太阳能地球工程涉及到向地球大气添加反射粒子来使地球降温。一些研究提出，太阳能地球工程或许能为全球变暖提供紧急的短期缓解。然而，通过“地球工程”来冷却地球的提议往往引发争议。一些科学家强烈反对太阳能地球工程，认为它可能以无法预测的方式出错，而且一旦启动就很难安全关闭，并认为有的提议甚至很不切实际。

现在，在一项于近期发表在《地球物理研究快报》杂志的建模研究中，一组研究人员提出了一个新想法：如果每年向平流层发射500万吨钻石粉尘，可以使地球温度降低1.6摄氏度（℃）。

气溶胶的气候模型

这项名为平流层气溶胶注入的地球工程，其灵感来自于一个自然过程——火山活动。纵观历史，火山喷发能将数百万吨二氧化硫注入平流层。在那里，二氧化硫会与水蒸气和其他气体发生反应，形成硫酸盐气溶胶——一种能将阳光反射回太空的悬浮颗粒。其影响可能是巨大的：例如，1991年的皮纳图博火山爆发，就使地球在几年的时间内冷却了0.5℃。

然而，人工地注入硫有可能带来许多气候风险。硫酸盐气溶胶包括微小的硫酸液滴，是酸雨的主要成分之一。这些气溶胶还会消耗臭氧层，加剧平流层变暖，进而扰乱大气低层的天气和气候模式。那么，是否存在副作用更小的其他替代颗粒？

为了解答这个问题，在新的研究中，研究人员创建了一个结合了气溶胶化学的3D气候模型。这个模型考虑了气溶胶会如何在大气中传播以及会如何被吸收或反射热量，而且它还考虑了气溶胶的两个较少被研究的物理特性：沉降和凝结。

沉降指的是它们会如何随时间沉降到大气中，凝结指的则是它们会如何聚集在一起。理想的太阳能地球工程颗粒会慢慢地沉降出大气层，提供更持久的冷却。同时它们还要避免结块，因为结块会容易留住热量。

最佳颗粒

研究人员对氧化铝（Al2O3）、方解石（CaCO3）、钻石（C）、α碳化硅（α-SiC）、锐钛矿（TiO2）、金红石（TiO2），以及二氧化硫（SO2）这七种化合物颗粒的效应进行了模拟。他们在模型中评估了45年来这7种颗粒的影响，每次试验都在超级计算机上实时运行了一周多的时间。

结果显示，钻石颗粒在反射辐射的同时，还能在高空中维持，避免结块。钻石在化学性质也被认为是惰性的，这意味着它不会像硫一样反应形成酸雨。如果每年向平流层注入500万吨钻石颗粒，就有望实现1.6ºC的冷却。这是足以避免全球变暖带来最严重后果的温度降幅。

相比之下，在这份评估结果中，硫颗粒的表现排在倒数第二，因为它倾向于吸收某些波长的光，进而捕获热量。因此，它所导致的平流层变暖不仅会抵消一些原本可以获得的冷却，而且还会扰乱地球表面的气候模式，比如厄尔尼诺现象。研究人员指出，这一结果表明过去的一些研究低估了硫的这一副作用的显著性。

优劣与未来

然而，钻石粉尘颗粒也有其不完美之处。首先，这个计划成本高昂。据估计，如果从2035年到2100年间实施这种方法，那么将花费的总金额将高达约175万亿美元，比硫贵2400倍。第二，硫的分布广泛且价格低廉，而且二氧化硫能够以气体的形态被大量泵送，并通过几架飞机就能迅速扩散到平流层。相比之下，钻石粉尘这样的固体颗粒则需要通过多次飞行来逐渐输送，以防止它们结块。第三，硫酸盐是唯一一种可以在户外环境中进行大规模研究而不会受到太多阻碍的气溶胶，因为火山爆发为我们创造了这一条件。

因此，尽管新的研究结果非常吸引人，但要将其真正投入使用，还有待进一步研究和商榷。再加上一些科学家仍然强烈地反对地球工程研究，担心大规模的实施会产生不可预见的后果，因此对于这一发现的实用前景仍充满未知。

对此，新研究的作者强调，太阳能地球工程研究是有必要进行的。太阳能地球工程并不会因为我们不探讨而消失，而积极地参与其中就是塑造它的一个机会。

参考来源：

https://www.science.org/content/article/are-diamonds-earth-s-best-friend-gem-dust-could-cool-planet-and-cost-trillions

https://www.nature.com/articles/d41586-021-01243-0

https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2024GL110575

封面图&首图来源：BarBus / Pixabay