作者：黄必录

摘要：阻止全球暖化已经迫在眉睫，在这里，我们提出了一种成本低、效果好的调节全球气候的地球工程方案：在极地洋流经过的地方，建造能够降低洋流流量的设施，以此减少进入极地海洋温暖洋流的流量，从而阻止极冰融化和增加对阳光的反射率，从而减少冻土和海底释放碳，同时又能通过生物碳泵的作用，把大气中的碳埋藏在冻土和海底中。

关键词：温室气体；洋流；地球工程；生物碳泵

介绍

2024年全球二氧化碳（CO2）碳排放量预测将达到416亿吨（图1）。联合国气候变化专门委员会（IPCC）发布了一份重磅报告：全球升温幅度需控制在1.5℃，否则地球在2040年会面临气候大危机［1］。然而，2024年全球平均气温相对于工业化前水平将高出约1.55℃（图2）。

图1  1960-2024年全球因化石燃料燃烧及土地利用变化产生的CO2排放量。（数据来源：Global Carbon Project；图片来源：Carbon Brief）

图 2   如图红线代表2024年前11个月全球地表平均温度相对于1991-2020年10个最暖年份的差异（图片来源：C3S/ECMWF）

北极海冰几乎全部融化的第一个夏天可能在2027年［2］。当北极冰盖面积缩小到一定阈值，就会产生正反馈效应，由于失去了冰雪强烈反射阳光的作用，冰川和冻土就会快速融化，海平面上升，水蒸气增加，海底、冻土就会释放出大量CO2，气候就会变得和中生代一样：高温、高湿和高浓度的CO2。包括人类在内，很多哺乳动物将无法适应高温高湿的气候，全球生态会迅速崩溃，继恐龙灭绝之后的物种大灭绝就会重演（值得注意的是，和高温对哺乳动物致命的影响相比，海平面上升不值得一提），因此，控制全球暖化已经迫在眉睫。

为此，科学家提出了好几种控制全球暖化的地球工程方案，但是，这些方案都有共同的缺陷，主要是费用高的吓人，副作用大，效果不持久，无法大规模开展。例如：

1 在太空或地面布置反光镜：成本非常高，镜面会很快老化、长藻类或被灰尘覆盖。

2 平流层气溶胶干预［3］：成本很高。Lili Xia等人认为［4］，停止向平流层喷洒气溶胶后还会导致比喷洒前快10倍的反弹式变暖。

3 向空中喷洒海水造云［5］：能耗巨大，而且海水蒸发后留下的盐沫会导致陆地大面积盐碱化。经验造诉我们，多云的夜晚往往比晴朗的天空更热。

4 收集空气中的CO2，液化后封存在地下，或用矿粉固定CO2：成本非常高，对于每年400多亿吨的CO2排放，这二种除碳的方案显的微不足道。

5 给海洋施铁肥［6］：斯坦福大学和俄勒冈州立大学的研究人员认为，可能只有很少量的CO2最后能与浮游生物尸体一起沉人海底，绝大多数CO2都通过不同的渠道很快又回到大气中，同时增加温室气体甲烷（CH4）和一氧化二氮排放。

6 建造阻止冰架融化和滑入海洋的大坝［7］：成本非常高，大坝根本无法阻止冰川巨大的推力，而且又不能起到缓解全球暖化的作用，甚至有人认为这种方案会加速冰川融化［8］。

鉴于以上介绍的几种方案难于实施，我们将在下面提供一种行之有效的方案：

由于白令海峡关闭会导致北极冷却［9］，因为通过白令海峡进入北冰洋温暖的洋流流量减少时，北冰洋的海冰面积就会扩大，气温就不会高于不可逆的临界点。据此原理，在这里，我们提出了一种新的调节全球气候的地球工程方案［10］：在北极或/和南极洋流经过之处，建造能够降低洋流流量的设施，比如挡水坝，堆石挡水坝、或设置有水闸的大坝、或安装洋流风车发电机（图3）等，无论进出极地海洋的洋流是暖流还是寒流，由于单位体积水的热容是单位体积空气的热容的3200多倍，因此，只要减少一小部分的洋流流量，冰盖的面积和厚度就会保持或增加，气温就可以保持低于不可逆的临界值。由于冰雪能大量反射太阳光，因此对气温的调控起到正反馈的效应，就可以保持冻土和海底不会释放CO2和CH4，同时还能通过生物碳泵的作用，把大气中的碳埋藏在冻土和海底中。由于冰冷的表层海水密度较大，会沉到海底，然后通过“深层洋流”把冰冷的海水输送到低纬度的热带海底，导致整个海洋的底层水处于冰冷的状态，使CH4与水形成固态结晶，这样就能够防止低纬度海底的碳释放，同时增加碳埋藏量。

图3，安装洋流风车发电机的示意图，利用洋流驱动叶片转动，带动发电机发电，同时降低了洋流流量。图片来源：iStock

令人感兴趣的是，如果通过安装洋流风车发电机来降低洋流流量，除了能够阻止极地冰川融化，还能生产大量的电力，因此有利于通过市场经济方式阻止全球暖化。

结语

虽然通过改变极地洋流流量来控制全球暖化的方案，在理论上可行，而且具备调控灵活，但要具体实施还是需要多方调查、计算和评估，包括选址和规模等，以确保持万无一失。

参考文献

［1］Law A, Saunders P, Middleton J, et al. Global warming must stay below 1.5°C. BMJ. 2018 Oct 22;363:k4410. doi: 10.1136/bmj.k4410.

［2］Heuzé C, Jahn A. The first ice-free day in the Arctic Ocean could occur before 2030. Nat Commun. 2024 Dec 3;15(1):10101. doi: 10.1038/s41467-024-54508-3.

［3］ Rasch PJ, Tilmes S, Turco RP, et al. An overview of geoengineering of climate using stratospheric sulphate aerosols. Philos Trans A Math Phys Eng Sci. 2008 Nov 13;366(1882):4007-37. doi: 10.1098/rsta.2008.0131.

［4］Trisos CH, Amatulli G, Gurevitch J, et al. Potentially dangerous consequences for biodiversity of solar geoengineering implementation and termination. Nat Ecol Evol. 2018 Mar;2(3):475-482. doi: 10.1038/s41559-017-0431-0. 

［5］ Salter S, Sortino G, Latham J. Sea-going hardware for the cloud albedo method of reversing global warming. Philos Trans A Math Phys Eng Sci. 2008 Nov 13;366(1882):3989-4006. doi: 10.1098/rsta.2008.0136. 

［6］ Lampitt RS, Achterberg EP, Anderson TR, et al. Ocean fertilization: a potential means of geoengineering? Philos Trans A Math Phys Eng Sci. 2008 Nov 13;366(1882):3919-45. doi: 10.1098/rsta.2008.0139.

［7］Moore JC, Gladstone R, Zwinger T, Wolovick M. Geoengineer polar glaciers to slow sea-level rise. Nature. 2018 Mar 15;555(7696):303-305. doi: 10.1038/d41586-018-03036-4.

［8］Moon TA. Geoengineering might speed glacier melt. Nature. 2018 Apr;556(7702):436. doi: 10.1038/d41586-018-04897-5.

［9］ Kender S, Ravelo AC, Worne S, et al. Closure of the Bering Strait caused Mid-Pleistocene Transition cooling. Nat Commun. 2018 Dec 19;9(1):5386. doi: 10.1038/s41467-018-07828-0.

［10］黄必录.用减少输入极地的热量来控制全球变暖.China patent application number：201010192797.1.