据美国哥伦比亚大学最新研究显示，平流层气溶胶注入技术可能会根据实施地点、时间和使用材料的不同而引发大规模副作用。从季风系统破坏到供应链限制，再到不确定的化学反应，这项技术面临着巨大障碍。
一个曾被认为是异想天开的想法——通过在高层大气中散布反射阳光的粒子来为地球降温，如今已成为气候科学的严肃话题。这种被称为平流层气溶胶注入（SAI）的方法，旨在通过模拟火山爆发后的自然降温效应来对抗全球变暖。已有数百项研究对这种系统如何在理论上发挥作用进行了建模。但哥伦比亚大学的研究人员警告说，该概念的支持者忽视了它在实践中可能带来的巨大不确定性、技术挑战和风险。
哥伦比亚气候学院和哥伦比亚工程学院的大气化学家和气溶胶科学家V·费耶·麦克尼尔表示："即使在气候模型中对SAI的模拟非常复杂，它们必然是理想化的。研究人员模拟的是完美大小的完美粒子。在模拟中，他们会在想要的地方放入确切想要的数量。但当你开始考虑我们实际所处的位置，与那种理想化情况相比，就会发现那些预测存在很多不确定性。"
"如果试图实施这项技术，可能会发生一系列事情——我们认为可能结果的范围比任何人此前认识到的都要广泛得多。"
在发表于《科学报告》的研究中，麦克尼尔及其合作者探讨了可能使SAI部署复杂化的物理、政治和经济障碍。他们汇编了以往研究的发现，以更好地了解不同的设计选择——如时间、高度和注入位置——如何影响地球的气候响应。即使在气溶胶释放方式和地点上的微小差异也可能大大改变结果。
在众多变量中，纬度是最重要的因素之一。例如，在极地上空注入粒子可能会破坏热带季风系统，而将重点放在赤道附近可能会干扰急流并改变半球间的热量循环。
麦克尼尔说："这不仅仅是将5太克硫排放到大气中的问题。在哪里和何时实施很重要。"这些变化表明，如果进行SAI，应该以集中、协调的方式进行。然而，考虑到地缘政治现实，研究人员表示这不太可能实现。
迄今为止的模型研究几乎完全专注于使用富含硫酸盐气体的SAI方法，这类似于火山羽流在平流层中氧化和凝结时形成的气体。火山爆发曾经为地球降温：例如，当皮纳图博火山在1991年爆发时，地球温度在随后几年中下降了近1摄氏度。这一事件经常被引用作为SAI如何工作的原理证明。
除了地面降温外，SAI还会带来不良后果，既有预期的也有意外的。例如，皮纳图博火山的爆发也破坏了印度季风系统，导致南亚降雨量减少，并在平流层造成变暖和臭氧层消耗。使用硫酸盐进行SAI可能会带来类似风险或额外的环境问题，包括酸雨和土壤污染。这些担忧促使人们寻找SAI的其他气溶胶成分。
提议的矿物替代品包括碳酸钙、α氧化铝、金红石和锐钛矿型二氧化钛、立方氧化锆和钻石。对替代品的考虑主要集中在它们的光学特性上，但其他因素被忽视了。
该论文的主要作者、哥伦比亚大学气溶胶科学家米兰达·哈克说："科学家们讨论使用气溶胶候选材料时，很少考虑实际限制可能如何限制你每年实际注入大量这些材料的能力。许多被提议的材料并不特别丰富。"
钻石在光学上很适合这项任务，但根本没有足够的钻石。至于立方氧化锆和金红石型二氧化钛，供应可能能够满足需求，但哥伦比亚团队的经济建模表明，需求增加将使供应链紧张，并使它们变得更加昂贵。α氧化铝和碳酸钙有足够的供应来吸收需求而不会将价格推高到令人望而却步的水平——但与其他候选材料一样，分散它们涉及严重的技术挑战。
在SAI所需的微小亚微米粒径下，所有矿物替代品都倾向于聚集成更大的聚合体。根据研究人员的计算，这些聚合体在减少阳光方面不如单个粒子有效，而且它们的气候影响更不为人所知。哈克说："你得到的不是这些完美的光学特性，而是更糟糕的东西。与硫酸盐相比，我认为我们不会看到已讨论过的那种气候效益。"
据哥伦比亚大学研究人员称，每一个现实世界的挑战——从如何实施SAI到使用的粒子类型——都为这个已经不可预测的想法增加了新的不确定性层次。他们认为，在认真考虑部署平流层气溶胶注入之前，必须认识到这些复杂性。
哥伦比亚商学院气候经济学家、与气候学院密切合作的格诺特·瓦格纳说："当你观察太阳地球工程时，这完全关乎风险权衡。"考虑到SAI的复杂现实，他说，"它不会按照99%的这些论文建模的方式发生。"
这项研究的合作者还包括哥伦比亚电化学能源中心联合主任丹尼尔·斯坦加特。
研究发表于2025年10月21日的《科学报告》期刊，题为"工程和物流考虑为平流层气溶胶注入策略增加了实际限制"。
编译自/ScitechDaily