一個曾經被認為是科幻小說的想法是通過散射將陽光反射到高層大氣的粒子來冷卻地球。現在研究人員正在認真考慮這一點。所提出的技術稱為平流層氣溶膠注入（SAI），旨在通過模仿火山噴發的冷卻效果來抵消全球變暖。數百個科學模型已經探索了它的運作方式，但哥倫比亞大學的研究人員警告說，這些模型忽視了此類努力的複雜性、不確定性和潛在風險。
“雖然在氣候模型中模擬 SAI 很複雜，但它們仍然需要理想化。研究人員模擬尺寸完美的完美顆粒，並在模擬中指定他們想要的顆粒數量以及它們想要的位置。但是當你開始考慮我們與理想情況相比的實際情況時。它揭示了這些預測中的很多不確定性，”哥倫比亞氣候學院大氣化學家和氣溶膠科學家 V. Faye McNeill 說。 工程
“如果你嘗試這樣做，可能會發生很多事情。我們認為，可能的結果範圍比其他任何人都廣泛。到目前為止，很多事情都受到讚賞。”
探索太陽能工程的極限
在發表於的一項研究中 科學報告麥克尼爾和她的團隊研究了物理、政治和經濟障礙，這些障礙使 SAI 在現實中比理論上複雜得多。他們回顧了現有的研究，以了解 SAI 的結果如何取決於其部署方式和地點的細節。重要因素包括顆粒排放的海拔高度和緯度。一年中的時間和釋放到大氣中的物質總量。
在這些變量中，緯度的影響似乎最大。 SAI 的努力集中在兩極附近可能會擾亂熱帶季風。與此同時，赤道附近的氣體排放可能導致潮汐湧動並擾亂全球空氣循環。
“這不僅僅是大約五泰克的硫進入大氣。重要的是你在何時何地這樣做，”麥克尼爾說。這些變化表明，如果 SAI 確實發生，它應該以集中和協調的方式進行。然而，考慮到地緣政治現實，研究人員表示這不太可能。
火山爆發的教訓
大多數研究 SAI 的氣候模型都假設使用硫酸鹽氣溶膠。它類似於火山噴發產生的化合物。例如，1991年皮納圖博火山爆發時，全球氣溫連續幾年下降了近1攝氏度。此類事件經常被引用為 SAI 可以暫時冷卻地球的證據。
但火山爆發也凸顯了風險。皮納圖博火山的噴發擾亂了印度的季風系統。南亞降雨量減少並導致臭氧層消耗人工硫酸鹽釋放也會產生類似的副作用。包括酸雨和土壤污染。這些擔憂促使科學家研究其他材料。這可能更安全
尋找更好的材料
提議的替代品包括碳酸鈣、α 氧化鋁、二氧化鈦、金紅石和銳鈦礦等礦物質。立方氧化鋯甚至鑽石雖然人們對這些材料散射陽光的能力給予了很多關注，但可用性和實用性等其他重要問題仍然存在。對此還沒有進行太多探索。
“科學家們討論了使用基於氣霧劑的選項，但沒有考慮可能限制噴灑大量氣霧劑的能力的實際限制。每年它的工作原理如何？”哥倫比亞大學氣溶膠科學家、新報告的主要作者米蘭達·哈克說。 “提供的材料並不多。”
例如，鑽石對視力很有幫助，但使用起來太稀有且昂貴。立方氧化鋯和二氧化鈦金紅石理論上可以滿足要求。但哥倫比亞大學團隊的經濟模型表明，隨著需求的增加，生產成本將飆升。只有碳酸鈣和α-氧化鋁的數量足夠大，可以大規模實現這一目標。但兩者在發行過程中都遇到了嚴重的技術問題。
小顆粒，大問題
為了使 SAI 發揮作用，顆粒必須非常小。它們的尺寸小於一微米。然而，替代礦物往往聚集在一起形成更大的聚集體。這些大星團散射陽光的效率較低，並且在大氣中的行為更加難以預測。
“你並沒有擁有這些完美的光學特性，而是擁有更糟糕的東西。與硫酸鹽相比，我認為我們不一定會看到任何氣候效益。這已經被討論過，”哈克說。
策略充滿不確定性
研究人員表示，從運輸到材料性能，SAI 還有許多未知之處。這使得該技術比之前認為的更加不確定。當政策制定者和科學家討論太陽能地球工程的未來時，應該清楚地認識到這些挑戰。
“當你考慮太陽能地球工程時，這是一種風險權衡，”哥倫比亞商學院的氣候經濟學家、氣候學院的密切研究員格諾特·瓦格納說。考慮到 SAI 的混亂現實，他說，“這不會像 99% 的記錄模型那樣發生。”
該研究還將哥倫比亞電化學能源中心聯合主任 Daniel Steingart 列為共同作者。該團隊共同強調，雖然 SAI 看起來可能是解決全球變暖的快速解決方案，但真正讓地球降溫的道路可能比看起來更加危險和不可預測。
