什么是地球工程，它如何影响气候变化?

地球工程，也被称为气候工程或气候干预，广泛指有意地、大规模地操纵地球自然气候过程。地球工程的应用通常被描述为如何帮助抵消气候变化的影响。

国际气候变化专门委员会(IPCC)的目标是将全球变暖幅度控制在2摄氏度以下，有鉴于此，决策者和科学家们都在认真考虑使用地球工程。根据目前的排放速率，目前预计世界将超过这一温度阈值。尽管地球工程技术的规模尚未达到足以影响地球气候的水平，但这些战略对抗——甚至逆转——气候变化影响的潜力近年来已经引起了人们的关注。

类型的地球工程

Geoengineering有两种主要类型：太阳能地理工程和二氧化碳地理工程。太阳能地理工程将操纵地球从太阳收到的辐射，而二氧化碳地造理工程将从大气中除去二氧化碳。

太阳能地理工程

太阳地球工程，或辐射强迫地球工程，指的是通过改变地球收集太阳辐射的速度来冷却地球的方法。地球接收到相对一致的辐射量从太阳。虽然这种太阳辐射并不被认为是气候变化的原因，但减少地球接收到的太阳辐射量可以降低全球温度，这是气候变化的主要影响之一。某些预测模型表明，太阳能地球工程可以使全球气温恢复到工业化前的水平。

尽管太阳能地球工程有望降低全球气温，但它不会减少地球大气中的温室气体数量。气候变化的影响与气温变暖没有直接联系，比如海洋酸化太阳能地球工程不会减少。

二氧化碳的地球工程

二氧化碳地球工程指的是操纵地球以减少大气中的二氧化碳量。与太阳能地球工程不同，二氧化碳工程将直接通过减少大气中的温室气体来解决气候变化问题的根源。

总的来说，二氧化碳地球工程技术利用自然生物过程将二氧化碳从大气中提取并储存起来。碳地球工程将加强这些自然过程，以快速从大气中清除二氧化碳。

地球工程到底是如何进行的?

说到太阳地球工程，科学家们建议通过在太空中添加镜子、向地球大气中注入物质或增加地球陆地的反射率来控制地球接收的辐射。二氧化碳地球工程提出的主要方法包括向海洋施肥，增加地球上的森林表面，以及实施辐射反射技术。

镜子在太空

Walter Seifritz在1989年首次提出通过在太空中增加镜子来反射太阳辐射。仅仅三个月后，詹姆斯·厄尔利(James Early)在一份出版物中详细阐述了这个概念。2006年的一项估算建议在拉格朗日轨道(太阳和地球之间的引力相互抵消的位置)安装一团小型遮阳板“云”。在这个位置，镜子会不断接收并反射太阳辐射。该研究的作者罗杰·安吉尔估计，这种镜子将耗资数万亿美元。

大气辐射反射

还有人建议在地球的大气层中制造一种镜像效应，作为太阳地球工程的一种手段。当微粒或气溶胶悬浮在空气中时，它们同样会将太阳辐射反射回太空，阻止太阳辐射穿过大气层。通过故意在地球大气中添加气溶胶，科学家可以增强这一自然过程。

通过用海水液滴喷射云，还可以更具反射气氛。海水将使云更白，更反光。

地面太阳辐射反射

科学家们还提出了多种方法，通过增加地球表面的反射率来减少地球接收到的太阳辐射。一些基于陆地的反射想法包括在建筑屋顶上使用反射材料，在亚热带国家安装反射器，或者通过基因改造植物来产生颜色较浅的物种。为了达到最有效的效果，这些陆基反射器需要安装在能接收大量阳光的地方。

施肥海洋

其中最讨论的二氧化碳地理工程方法之一是通过海洋的藻类。藻类或微观海藻，通过光合作用将大气二氧化碳转化为氧气和糖。在大约30％的海洋中，由于缺乏必需的营养素：铁，藻类存在低位数。铁元素的突然加入会引发大规模的藻类爆发。虽然这些藻华通常不会产生有害的副产品，比如会对沿海水域造成严重破坏的有害藻华，但它们也会变得同样大，有些藻华会增长到超过3.5万平方英里。

铁的输送是自然发生的，但相对不频繁，通过海洋深处的营养物质上涌到表面，通过风携带富铁的灰尘，或通过其他更复杂的方式。当藻华不可避免地再次耗尽营养时，大部分储存在死去的藻细胞中的碳会沉入海底，在那里它们可以继续储存。通过给海洋中缺铁的部分施肥硫酸铁，科学家可以诱导这些大规模的藻类爆发，将大气中的碳转化为储存在深海中的碳。

增加森林

同样，通过增加森林所涵盖的地球的数量，我们可以提高可用于捕获和储存二氧化碳的光合树木的量。有些人进一步接受了这个想法，通过建议在地下深处的切割树埋葬，树不会受到重新释放树的储存碳的标准衰变过程。新树可以取代埋藏的树木，继续从大气中去除二氧化碳的光合清除。生物炭是一种由无氧燃烧植被产生的富含碳的木炭，它也可以被埋起来储存碳。

矿物存储

随着时间的推移，岩石从雨水中积累碳，这个过程被称为地球化学风化。通过手动向玄武岩含水层注入二氧化碳，碳可以迅速储存在岩石中。如果没有含水层，二氧化碳就需要注入水。通过将二氧化碳储存在矿物质中，二氧化碳被转化为一种稳定状态，这种状态很难再转化为碳的温室气体形式。

地理工程的利弊

由于各种地理工程行为的影响，地理工程是争议的。虽然科学家严格地研究了所有潜在的地理工程行为的潜在影响，并且经常在小尺度上研究地衰老方法，总会存在意外后果的潜力。除了国际障碍之外，还有法律和道德论据，以及对地球工程的争论，以及采取大规模地理工程行动。然而，潜在的益处也是大量的。

地球工程的好处

Solar GeoEngineering的各种方法单独待将全球气温返回到预工业水平，这可能直接受益于受珊瑚礁和熔炼冰片等迅速上升的温度影响的地球的许多部分。二氧化碳地热工程可能带来更高的潜在回报，因为它将针对气候变化的根源。

地理工程的后果

虽然地球工程技术旨在改善气候变化对地球的影响，但采取这些大规模行动会产生已知和未知的后果。例如，通过反射太阳辐射来降低地球温度，预计将减少世界各地的降水。此外，如果地球工程停止，预计太阳能地球工程的好处将不复存在。

使用铁引发大规模藻华也会有后果。这些人工诱导的藻华会破坏不同类型藻类的相对丰度，使藻类的自然群落结构失衡。这些诱导的藻华也可以使产生毒素的藻类增殖。到目前为止，给海洋施肥的尝试也没有成功，尽管这个想法仍在通过修改进行严格的研究。

地球工程的法律解释

地球工程需要达到的规模才能有效地应对气候变化，这使得这些想法的实施特别具有挑战性。对地球工程持谨慎态度的人经常援引的一个主要法律原则是预防原则。这一原则通常被解释为禁止结果不确定、可能对环境造成负面影响的行动。但是，有些人认为预防原则同样适用于温室气体的持续释放，因为这些排放的全部效果未知。

对地球工程的限制也可适用于联合国1976年《禁止对环境改良技术进行军事或任何其他敌对用途公约》(ENMOD)，规定破坏环境作为战争手段是违法的。如果在没有得到所有受影响国家同意的情况下采取行动，可能直接影响地球上大部分地区的地球工程行动可能构成“对环境改变的敌对使用”。

管理空间的使用和所有权的法律条约为大气外部计划的太阳能地理工程提供了类似的挑战。根据1967年关于各国在勘探和使用外层空间的活动的条约，包括月球和其他天体，或者外层空间条约，在科学研究方面需要国际合作，例如增加反射装置。