【科技．未来】地球工程干预气候 成应对暖化的双面刃
气候暖化迫在眉睫。最近多个气候研究结果显示，减排现况毫不乐观。与此同时，巴西当选总统博尔索纳罗（Jair Bolsonaro）言论火上加油，扬言效法美国总统特朗普，退出《巴黎协定》。一些科学家正研发各种泛称为“地球工程”（geoengineering）的新技术，以期为地球降温或延缓暖化，但其潜在风险与潜力同样庞大。在减排进度缓慢的情况下，地球工程是否值得我们放手一试？
今年夏天，热浪袭来，欧、美、亚各洲气温纷纷录得新高，光是日本已热死了过百人。科学界如美国“忧思科学家联盟”（UCS）或本港前天文台台长林超英均警告，气候暖化将令热浪在未来更频密出现。
美国哈佛大学实验团队SCoPEx有望成为首支出走实验室，在平流层（stratosphere，离地面10至50公里的大气层）测试一项或有助地球降温的太阳地球工程技术（solar geoengineering）的队伍。他们的想法很简单：把一堆粒子喷洒到平流层，阳光会因而反射回太空，从而令地球降温。这种人为“调暗”阳光的技术也被称为“太阳辐射管理”（Solar Radiation Management，SRM）。
SCoPEx上月底宣布，实验首阶段最快于2019年开始，将花费300万美元在美国西南部发射两枚气球到2万米上空，气球会释出一团团烟流（plume），每团约含100克碳酸钙（calcium carbonate），然后气球将会掉头，来回观察这些粒子如何扩散。
从火山爆发得到启示
这实验背后的原理，大自然多少已展示过。1991年菲律宾皮纳土波火山（Mount Pinatubo）爆发就喷射了约2,000万吨二氧化硫（sulphur dioxide）到1.2万米高空，往后15个月地球降温了约摄氏0.6度；而1982年墨西哥艾齐琼火山（El Chichón）爆发规模虽然较小，也令北半球降温摄氏0.4至0.6度不等。
从火山爆发得到启示，过往的太阳地球工程研究聚焦于二氧化硫。但硫未必是最佳的选择，因为火山爆发造成的气胶（aerosols）会加速氯氟烃（CFCs）损耗臭氧层，这些气胶被太阳照暖后也可能会影响水气和气流流动。所以SCoPEx以碳酸钙取而代之，那是一种常见于纸张、水泥、牙膏、胃药的物质，比硫吸收较少热力，对臭氧层的影响也较小。
不过，SCoPEx首席研究员Frank Keutsch坦言：“我们不完全知道效果如何，毕竟平流层本身没有碳酸钙。” SCoPEx在技术上也面对一定的挑战：他们必须喷洒正确大小的粒子，据他们计算，直径0.5微米粒子的扩散和反射效果最好；他们也要确保气球在空气稀薄处能顺利转向，从而收集样本到地面分析。
哈佛大学太阳地球工程研究计划共同总监Gernot Wagner指出，SCoPEx的实验排放的粒子量，大约只相当于一架商用飞机飞行一分钟，这样的规模与完整的地球工程相距甚远。Wagner上月底于《Environmental Research Letters》期刊发表研究，探讨地球工程是否可行。
他指出，现时没有飞机可携带数以吨计的粒子到平流层，用火箭则太贵，最经济的方法是研发新型飞机。新设计需配备更大的机翼，引擎由两个增至四个，以应付稀薄的空气。与Wagner合作的飞机工程师Wake Smith认为这项设计毋须技术突破，因此是可行的。资金方面，Wagner估算一个为期15年的计划，每年添加六至八架新飞机，连同机组人员、维修、保险、燃料、升降费等成本，平均每年只需20至25亿美元，“一点也不昂贵。”
多管齐下阻延暖化
反射阳光以阻延地球暖化的想法并非近期才出现。早在1965年，一份交给时任美国总统詹森（Lyndon Johnson）的报告中有一项应对暖化的建议，正是令海面更光亮，以反射阳光。此后四十年，相关研究一度淡出公众视野，直到研究臭氧层破洞的诺贝尔化学奖得主Paul Crutzen于2006年公开支持反射阳光的研究，地球工程才受到重视。
自此，多个太阳地球工程计划陆续出现。英国的SPICE实验曾研究用气球在1,000米上空喷水，却因申请技术专利问题而在2012年终止；美国的水上云层增亮计划（MCBP）则想在低大气层喷盐水，令海上的云更亮更反光，惟过去近十年一直忙于筹集资金；也有澳大利亚团队研究以类似方法帮大堡礁珊瑚“遮荫”，防止其白化（bleaching）。
地球工程的另一大研究趋势是“碳捕集与封存”（Carbon Capture and Storage），微软创办人盖茨（Bill Gates）亦有投资该领域。这种技术以大型风扇、海洋施肥、生物碳等方法，抽取和捕集空气及发电厂产生的二氧化碳，封存于地底或海底，以纾缓暖化。
对低洼地区如孟加拉、荷兰和日本来说，冰川融化是一个不容忽视的现象。在本年3月《自然》（Nature）期刊的一篇评论中，美国普林斯顿大学（Princeton University）冰川生态学家Michael Wolovick与芬兰拉普兰大学（University of Lapland）气候变化教授John Moore提出了在冰川展开地球工程。
Wolovick指出：“我们从过去二十年南极洲的观测数据发现，主要威胁不是暖空气，而是暖水。”海洋中冷水在上，暖水在下，冰架（ice shelves）在海底接触暖水而融化消退，导致水位上升。Wolovick计划在格陵兰雅各布港（Jakobshavn）峡湾海床建造100米高的“门槛”（sills），以阻隔暖水：“这不是特别先进的科技，只是用一堆沙或外层加些石头抵抗水潮。”
Wolovick透过电脑模拟发现，若什么也不做，100年后南极洲思韦茨冰川（Thwaites glacier）将消退100公里；而兴建门槛后，“冰川可停止消退并获恢复，在某些情况中，甚至大过现时体积。”他还模拟过较悲观的状况，例如门槛逐渐烂掉，但仍可延长冰川寿命400至500年。Wolovick和Moore建议在南极洲冰川兴建300米高的人工岛加固，减少冰川融化时倒塌；或钻挖至冰川底部，抽走水分或以盐水循环冷却，减慢冰川滑走。当然，如何运送人工岛和大量工人？如何钻挖？对渔业、生态和观光业有何影响？这些都是他们未能充分回答的问题。
以“化疗”医治地球
不少人质疑人为调暗阳光会招致一系列恶果，例如扰乱降雨规律、干旱、农作物失收等。本年10月就有过百个来自多国的民间组织联署，指摘地球工程“危险、不必、不义”。美国加州大学柏克莱分校（UC Berkeley）农业经济学家Jonathan Proctor如此比喻地球工程：“你与一只熊同在笼中，问题是应否加一只狮子？牠们或会互相杀死对方，但也可能一同杀死你。”英国牛津大学工程高级讲师Hugo Hunt更以“化疗”形容SRM。
火山爆发所显示的，不只是地球工程的潜在降温功效，还有它的风险。Proctor和同事在今年8月发表于《自然》的论文，是首个就地球工程对农作物影响的研究。他们分析了四种主要粮食作物在皮纳土波火山和艾齐琼火山爆发前后的产量差异。
过去有研究发现，皮纳土波火山爆发翌年，美国哈佛森林的光合作用比爆发前增加了23%，推定原因是火山灰既反射阳光，也散射到树木本来难以照到的部分。但Proctor的研究却发现，两次火山爆发后，农作物的产量均有下跌。皮纳土波火山爆发后，粟米产量跌了9.3%，大麦、大豆和稻米的产量跌了4.8%。他解释：“因为粟米比较需要光，而（研究中的）其他植物只要有一定阳光，产量就不再增加。而且农作物与林木的空间结构不同，林木有大片树冠，阳光可散射到下方；但农作物排得密密麻麻，而且本可轻易照到阳光。”
他们还把研究数据加到气候模型分析，并推演2050至2069年使用地球工程的可能后果，发现粟米产量会因气温较凉而增加6.3%，但也会因阳光减少而下跌5.3%。考虑到其他副作用，Proctor及其团队认为地球工程没有明显好处：“若太阳地球工程是手术试验，那么它的副作用——阳光照射的改变，就多少跟原本要医治的疾病一样恶劣。”
另有学者质疑，地球工程是否一条不归路。而这项技术要实行，国际间的协作又是否顺利？详见另文《【科技．未来】地球工程争议 最后手段还是逃避减排借口？》。
上文节录自第143期《香港01》周报（2018年12月24日）《人工控制气候 地球工程是解决暖化出路？》。延伸阅读：用电量争议不绝 加密货币走上环保之路发展加密货币 谁可享受经济成果？
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