瑟姆說:“基本上那就是一個噴壺,”但噴嘴是一塊硅晶片,上面有數(shù)十億個直徑小于一微米的小洞;這個噴壺將被安裝在一個衛(wèi)星制導(dǎo)的無人駕駛航船上。更確切地講,這條船將是一條“弗萊特納”(Flettner)旋翼船,這種船上裝有高高的、不斷旋轉(zhuǎn)的圓柱,看起來像煙囪,但效果卻類似于帆——圓柱的一面順風(fēng)移動而另一面逆風(fēng)移動,因此會產(chǎn)生抬升力。
按照索爾特的設(shè)計(jì),流經(jīng)艦船的水會帶動渦輪旋轉(zhuǎn)發(fā)電,使圓筒持續(xù)旋轉(zhuǎn),并將海水從圓筒中噴出,形成大量0.8 微米的小液滴。索爾特和萊瑟姆估計(jì),每條船每秒噴出36 升海水,按照每條船耗資200 萬美元計(jì)算,1,500 條船共計(jì)需要30 億美元就可以抵消二氧化碳增倍引起的全球變暖問題。根據(jù)英國埃克塞特市哈德雷氣候預(yù)測研究中心(Met Office Hadley Center for Climate Prediction and Research)的模擬結(jié)果,只須在4% 的海洋上部署艦船就可以完成一半的工作。
不過,還沒有人對整個地球的降溫程度有多均勻進(jìn)行過模擬。巴提斯蒂說:“最終,當(dāng)你繪制世界氣溫分布圖時(shí),這張圖上可能全都是圓點(diǎn)狀的花紋,也就是說有些地方極冷,有些地方又極熱?!绷硪粋€值得擔(dān)憂的問題是,噴霧船會給下風(fēng)向地區(qū)造成干旱。由許多小液滴組成的云可以持續(xù)更長時(shí)間,這對于遮陽來講是很好的,但這樣的云也會導(dǎo)致降水減少。
最后,新形成的云會有多明亮還不得而知?,F(xiàn)有氣候模型都高估了這一效應(yīng):根據(jù)這些計(jì)算結(jié)果,當(dāng)前大氣中的氣溶膠應(yīng)該馬上可以抵消全球變暖的影響,但很明顯事實(shí)并非如此。羅素已經(jīng)著手給萊瑟姆的想法建立新的模型。他說:“對于氣候我們了解得還不多,而氣溶膠的間接效應(yīng)是我們了解最少的一部分?!?/p>
盡管如此,就地球工程學(xué)方案而言,從風(fēng)力船上向空中噴灑海水聽起來相當(dāng)安全。萊瑟姆說,如果出現(xiàn)任何異常,你都可以在幾天之內(nèi),或者最多幾周之內(nèi),停止向空中噴灑海水——反之,平流層中的硫酸卻可以停留數(shù)年。威格利說:“向空中噴灑海水確實(shí)值得考慮?!钡侵挥袑?shí)際檢驗(yàn)才可能知道這個想法還存在哪些問題。到目前為止,只有探索發(fā)現(xiàn)頻道對萊瑟姆的想法表示了支持。出于對一部地球工程系列紀(jì)錄片的視覺效果需要,電視制片人資助建造了一條小型的弗萊特納旋翼船。
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