挽救北极海冰

北极夏季的海冰正在加剧融化。

北极正加速变暖

北极正处于危机之中。地球的顶部北极升温比地球上其他任何地方都更快,冰雪的消融速度和消融面积一直在创造着新纪录。北极夏季的海冰正在加剧融化。这是一个非常严重的问题,因为发生在北极的这些气候改变不仅仅停留在北极,还会影响地球其他区域。

除此之外,格陵兰冰盖也正在消融。而如果格陵兰冰盖全部消失,那么,仅此一项就可以使全球海平面高度上升6米。冰冻的北极土壤和永久冻土也在持续融化,从而将更多的二氧化碳和甲烷释放到空气中。2019年,西伯利亚泥炭地的巨大野火持续燃烧了一个多月。同时北极变暖也对北半球的天气系统造成了严重影响。如果更直观地从经济的角度来看,到21世纪末,如果北极变暖未得有效遏制,那么,对经济造成的影响将是巨大的,最新估计为67万亿美元。

如果格陵蘭冰盖全部消失,那么,仅此一项就可以使全球海平面高度上升6米。

有人说,我们正生活在一个处于“气候紧急状态”的时代。“气候紧急状态”是2019年《牛津词典》公布的年度词汇,其使用率在2019年就增加了100倍。《牛津词典》将其定义为:需要采取紧急行动以减少或阻止气候变化,并避免由气候变化造成的不可逆转的环境破坏。

那么,我们应该怎么应对这种严峻的态势呢?有科学家提出了“让我们重新冰冻北极”的口号。一些科学家认为,可以通过“干预”北极的气候系统来“挽回”北极消融的冰。这是一个富有想象力的想法。

虽然要实施它既不便宜也不简单,但科学家们还是认为,由于北极地区所面临的危机太严重了,至少我们应该研究一下可以采取一些怎样的方法以“挽回”北极的冰。

而今,对北极的气候干预比之前认识的似乎更有必要了,因为北极地区正在加速变暖。科学家通过建立数学模型进行模拟的结果和卫星图像都显示,我们在今后的任何一年都可能看到一个无冰的夏季。

深色的海洋直接暴露在阳光下时,它不会像亮白的海冰那样反射阳光,反而会吸收更多的太阳热量。在过去的30年里,由此所造成的升温相当于同期因人类活动所释放的二氧化碳总量的1/4的升温效果。这样的增温使得极锋急流减弱,从而导致“阻塞”天气形势加剧,以及相应的干旱、洪水和热浪等极端天气事件。

深色的海洋直接暴露在阳光下时,它不会像亮白的海冰那样反射阳光,反而会吸收更多的太阳热量。

需要直接干预

在过去的40年里,大约有240万平方千米的北极海冰消失了。

全球面临的危机是巨大的。如果任由北极继续以这样的方式变化,那么,这将对世界各地构成巨大的安全风险,并可能导致气候系统变化的程度超出我们的恢复能力。当然,如果几十年前当科学家们最初建议减少全球温室气体排放时,我们就开始行动,那么我们本来可以阻止北极变暖。可惜我们当时没有开始行动,现在也没有。

正因为这样,越来越多的科学家认为,如果我们想拯救北极,就需要直接干预,“操控”北极的气候系统。为此科学家们提出了三个主要方案:一是增加海冰的覆盖范围;二是增加冰面亮度以反射更多的阳光;三是通过增亮云层反射掉更多的阳光,让北极的空气变冷。这三个方案都属于地球工程学(也称气候工程学、气候调整或者气候干预)的范畴,即对环境的干预程度要大到足以抵消气候变化。有科学家认为,既然在减排上想做得很好太难,那就不妨试试直接干预气候系统。

那些倡导干预行动的科学家关注的一个重要问题是,随着北极气候变暖,微生物会分解被解冻的有机物,使得甲烷开始从海底渗出。

他们担心随着继续变暖,甲烷的些微渗出会发展为一场甲烷的大爆发。

所以,我们需要把北极海域的冰“挽回”,以避免灾难性的甲烷爆发。不仅如此,除了被封在海底的甲烷外,据估计还有1万亿吨的碳存储在北极土壤地表下3米处。只要这其中的一小部分进入大气,就会抵消掉我们在减排方面所做的努力。大自然在我们面前摆出的难题似乎是:一方面,从海底立即释放出的甲烷会让地球迅速变暖;另一方面,随着陆地永久冻土层的融化,通过复杂的化学过程也会让地球变暖。

但干预气候的方案也让许多科学家不安。他们担心,人们会因为有这些方案而降低减排力度。

第—个方案

第一个方案来自美国亚利桑那州立大学的天体物理学家史蒂夫·盖尔。

他提出的计划是建造风力水泵,在冬天将冰面下的海水抽到寒冷的冰面上,使这些海水更容易冻结,从而让海面的海冰变厚,覆盖范围扩大。这种方法最近也被提出用以防止南极冰盖的崩塌。

由于海冰会四处漂移,所以盖尔的想法是将风力水泵安装在北极北部的海冰之上,这将有助于让大块的海冰变厚,这样一来,海冰向南移动时就难以融化.他认为,这看起来像是一件不可能完成的任务,因为北极是一块非常庞大的区域,但这并非不可能,只是这项工程的范围是巨大的。

据盖尔计算,我们需要在整个北极地区建造1000万台风力水泵来使其重新冰冻,这需要花费约5000亿美元。这是一大笔钱,但这与67万亿美元(若我们不采取行动,我们将为北极变暖付出的经济代价)相比微不足道。科学家认为,这在物理学上是可行的,也是符合基本的自然原理的。但到目前为止,这还只有一个在实验室运作的风力水泵模型,距离方案实际运作还太远。

第二个方案

第二个方案已经在实验室之外取得了一些成功进展。该方案是,用闪亮的白色小珠子覆盖冰层。这些微小的珠子会增加初生薄冰的反射率,从而保护冰面不受阳光照射。该方案的倡导者是美国斯坦福大学的工程师菜斯利,菲尔德。他的团队正在探究如何通过使用二氧化硅微珠来“挽救”

北极的冰。这些明亮无毒的珠子在化学和物理性质上与沙子相似,但更小,更像粉末,直径约为65微米(0.065毫米)。

菲尔德团队已经多次进行了这方面的实验,其中最引人注目的一次实验是在阿拉斯加的面积约4200平方米的北梅多湖上进行的。实验证明,这些微球增加了约20%的反射率,减缓了冰的融化。但如果用这些材料覆盖北极2.5万平方千米的地区,仅材料费就需要大约3亿美元,而北极海冰有记录以来夏季海冰覆盖面积最低值(出现在2012年)也达340万平方千米,2.5万平方千米仅占其中的0.7%。

这一方案中也还存在许多问题,尤其是它是否对海冰有效?毕竟,迄今为止,实验都只是在结冰的湖泊上进行的。而且,当冰融化时,这些微珠会发生怎样的变化?它们一部分会沉降,然后落入湖底的泥浆中,结果又会发生什么样的变化都不得而知。因此有科学家担心,向北极增加数百万吨二氧化硅会对北极生态系统造成影响。这为该项计划亮起了红灯。

有科学家对用上述两种方法来改變冰层表面的可行性以及这些方法是否能成为应对气候变化的有效工具表示怀疑,并对使用“白色小珠子”这种方法在影响大尺度的气候上是否可行表示高度怀疑。

通过使用二氧化硅微珠来“挽回”北极的冰。这些明亮无毒的珠子在化学和物理性质上与沙子相似,但更小。

实验证明,这些微珠增加了约20%的反照率,减缓了冰的融化。

第三个方案

有科学家认为,最有希望的潜在干预措施不是直接修复海冰冰层,而是通过增亮北极上空的云层来间接让海冰增多。这一想法可以追溯到20世纪90年代。当时英国曼彻斯特大学的约翰·莱瑟姆开始思考如何通过减少到达地球表面的阳光来抑制温室效应。莱瑟姆对一种被称为气溶胶的“第一间接效应”(Twomey)的现象很感兴趣。该效应描述了由云层反射回太空的太阳辐射量取决于云滴的浓度。在低层大气中,水汽凝结在空气中悬浮的气溶胶粒子(云凝结核)上,就会形成云滴。如果增大云凝结核的浓度,那么云滴的浓度会随之增大,从而提高云对太阳辐射的反射率。莱瑟姆据此认为,可以通过向海洋上空播撒海盐粒子来增加云滴的浓度,进而将更多的太阳辐射反射回太空。

我们从船舶航迹(相当于飞机留下的尾迹)的卫星图像上可以知道,由船舶排放的硫酸盐可以成为云凝结核从而增加云量。莱瑟姆团队建立了计算机模型来展示通过使海洋的层积云变亮来恢复北极海冰的方法。这种大而圆的云是目前北极地区最常见的一种,通常成群出现,覆盖大片范围。

从理论上看这个方法似乎非常有希望,但实际测试又是另一回事。要实施这个方法,首先需要一种能大面积向海洋上空的低层大气中喷射超细海雾的系统。英国科学家斯蒂芬·索尔特对此有很先进的计划,他提出了通过远程遥控无人驾驶船来实施向低层大气中喷射超细海雾的想法,并将其提交给了英国政府环境审计委员会论证。但资金的缺乏阻碍了这一想法的实施。

在所有防止北极“崩溃”的想法中,相对来说最可行的是增加大气对阳光的反射率。但目前在反射阳光方面的有效投资微乎其微。这让我们面临着巨大的短期气候风险,并且没有足够的快速响应选项来将气温上升控制在安全范围内。

北极地区正在继续从白色变为蓝色。曾先后带领过40支探险队到北极探险的瓦达姆见证了北极的巨大变化。他说:“当我刚开始去北极的时候,你可以把整个北半球都想象咸一个坚固的大陆。从前冰面连接着欧亚大陆和北美,但现在其中一部分冰面变成了蓝色的海洋。从物理上来看世界都变得‘破碎’了。”

如果增大云凝结核的浓度,那么云滴的浓度会随之增大,从而提高云对太阳辐射的反射率。

可以通过向海洋上空播撒海盐粒子来增加云滴的浓度,进而将更多的太阳辐射反射回太空。

云的作用

云在控制气候方面起着至关重要的作用。云层对太阳光的反射,特别是在热带地区,对地球的降温起着非常重要的作用。但我们并不知道随着地球越来越热,云的形成会发生怎样的变化。这意味着我们并不知道当大气中的二氧化碳浓度升高到某个特定值时,地球究竟会变暖多少。

气候变化否定者们认为,采用气候模式对气候变暖进行预测时存在太多的不确定性。原因之一是气候模式的敏感性不太确定。当大气中二氧化碳增加一倍时气温会增加多少呢?在气候模式的预测结果中,升温范围在2-5℃。

我们不知道气候是否非常敏感,如果敏感,那么当大气中二氧化碳的浓度翻倍时,地球的热量也会相应地大幅增加。有气候科学家从最新改进的气候模式中得到的证据表明,我们的地球比我们想象中的还要敏感。如果大气中的二氧化碳浓度仅仅增加大约70ppm时,气温就会增加1℃。那么,按照现在的二氧化碳排放速度,只需要20年就会使得全球变暖的幅度较工业革命前的水平由1.5℃增高至2℃,这就是所谓“严重影响”的程度,意味着全球会出现更多的极端天气一森林火灾、洪涝灾害、热带风暴的数量和强度都会增加。

云的形成需要大气中的气溶胶颗粒,而这些气溶胶颗粒很多是来自工业过程和化石燃料燃烧形成的污染物。由于这些粒子直接或通过它们对云的形成的作用间接使得地球降温,因此逐步消除它们的来源将揭开先前隐藏的温室气体使气候变暖的真相的面纱。因此,为了了解当大气变得更加清洁时我们所能预期的额外变暖是多少,我们需要弄清云是如何影响气候敏感性的。有科学家认为,增亮海洋云层的实验有可能揭示气候学中最棘手、最重要的问题之一:气溶胶是如何影响云层的?在我们试图干预气候系统之前,我们有必要尽可能地了解它。

版权声明:三分钟阅读 发表于 2021年10月31日 下午10:06。
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