气候

如何监管争议“地球工程”?

在气候变化愈发紧迫的背景下,中外专家都在思考如何管理那些旨在对气候进行人工干预的研究与实践。
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从飞机上释放气溶胶到平流层可以反射太阳光,从而给地球降温,但副作用目前还不清楚。图片来源:Sylvia Buchholz / Alamy
从飞机上释放气溶胶到平流层可以反射太阳光,从而给地球降温,但副作用目前还不清楚。图片来源:Sylvia Buchholz / Alamy

今年8月,一支研究团队登上了位于四川阿坝的达古冰川,并在那里开展了一项实验:在500平方米范围的冰川铺设5-8毫米的土工布,通过遮盖材料增强冰川表面对太阳辐射的反射率,减缓冰川消融。

地球工程

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上述给冰川“盖被子”的实验由中国科学院冰冻圈科学国家重点实验室和达古冰川风景名胜区管理局合作开展,并立刻引起了媒体的关注。当地媒体成都商报称,达古冰川项目是中国首个应用“地球工程学”措施减缓冰川消融的试验,如果效果良好,还会将这项措施优化推广。

与中国媒体的热情形成反差的是,“地球工程”一词实际上饱受争议。政府间气候变化专门委员会(IPCC)第五次评估报告将“地球工程”定义为“一套旨在有意改变气候系统以减轻气候变化影响的,适用于大规模操作的方法和技术”。这些技术通常被分为太阳能辐射管理(SRM)和二氧化碳移除(CDR)——前者泛指一类通过将太阳光反射回外太空或允许更多红外辐射逃逸来降低温度的技术;后者则主要指物理提取大气中的二氧化碳并将其储存的手段,如利用生物能结合碳捕获与封存技术(简称BECCS)形成“负排放”。目前,CDR类技术已开展商业化示范,而SRM技术则由于未知气候风险和管理争议,尚未被实施。

什么是BECCS?

生物能结合碳捕获与封存技术(简称BECCS)通过农作物或树木的成长过程将二氧化碳从空气中吸收。 这样,既可以通过燃烧这些树木释放能量,又能同时捕获燃烧排放的碳。 捕获的碳被封存在地下,防止其回到大气中,然后不断重复整个过程。

类似达古冰川这样的实验被中国媒体津津乐道,是否意味着“地球工程”这个新兴概念已在中国落地,甚至有规模部署的可能?

界定“地球工程”

中国科学院冰冻圈科学国家重点实验室副主任王飞腾向中外对话表示,“冰川盖被”实验的想法是基于他近年为北京冬奥组委做的储雪工作,实验是出于他自身兴趣,属于基础应用研究类型。

随着全球变暖的加剧,中国冰川自上世纪90年代起就呈现加速萎缩态势。2014年发布的《第二次冰川编目》显示,上世纪50年代以来,中国82%的冰川处于退缩状态,总面积缩小18%。

为了更快速地控制和应对全球变暖,有人寄希望于更激进的干预手段;但除了复杂气候效应外,一些气候干预措施的实施还涉及农业、社会、经济等方面的跨国界影响,但目前国际社会针对此的监管几乎空白。

在全球,通过遮盖冰川减缓其消融已有先例。比如,瑞士罗纳河冰川(Rhône Glacier)附近的居民十余年来通过在冰川表面铺设材料减缓其融化;而在意大利北部的普雷萨纳冰川(Presena Glacier),人们在每年滑雪季结束后在冰川上铺设土工布,目前覆盖面积达到10万平方米。这些举措大多是为了维持旅游业和滑雪生意而开展,由商业公司或本地社区承担铺设工作。

谈到达古冰川实验,北京师范大学全球变化与地球系统科学研究院首席科学家、芬兰拉普兰大学教授约翰·摩尔(John Moore)认为,这种针对个别冰川的小型项目并不属于地球工程范畴,“因为它们不产生全球性影响”。摩尔曾作为英籍专家主持一项为期5年、耗资1400多万元的中国地球工程重点研究项目

他以不久前的一项减缓大堡礁白化的实验为例。今年3月,一个澳大利亚团队在昆士兰州汤斯维尔附近的布罗德赫斯特礁(Broadhurst Reef)旁,用涡轮机向天空喷洒海水。海水中的盐晶体与低空云层结合,可以人为提高云层亮度,反射更多阳光,进而为海水降温。这种被称为“海洋云增白”(Marine Cloud Brightening)的方法是SRM技术的一种,成本效益相对高。若使其产生效果,需大规模应用。

理论上看,若改变大堡礁上方的大气条件可能引起连锁反应,因为大气是相通的。但摩尔认为,有无全球影响的关键,是这些改变的规模是否能产生可被衡量的重要作用。“大堡礁的实验更像是维持一种生态系统服务现状”,他说。

摩尔用“杠杆”(leverage)一词形容气候干预和全球性影响之间的关系。“在整个气候系统内存在一些敏感点”,摩尔说。“在那些地方进行局部干预就会[给整个系统]带来全局性的影响”。他认为,南极的松岛(Pine Island)和思韦茨冰川(Thwaites Glacier)就属于这样的敏感点。那里是未来两个世纪内海平面上升的最大潜在来源之一,但海洋暖化已经使那儿的冰架变得很不稳固,如果采取手段将这些冰架支撑起来,将带来巨大的效应。

卡内基气候治理倡议(Carnegie Climate Governance Initiative, C2G)执行主席亚诺什·帕兹托(Janos Pasztor)也认为,类似达古冰川实验这样减缓单个冰川消融的措施可能产生正面作用。由于其对于全球气候不造成整体影响,故不符合“地球工程”的常规范畴。C2G一直致力促进为新兴气候技术建立管理框架,并坚持对研究、试验和部署这些保持中立姿态。

但帕兹托提到,当前各方对“地球工程”的定义仍未统一,不同的利益方也会使用不同的定义。这可能会造成一些误解,尤其对于监管来说。他更倾向使用“太阳辐射管理”和“二氧化碳移除”,而不是某种统称描述这些气候干预技术。

帕兹托认为,是否被称作“地球工程”并不是最关键的问题,因为一些小规模的干预行为如果同时发生,也可能形成大范围影响。 “即使是遮盖冰川这样的项目,关键不在于你怎么称呼它,而在于它是有用的——它可以减缓冰川融化。但它也可能有其它影响需进一步探究”。

Large white geotextile sheets are seen covering northern Italy's Presena glacier in order to delay snow melting on skiing slopes and reflect sunlight during summer months, at Passo del Tonale, near Trento, Italy July 13, 2020.
每年滑雪季过后,意大利北部的普雷塞纳冰川都会盖上“被子”,目前覆盖面积已达到10万平方米。图片来源:Sylvia Buchholz / Alamy

全球管理难题

在全球范围内,冰冻圈内正在发生的一些其它研究正引起比“冰川盖被”实验更大的关注。比如,由斯坦福大学讲师莱斯利·菲尔德(Leslie Field)发起的北极冰项目(Arctic Ice Project)设计将微小的硅珠撒在薄的、年轻的北极海冰表面,提高冰面反射率。这是全球少数将SRM项目从电脑模型中带到现实中的尝试之一。

另一项酝酿中的户外研究是哈佛大学科学家提议实施的“平流层控制扰动实验”(SCoPEx)。它计划在距地面20千米的高空,用气球播撒少量碳酸盐微粒,观测其形成的气溶胶是如何散开和反射太阳光的。因为见效快且成本低,“平流层气溶胶注入”(SAI)是被讨论最多的SRM技术,关于谁有权控制这项技术以及可能的负面和非均衡气候影响的争论对于监管带来了很大的挑战。

虽然目前这些实验技术各异且计划实施的规模很小。但帕兹托表示:“它们都需要某套保护机制(guardrails),确保实验在预防原则的基础上进行。而当前这些机制并不存在。”

人为干预气候可能带来不确定风险和后果,比如对温度和降水分布的影响不均匀会造成区域气候差异扩大,加重部分地区的粮食安全、水灾和环境退化等问题。缺乏国际管理机制意味着,如果某个国家、企业或个人决定单边部署某项技术,国际社会对其缺乏管理依据。

为了对地球工程的研究和管理提供指引,2009年,多名学者起草了“牛津原则”,呼吁将地球工程作为公共物品进行规制、确保公众参与和透明公开、以及“监管先行,实施在后”原则。上述由摩尔领衔的中国地球工程研究项目组成员,中国社会科学院生态文明研究所研究员陈迎提到,监管先行是对的,但有效监管是比较难的,因为从技术实施的不同阶段看,模拟研究、户外实验和部署的影响是不一样的,实验的规模也有大小之分,很难一概而论。

摩尔认为,如果“地球工程”项目需要国际制度加以规制,具体措施具体分析将比提出一种整体性管理框架更有帮助。”

在缺乏国际机制的情况下,SCoPEx项目在去年专设了一个独立运作的委员会为项目制定管理框架,确保研究在信息透明和负责的情况下进行。但也有人对委员会是否充分独立产生质疑,并担心在没有足够共识前推动户外实验,会让人们对其携带的风险放松警惕。

帕兹托不愿评价具体实验的治理努力。但他表示,实施这类实验的研究者有责任对实验的物理和社会影响做出评估;保证实验计划和资金来源透明;并促进利益相关方的参与。摩尔则强调,无论何种管理框架,吸收多元化的观点至关重要。

在现有国际条约中,《联合国气候变化框架公约》(UNFCCC)已有条款授权各国通过CDR技术进行气候变化减缓。而针对SRM技术,现有国际规则只适用于某些具体技术和问题,缺乏完整的全球管制基础。如《联合国海洋法公约》只针对“海洋云增白”有适用条款,而《保护臭氧层的维也纳公约》及其《蒙特利尔议定书》仅关注气溶胶注入对臭氧的可能损害。

对于未来的管理形态,帕兹托认为, “许多国际、国家和地方层面的机构能够,甚至将会在SRM治理中扮演某种角色,包括民间社会和私营部门。关键在于如何将这些机构协调起来,以及如何在决策中考虑和安排额外的机构资源。”

以世界气象组织(WMO)为例,帕兹托表示,SRM的应用将会需要一套全球大气监控系统,WMO就拥有这样的系统,只是如果要适用于SRM,需要进行调整和改进。

现在的问题是,许多行动主体对于这些技术、这些方法了解的不够。他们不知道最前沿的科学是什么,也不清楚它们的风险和益处。他们甚至没有意识到监管的挑战在哪里。这些太重要了,没有这种意识人们就使用某些技术的决策就无从说起, 更不用提制定国际法规了”, 帕兹托说。

中国角色

中国在2015年启动的上述国家级研究项目由北京师范大学、浙江大学和中国社会科学院共同承担。它不仅对地球工程的作用机制和对气候系统的影响做出了模型分析,也对地球工程的综合影响和国际管理框架进行了评估和研究。

“中国的地球工程研究在全球很重要,相比国际上一些努力规模更大,更持续”,摩尔说。为了使其评估结果更具现实意义,研究团队注重将气候模型的输出与农业、经济和人类健康等现实问题联系起来,比如,研究北极冻土在地球工程干预场景和不同温室气体排放场景下的二氧化碳释放量,以及这些释放对经济产生的影响。

中国是受自然灾害影响严重的国家,项目的设立引发了外界对于中国可能有计划部署地球工程的猜测。摩尔对此表示,目前项目所有实验仍然停留在电脑模型和实验室的水箱中。他认为,中国不会在没有国际共识的情况下实施单边行动,而遮盖一座冰川或人工降雨并不能算地球工程。

Experiments in shading glaciers with cloth begun in China this summer, at Sichuan’s Dagu glacier
今年8月,一支研究团队登上了达古冰川,在那里开展冰川土工布铺设实验。图片来源:Alamy

陈迎则观察到,目前有关人为气候干预的话题在中国仍然非常小众,学术圈和决策者对这一话题的也缺乏认知,部署一说无从谈起。“如果学者和政府部门对这一块重视不足,公众对于这些信息的理解就更困难”,她说。

与SRM技术相比,CDR技术在中国的部署前景更加明朗。今年9月,国家主席习近平在联合国大会宣布中国将力争于2060年前实现碳中和,被各界认为是中国在提升气候雄心方面做出的重要承诺。陈迎认为,中国达成碳中和目标的首要目标是促进产业的低碳化、技术创新等前端减排,并推动消费的可持续。但是,由于1.5度气候目标要求的减排量巨大,二氧化碳移除技术在全球的大规模实施是可以预见的。

但她提醒,技术的开发和应用需要周期。以BECCS为例,这种技术首先要求碳捕获与封存技术发展成熟且经济可行,确保二氧化碳不泄漏,并减少对生态环境的影响,同时还需处理好大规模生物质能源利用与粮食安全以及土地、水资源合理利用的关系。 “难题和空白很多,是必须要早研究早部署的”。

最后的机会

无论达古冰川项目的影响几何,它都体现人们迫切寻找应对气候变化方法的决心。王飞腾表示,明年五月,研究团队还将在达古冰川进行一次更为系统的铺设隔热和反光材料减缓冰川消融实验,目的是对不同铺设材料的性能、最优组合结构进行研究,并评估添加遮盖物影响冰川消融的效果。

摩尔认为,一些科学实验除了可能存在的气候影响,还包含某种情感元素,因此人们希望它们发生。“人们想在隧道的尽头看到某种希望的光亮”,他说。“也许地球工程扮演的角色能提供一种更好的未来,因此各国政府愿意对它加深研究。”

陈迎呼吁学界和公众对地球工程研究持更加开放的态度。“有一些人觉得这个话题是天方夜谭,不值得研究,这种态度是不对的。还有一些人觉得这个想法激进——这也是误解。研究并不意味着支持实施,这是两回事。”

帕兹托则担心,尽管包括中国在内的世界各国近期纷纷提出了到世纪中叶实现碳中和的目标,但各国还没有对温室气体减排给予足够多关注。世界距离达成1.5至2摄氏度的温控目标已十分遥远。他提醒,即便像SRM这样的“快速方法”也需要至少10至15年的国际性研究,才能判断可行与否。

“如果我们不足够谨慎,也许从现在起十年或更短的时间内,一些国家会单方面地认为人类除了进行太阳辐射管理已别无选择,因为它相对而言更为经济和快速”, 帕兹托说。“这将是非常糟糕的局面,尤其对于那些不同意这一判断的国家来说。如果我们最终进入这样的场景,那将是非常不幸的。”