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向海洋施铁肥:拯救地球还是毁灭地球?

2009-06-15 15:09 作者:曹玲 2009年第14期
向海洋施铁肥、给地球打伞、模仿火山喷发、截留二氧化碳……最近,这一系列试图拯救地球的工程中又有失败的消息传出,然而科学家们还在不懈地努力。结果会如何?

向海洋施铁肥、给地球打伞、模仿火山喷发、截留二氧化碳……最近,这一系列试图拯救地球的工程中又有失败的消息传出,然而科学家们还在不懈地努力。结果会如何?

争论不休的实验

南大洋已经成为科学家给海洋施铁肥的实验场。今年初,印度国家海洋研究所和德国阿尔弗莱德·威根纳海洋研究所联合推行一项名为LOHAFEX的科研项目,向南大洋约300平方公里的水域倾倒了6吨溶铁,希望能减缓全球变暖。

在大多数海域里,浮游植物的生长受到氮、磷和硅含量的制约,然而在赤道和南极海域,这几种元素的含量比浮游植物所需要的还多,但是海水里的铁含量较少,仍旧限制了浮游植物的生长。科学家原来设想,向海水加铁能促进浮游植物生长,浮游植物的光合作用会摄入溶解于海水中的二氧化碳,促进大气中的二氧化碳继续溶解进入海水表层,浮游植物死后会沉入海底,将二氧化碳固定在海底数千甚至数万年。

但是,LOHAFEX实验并没有成功。德、印两国科学家没想到的是,浮游植物的大量繁殖引起了一群饥饿的甲壳浮游动物的注意,这些动物狼吞虎咽般吃掉了浮游植物,阻止了二氧化碳向海底沉积。这些浮游动物还会被更大的片甲类动物吃掉,片甲类动物再被乌贼和长须鲸吃掉,科学家的如意算盘彻底落空。

美国麻省理工学院的海洋学家萨莉·齐硕姆(Sallie Chisholm)从一开始就是这一做法的强烈反对者,谈到这个问题时,她言辞激烈地告诉本刊记者:“这种做法非常愚蠢,只会引发其他环境问题。人类试图通过做一件事情就解决所有问题,简直是太天真了。我们知道碳能通过浮游生物被固定在海底,但问题是能固定多少,能固定多久?还有什么因素会影响二氧化碳保存?迄今为止,并没有实验显示加铁能把大量的碳带入深海。以往有些类似的实验获得成功,是因为加铁造成了硅藻的繁荣,硅藻具有坚硬的二氧化碳外壳,能够保护自己不被浮游动物吃掉。但是LOHAFEX实验没有引起硅藻的繁荣,水中的硅酸让壳无法形成。”

事隔3周后,LOHAFEX实验的研究人员试图继续向这块海域施肥,实验也失败了,很可能是因为海水已经铁饱和了。“正常情况下,随风而来的尘土会给海洋带来铁元素,比如在赤道太平洋,铁主要来自亚洲内陆戈壁沙漠与塔克拉玛干沙漠的尘暴。元素的生物地球化学循环已经在漫长的气质学时间尺度上形成了,如果想通过数年或者数十年时间,向这个循环系统中注入单一元素来解决问题,有悖数万年来形成的循环法则。人类的妄自尊大简直令人震惊,等到我们发现问题的那一天,可能一切都无法挽回。”萨莉对本刊记者说。

事实上,向海洋施铁肥的实验已经进行了不少年,之前还取得了若干次成功。1999年2月,为期13天的南大洋施铁计划(SOIREE),在直径8公里的范围内倾倒了8663公斤铁化合物。这个实验戏剧性地成功了,铁的作用在2天内就开始显现,13天内海藻持续从海面吸收营养和二氧化碳。实验结束一个月后,这块地区的叶绿素水平仍然很高,卫星照片显示海藻已经扩散为一个150公里长、4公里宽的月牙形带,累积了大约600~3000吨的碳。2000年为期21天的EisenEx-1实验和2002年的南大洋铁实验(SOFeX),也都显示施加铁质的确有助于浮游生物的生长,并提高固碳效率。

直到2007年,海洋施肥实验才在公众中引发很多争议。当时一个叫做Planktos的公司宣布它将向加拉帕戈斯群岛附近的海域倾倒45吨铁,此公司引用美国国家航空航天局(NASA)与美国国家海洋和大气管理局(NOAA)一份2003年的研究声称,自上世纪80年代初以来,进入赤道太平洋的铁减少了15%,可能是因为风向模式改变以及尘暴减少。该公司推论,由于铁的减少,浮游植物数量减少了6%,二氧化碳吸收量减少了3%。通过施加铁肥,Planktos公司希望把铁和浮游植物的数量恢复到上世纪80年代初之前的水平,并表示由此将可以吸收目前世界上二氧化碳排放量的70%。

Planktos公司的计划引起了无数反对的声音。加拉帕戈斯群岛是一个非常独特的生态系统,现存一些不寻常的动物物种,比如巨龟和巨蜥,被人称做“活的生物进化博物馆和陈列室”。1835年达尔文参观了这片岛屿后,从中得到感悟,为进化论的形成奠定了基础。

想拿这一块净土开刀并获得商业利益,自然没有成功。海洋学家质疑,一旦浮游生物大量死去,有可能制造数量更多的温室气体。而一些环保组织则表示,这相当于污染海洋,因为浮游植物居于食物链的底层,可能会引发无法预见的后果。Planktos公司最终取消了这个计划,随后国际海事组织和联合国生物多样性公约要求各国政府制约海洋施肥的举措。

所以,今年初由德国政府支持的这次实验得以进行,也遭到了不少谴责。它的失败让人们得以冷静地思考这个问题,如果实验获得成功,或许人类日后会信心百倍地向大海施肥,彻底改变海洋生态系统,制造一个巨大的浮游植物农场。

匪夷所思的地球工程

向海洋施肥只是人类雄心勃勃改造地球计划中的一个,这一系列改造计划被称为“地球工程”(geo-engineering)。自从全球变暖成为令人忧心的议题后,人们便开始讨论有计划地改造地球来对抗全球变暖的可能性。上世纪六七十年代,科学家与环保学者认为这些想法不仅愚蠢而且违反道德,然而近年来,它却引起了主流科学家的注意。

目前,这些五花八门、匪夷所思的地球改造计划包括:做一面巨大的镜子,将辐射到地球表面的阳光再反射回宇宙当中;用盐水形成模糊雾气喷洒到空气中,增加海洋上空云层的形成;通过人造火山,将含有硫酸盐化合物的颗粒释放到大气对流层中,以阻止太阳的辐射等。

新西兰奥塔哥大学的科学家菲利普·博伊德(Philip Boyd)对本刊记者说:“这些想法基本属于两类:一是控制到达地球表面的太阳能,一是控制多少散失回太空的热量。第一个采取的方式是遮蔽阳光,理论上能很快停止全球变暖。第二个是从大气中除去二氧化碳,比如为海水施肥,这可能会从根本上解决问题,但是需要花费很长时间才有成效。”

但是,改造地球的计划实在不好说是会给地球带来福音还是带来灾难。向大气中喷洒硫磺是最常被提及的地球工程方案之一,目的是为了抵消主要来自工业和交通排放的二氧化碳所造成的全球变暖效应。硫磺粒子以及大气中其他的悬浮颗粒能够反射阳光,从而起到冷却地球的作用。事实上,这种冷却效应在火山爆发喷射出硫磺时就能够自然发生。1991年,位于菲律宾的皮纳图博火山喷发,数百万吨二氧化硫进入大气中,全球气温因此降低了大约0.5摄氏度。诺贝尔奖得主保罗·克鲁岑(Paul Crutzen)和其他科学家都曾提议使用这种定期向大气中喷射大量硫磺粒子的人工降温方法。

这个办法听起来很好,不过《科学》杂志去年4月25日发表的论文给其敲响了警钟。美国国家大气研究中心的西蒙·泰尔蒙斯(Simone Tilmes)称,硫磺粒子在极低的温度下会诱使空气中的氯气发生化学反应,生成一种可破坏臭氧层的分子,空气中的氯气主要来自氟利昂和其他污染物质。当地球两极处于冬季时,一旦极地平流层云在硫磺的“协助”下形成,就能创造出这样的低温条件。

他所在的研究小组利用计算机模型,对每年施放硫磺可能对地球两极臭氧含量的影响进行了评估。结果显示,如果按照克鲁岑提出的标准向大气中施放硫磺,南北极的臭氧水平将受到严重影响,在未来几十年中,北极臭氧层的破坏程度很可能多达1/4到3/4。由于北极上空大气循环模式不稳定,北极臭氧层的空洞甚至可能扩大至人口稠密地区。模型测算结果还发现,由于南极洲上空的臭氧层已经出现空洞,使用硫磺为地球进行人工降温的方法将使臭氧层恢复速度推迟30~70年。

菲利普·博伊德说:“地球工程的风险现在尚未得到彻底的评估,这些工程的风险可以根据可预测性被划分为几种。第一种,可以预见会造成一些负面影响,比如向大气中喷洒硫磺,会导致酸雨或者破坏臭氧层;第二种,预见到会产生一些负面影响,但是无法理解其中的机制,比如向地中海施加磷酸盐会降低海洋的生产力;第三种,完全不知道会产生什么副作用。对于地球工程,应该有一个公开透明的评估过程来选择最佳项目,并争取得到公众的支持。”

当初有科学家面对同行质疑时反问道:“如果明天格陵兰的冰层开始崩塌,而你是美国总统,你该怎么办?你没有选择的余地。”所以,地球工程不能一棒子打死。就目前而言,对这个问题较为中庸的看法是,“地球工程可以作为解决气候问题的紧急对策以及最后手段,但前提是需要进行更多的研究,以减少副作用”,菲利普·博伊德说。

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