云控制：人类对控制天气的永无止境的追求

从空中城市到机器人管家，未来主义的愿景充斥着 PopSci 的历史。在“我们到达了吗？”专栏中，我们检查了实现最雄心勃勃的承诺的进展情况。请在此处阅读本系列的更多内容。

上个世纪初，欧洲各地安装了 12,000 多门大炮。这种特殊形式的火炮并不是第一次世界大战的前奏。相反，这些巨大的锥形炮管瞄准的是共同的古老敌人：正在逼近的风暴云。19 世纪 90 年代的某个时候，向天空发射冰雹炮取代了敲响教堂钟声等替代方法，以抵御破坏农作物的冰雹风暴。

1919 年 10 月， 《大众科学》杂志刊登了一篇报道，描述了冰雹炮和类似的改变天气模式的技术。当时，最新的应对气候变暖的武器包括“电气尼亚加拉”，即高大的钢塔，配备铜质避雷针，从天空获取电能防止冰雹形成；液化二氧化碳炸弹在空中引爆以诱发降雨；以及“配备可产生放电”功能的气球，在高空使大气电离并“促进凝结”。1919 年的这篇文章概述的一些拟议方案超出了地方或地区愿望，爱好者们将目光投向了行星工程理念，比如通过在美国西部点燃数百场火灾来改变急流，从而影响风向并将天气转向东部，或者在美国和加拿大之间修建巨大的堤坝，保护沿岸变暖的墨西哥湾流免受极地海水的影响。

自古以来，人类就一直试图影响天气和气候。然而，直到 19 世纪末，这种尝试大多以仪式舞蹈、咒语和神祭的形式出现。冰雹炮标志着人们开始转向技术，因为技术有可能提供更可靠的替代方案。但尽管进行了一系列的尝试，包括持续至今的重大人工降雨试验，但技术的记录充其量也只是参差不齐，尽管 20 世纪 50 年代和 60 年代在美国、中国和前苏联认真开展的人工降雨试验。

进入 21 世纪，越来越多的证据表明，人类活动已使地球陷入危险的变暖趋势，而削减温室气体排放可能不足以避免全球变暖带来的灾难性影响，一些科学家、工程师和气候活动家越来越多地推广人们熟悉的气候干预策略。但如今操纵地球气候的提议真的更好吗？

利用技术控制气候

现为芝加哥大学地球物理科学家、气候系统工程计划创始教职主任的戴维·基思 (David Keith) 在 2000 年发布的一份报告中指出：“地球工程是对环境进行有意识的大规模操纵，特别是为了减少不良的人为气候变化而进行的操纵。”

《潘多拉的工具箱：气候干预的希望与危险》一书的作者、耶鲁大学环境学院讲师韦克·史密斯 (Wake Smith) 称，目前流传着许多不切实际的地球工程计划，比如“将沙漠涂成白色、在海上制造气泡以及卷云变薄”。但史密斯认为，有几个基于自然的想法值得考虑。“我们的工具箱有两个方面，一端是碳捕获，另一端是阳光反射，这实际上意味着平流层气溶胶注入 (SAI)，”史密斯说。他指出，海洋云层增白也是另一个可能的竞争者。

应对气候变化的其他地球工程方法包括（更多）人工增雨、云层变薄、海水盐化和海水变白。然而，除了碳捕获之外，这些缓解策略都没有得到实施，甚至碳捕获（即从空气中吸收温室气体或在排放前将其捕获）也没有得到广泛实施。

调整规模

即使到了 21 世纪，行星工程仍然像是科幻小说中的东西。但是，如果在未来十年左右的时间里，气候科学家和工程师真的在这种技术上取得重大进展，那么就值得考虑如何控制它。

例如，行星气候控制混合器上的第一个旋钮可以标记为“尺度”。十九世纪的努力，如冰雹炮，将作为局部反应措施，处于低档。将旋钮调到中档，以实现区域层面的天气控制，如 20 世纪中期开始并至今仍在进行的人工增雨试验。对于 21 世纪的行星恒温器提案，将旋钮调到最大设置——地球工程。

但要有效调节地球气候，一个运转良好的气候控制混合器至少需要多几个旋钮、推子和按钮。部署哪种解决方案可能由上下滑动“干扰”推子决定，其设置范围从被动到主动。解决方案越被动，发生反作用的可能性就越低，但也可能不那么有效。

被动控制与主动控制

例如，直接空气捕获——从周围环境中吸出碳并将其泵入地下——代表了地球工程的一种较为被动的形式。CarbFix、CarbonFree 和 Climeworks 等几家初创公司已经建立了直接碳捕获设施，并正在试行和部署解决方案。问题在于时间和效率低下。虽然史密斯认为应该广泛部署碳捕获——不要拖延——尤其是过滤工厂烟道的排放物，但他说，“从直接空气中捕获的碳量需要一两个世纪才能使气候恢复到工业化前的状态。”即使规模很大，碳捕获也不是减少温室气体排放的替代方案。

SAI 是一种太阳地球工程，属于“干扰”范围的主动端。SAI 的灵感来自自然发生的地质现象——火山喷发。非常强大的火山喷发，每百年发生一两次，可以向平流层喷射含硫羽流，距离地球表面 4-12 英里，散布一层细小的颗粒，将阳光反射到太空。1991 年皮纳图博火山喷发后，地球经历了一年内近 1 华氏度的降温效应。

“我们非常有信心 [SAI] 确实会奏效，”史密斯说，“因为皮纳图博、喀拉喀托和坦博拉火山爆发。”虽然众所周知，这种猛烈的硫磺喷发会使地球变冷，但它们也会产生副作用，如全球降水模式发生重大变化、臭氧层消耗，并导致酸雨和呼吸困难。然而，史密斯认为，与其他地球工程建议不同，SAI 的大部分后果都是已知的。“火山并不能消除所有风险，”他指出，将 SAI 与自然喷发进行了比较，“但它们大大降低了发生意外后果的可能性。”

另一种有效的解决方案是海洋云增亮，它也是借鉴了大自然的灵感。在地球上的某些地方，主要是在海洋上空，盐等天然气溶胶会随云层飘散，导致云层反射更多阳光远离地球。澳大利亚正在进行的拯救大堡礁免受过度海洋变暖影响的试验包括将从海水中抽出的雾化盐喷入云层以使其变亮。到目前为止，结果尚无定论，不同珊瑚礁位置的有效性存在很大差异。

成本和速度控制

当然，任何合适的气候控制混合器都必须包括“成本”和“速度”旋钮，以及一对高优先级反馈仪表，以监测环境和地缘政治影响。加大对直接空气捕获等被动技术的投资，可能对地缘政治的影响微乎其微，但可能需要一个世纪或更长时间才能开始产生环境影响，带来的好处来得太晚，无法阻止全球变暖。另一方面，加大对 SAI 等主动技术的投入，可能会以低得多的成本迅速见效，但正如一些模型已经表明的那样，其对环境的利弊在全球范围内可能不成比例，从而引发广泛的冲突。此外，维持冷却效果的成本将是重复性的。

然而，当今地球工程解决方案与 19 世纪和 20 世纪地球工程解决方案的区别在于，我们的科学和工具以及我们的需求都在不断进步。科学家们受益于一个世纪以来的气象数据和气候研究，包括前所未有的监测能力来跟踪结果。虽然还没有人刻意尝试改变全球的天气模式或气候，但如果大规模部署当今的技术，那么它比以往任何时候都更有可能发挥作用。毕竟，我们之所以陷入这种气候困境，是因为我们已经大规模部署了排放_{二氧化碳的}机器，如汽车、发电厂和工厂，结果导致了全球迅速变暖。事实上，越来越多的人认为，我们可能被迫部署地球工程解决方案，以减轻沿海洪水、灾难性风暴和野火、流行病爆发和大规模灭绝等灾难的规模。

但地球工程科学仍未得到证实，而通过紧密耦合的生态系统复杂网络干扰地球自然运行的后果，可能今天并不比过去更加鲁莽。

携手应对气候问题

随着我们继续向比工业化前温度高出 2 摄氏度的全球变暖悬崖迈进，史密斯和其他人呼吁进行地球工程试验，以便我们至少了解干预地球变暖需要采取什么措施以及可能产生什么后果。

“没有真正努力去开发这项技术，也没有开发使这项技术合法化的治理基础设施，”史密斯说。“根本什么都没发生。”

问题是，仅仅进行获准的试验就需要国际外交努力。哈佛大学科学家（史密斯参与其中）长期筹划的一项小规模 SAI 试验最近被取消，因为目前尚不存在谈判地球工程的国际框架，而且有足够多的团体表示反对，导致管理委员会不允许试验继续进行。

在气候灾害不断加剧和国际社会不作为的背景下，少数独立研究人员和初创公司（如 Make Sunsets）已尝试进行自己的非科学地球工程试验。这些小规模、未经授权的试验不会带来造成广泛环境影响的风险，但它们确实表明，任何不关心外交的流氓行为者或国家都可能自行采取行动。这表明，任何负责任的气候控制混合器都应配备一个显眼的红色按钮，标有“紧急情况下按下”——这是失控举措的出口。

但停止地球工程项目，尤其是长期项目，可能会带来巨大的风险，即所谓的“终止冲击”。停止为地球降温的努力可能会导致气温迅速反弹，从而冲击地球的生态系统，并可能造成毁灭性的影响。

由于事关重大，甚至启动严肃的地球工程试验也需要决定谁来管理未来的气候控制混合器？谁来决定要转动哪些旋钮、何时开始转动、何时调低、何时按下红色按钮？

史密斯说，这需要“多边、跨政府的合作”，并补充道，“在现实世界中，完全无法想象这种情况会发生。”这是因为，即使气候灾难加剧，地球的气候仍然相对适宜，尤其是对最富有和最有权势的居民来说。我们经历过的气候事件很少能同时严重影响数百万人的生活，而那些已经发生过的气候事件，如 2022 年巴基斯坦的洪水，主要影响的是全球南方较贫穷的人。与此同时，温室气体排放最多的国家相对而言没有受到太大影响。

尽管二十五年多来我们一直未能在气候倡议方面达成国际共识，条约也未能达成，只有一项初步协议，但事实是：当地球人团结起来时，我们能够做出惊人的事情，即使是在全球范围内。1985 年 5 月，科学家宣布他们在南极洲上空发现了一个臭氧洞，并将其归咎于有毒的氯氟烃或 CFC（20 世纪 20 年代发明用于制冷）云，这种云在地球平流层中聚集了半个世纪。全球各国政府团结起来。

两年内，全球各国签署了《蒙特利尔议定书》，旨在迅速减少氟利昂等臭氧消耗物质。这是有史以来第一个获得如此普遍批准的条约。自那时以来，臭氧消耗物质的排放量已减少了 98%。尽管南极臭氧空洞每年都在波动，受到季节性温度和湿度等无数因素的影响，但改善趋势一直保持一致。专家预测到 2070 年将完全恢复。

经过几十年的拖延和受阻的外交努力之后，世界各国领导人需要做些什么才能再次团结起来，大幅、迅速地减少碳排放，并至少探索地球工程方案？

史密斯说：“世界普遍认为我们能够避免气候变化。”他补充道：“我们无法避免气候变化。”气候变化已经发生，而且可能会变得更糟。

不幸的是——也是幸运的是——我们不需要气候控制混合器来应对这种情况。我们需要共同努力，迅速减少排放，测试哪些地球工程解决方案可以提供合理的权衡，并在时机成熟时实施这些解决方案。

但当我们考虑这一做法时，值得记住的是，尽管没有科学证据证明炮击风暴云是有效的，但直到今天，冰雹炮仍在一些孤立地区制造和使用。至少在一个重要的意义上，冰雹炮提供了一个警示：我们不要仅仅因为我们可以就求助于技术，让我们依靠科学来指导我们。