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當一份關於氣候變化的報告送到美國總統的辦公桌上時，建議不是減少溫室氣體排放。相反，科學顧問建議透過技術手段干預氣候系統本身——這種做法現在被稱為地球工程。而這位總統不是巴拉克·奧巴馬、喬治·W·布什，甚至不是比爾·克林頓——而是 1965 年的林登·約翰遜。
約翰遜總統在那年二月對國會說：“這一代人已經透過……化石燃料燃燒產生的二氧化碳的穩定增加，在全球範圍內改變了大氣成分。” 為了解決這個問題，他的科學顧問建議在 1300 萬平方公里的海洋上散佈反射性顆粒，以便將額外 1% 的陽光反射回太空。
如今，隨著氣候變化加速且在遏制溫室氣體排放方面幾乎沒有採取任何措施，一些科學家重新提出了“對行星環境進行有意識的大規模操縱”的想法，正如英國皇家學會所說的那樣。畢竟，這個想法幾乎與理解全球變暖背後的物理原理一樣古老。瑞典化學家斯萬特·阿倫尼烏斯認為，全球變暖將對人類有利，因此應鼓勵燃燒化石燃料，他在 19 世紀末手工計算了持續燃煤和二氧化碳 (CO2) 濃度升高可能對溫度產生的影響，這與聯合國政府間氣候變化專門委員會及其一個多世紀後的計算機模型大致相符。
這就是為什麼 175 位科學家和其他感興趣的人士（包括希望從地球工程中獲利的公司）在 3 月底聚集在阿西洛瑪會議中心，試圖重現分子生物學家在 1975 年聚集在那裡以安撫對基因工程持懷疑態度的公眾所取得的成功。最終，聚集在一起的準地球工程師釋出了一份宣告，除其他外，呼籲“在所有相關學科進行進一步研究，以更好地瞭解和交流，是否有其他策略來緩和未來的氣候變化是可行、適當和合乎道德的。”
人類操縱自然系統造成的意外後果清單很長：混凝土叢林造成城市熱島效應，內陸農業用地施用化肥導致巨大的海洋死區，以及有意引入的物種，例如澳大利亞的甘蔗蟾蜍，這些物種對生態系統造成了嚴重破壞。無論是透過不斷向平流層泵入硫酸鹽來模仿火山對氣候的降溫影響，還是透過無人駕駛船噴射水蒸氣來增亮雲層，可能出現的問題從關閉某些地區的降雨到單方面宣戰不等。
正如英國皇家學會在其2009 年關於地球工程的報告中指出的那樣：“緩和氣候變化最安全和最可預測的方法是採取早期有效的行動來減少溫室氣體的排放。沒有哪種地球工程方法可以為氣候變化問題提供一種簡單或容易接受的替代解決方案。”
然而，人類已經在管理氣候，即使是旨在改善環境的行動也是如此。最近一項減少貨船硫酸鹽汙染的決定實際上會進一步加劇全球變暖，因為更多降溫顆粒從空中被清除。
ScientificAmerican.com採訪了卡內基研究所斯坦福大學全球生態系的氣候建模師和地球工程專家肯·卡爾代拉，他創造了“太陽輻射管理”一詞來描述減弱太陽光線的努力（儘管他現在更喜歡“氣候干預”），以瞭解人類為什麼要聰明地進行行星管理。
[以下是訪談的編輯稿。]
首先，什麼是地球工程？
地球工程這個詞對不同的人來說意味著許多不同的事情。通常，人們所說的地球工程分為兩大類。有些方法試圖減少溫室氣體濃度增加引起的氣候變化量，還有一些方法試圖去除已經排放到大氣中的溫室氣體。
地球因陽光而變暖，地球吸收的熱量隨後會重新輻射回太空。溫室氣體使地球更難向太空輻射能量。因此，使地球降溫的兩種主要方法是創造條件使地球吸收更少的陽光，或者使地球更容易將熱能輻射回太空。
第一類方法通常包括以下內容：將巨型衛星送入太空以偏轉太陽光線，將微小顆粒放入平流層，使海洋上的雲層變白，或者使屋頂變白或種植顏色較淺的作物。它們都是試圖將太陽光線從地球偏轉開的嘗試。
第二類允許更多的熱能逸出。
還有一類是有些人提出的：我們可以將存在於地球表面的熱量塞到海洋深處。這方面還沒有做過太多研究。但這又是另一種改變地球表面溫度的方式。
為什麼我們甚至需要考慮這個問題？
如果我們將溫室氣體濃度凍結在當前水平，即使沒有幾個世紀，地球也會在未來幾十年內繼續變暖。我們做了一項研究，表明如果我們想透過減排來穩定溫度，就需要將排放量降至零。排放量需要完全消除。在[聯合國政府間氣候變化專門委員會]考慮的每一種排放情景下，本世紀的溫度都將繼續升高。
考慮到物理氣候系統、我們的能源基礎設施和我們的政治體系中的所有慣性，實際上沒有任何實際方法可以透過減排來減緩氣候變化的速度或大大降低氣候風險。減排本世紀無法開始使地球降溫，特別是如果我們還控制發電廠的硫排放，而硫排放現在會產生降溫影響。
如果目前的趨勢繼續下去，本世紀末，幾乎每個熱帶地區的夏天都會比有史以來最熱的夏天還要熱。這帶來了可能出現大範圍的農作物歉收和饑荒的可能性。如果這些可怕的情況開始變得司空見慣，我們將面臨許多人捱餓，並且在未來幾十年甚至幾個世紀都可能持續變暖的情況。
考慮到巨大的風險和本世紀透過減少溫室氣體排放造成的變暖的不可逆轉性，只有在面對氣候緊急情況時考慮我們會做什麼才是負責任的。這部分包括考慮地球工程。但我們還需要考慮開發可以在炎熱乾燥條件下生長的作物品種。我們需要考慮如何幫助[發展中國家]，它們[未來]無法種植糧食，實現工業化，以便它們獲得外匯來購買糧食。
您最初是如何開始研究地球工程的？
我最早在 1998 年從[物理學家]洛厄爾·伍德那裡聽說了這些想法，他是[物理學家和氫彈製造者]愛德華·泰勒的門生。泰勒對人性持悲觀看法，對技術持樂觀態度……在 20 世紀 80 年代中期，泰勒開始考慮氣候變化。他不相信人類機構有能力減少溫室氣體排放。因此，他想知道是否有技術手段可以解決氣候變化問題，而無需改變人類機構或人性？他偶然發現了地球工程的想法。
地球工程有著深厚的歷史淵源。1965 年提交給約翰遜總統的一份報告指出，溫室氣體造成的變暖可能會對美國構成風險。報告建議我們可以在海洋表面散佈反光顆粒，這將抵消變暖。反射陽光到太空以解決氣候變化的概念比減少溫室氣體排放的歷史淵源更深。沒有人向約翰遜提出過這一建議。
1998 年，[物理學家和地球工程師]大衛·基思和我與洛厄爾·伍德一起參加了一次會議，討論解決氣候變化的方法。洛厄爾建議我們在平流層高處放置大量顆粒。我記得當時想，“哦，這永遠行不通，”因為溫室氣體晝夜不停地工作。它們在北極和赤道以及冬季或夏季都會工作。但陽光在白天、赤道和夏季最強。
因此，我努力證明洛厄爾·伍德是錯誤的。回到辦公室後，我與同事一起進行了將陽光反射出去的模擬。令我們驚訝的是，反射陽光抵消了二氧化碳增加對氣候的絕大部分影響，無論是在區域上還是在季節上。
我們開始是為了證明它行不通，但我們的模擬最終表明它基本上是可行的……由此產生的氣候與工業化前的氣候非常相似。它並不完全相同。你抵消了 90% 的溫度變化，可能抵消了 70% 的水文變化。
……[但是]二氧化碳具有化學活性，在海洋中形成碳酸，這會侵蝕海洋生物的殼和骨骼。這些方法對海洋酸化沒有任何幫助。
還有哪些其他風險？
與這些氣候干預方法相關的風險主要有兩種。一種與環境科學以及預期或意外後果有關。另一種是社會、政治甚至軍事風險。
在環境風險方面，透過增加太陽光的反射來抵消溫室氣體的影響不會是完美的。有些人，可能是一小部分人，將減少降雨量。人們擔心顆粒可能會對臭氧層產生什麼影響。
1991 年，菲律賓一座名為皮納圖博火山的火山爆發，向平流層噴射了大量物質。它將 2% 的陽光反射回太空，地球溫度下降了半攝氏度。這種物質在一年左右後就從大氣中掉落了，但如果這種物質得以維持，那麼它足以抵消本世紀預期的所有全球變暖。
在皮納圖博火山爆發後，大氣中的臭氧含量減少了 3%。這種臭氧損失似乎在春季和北緯地區更為嚴重。居住在北歐的人們可能會受到不利影響。
…… 陽光和二氧化碳的抵消並不完美。我們預計會對海洋環流產生一些影響。洋流可能會發生劇烈變化。
我們基本上正在進入一個未知的領域。可能會發生一系列潛在的糟糕的事情……任何時候你試圖干預一個複雜的系統，都會有意想不到的結果。但是，對於溫室氣體，我們已經在以很大的方式干預一個非常複雜的系統。
環境後果是我們最不擔心的問題之一……想象一下這樣一種情景：世界變得更加炎熱，中國進入了嚴重的乾旱時期。中國領導人說，“我們的人民正在受苦。我們正在經歷饑荒。讓我們向平流層投放氣溶膠以恢復我們的氣候。” 很難想象他們會拒絕部署該系統。
想象一下他們這樣做，然後美國也進入了一兩個類似的嚴重乾旱時期。無論中國的干預是否是美國乾旱的原因，幾乎都無關緊要。美國民眾很可能會將乾旱歸咎於中國。巨大的政治緊張甚至軍事行動的可能性很高。
我認為，由於任何氣候干預，很可能會有贏家和輸家。在一個擁有核武器的世界、一個存在恐怖主義且輸家有能力反擊贏家的世界中，政治或軍事風險可能會壓倒任何環境利益的可能性非常真實。
減少環境風險的最清晰途徑是減少溫室氣體排放。但是排放和全球氣溫持續上升。我們需要考慮如果發生不好的事情該怎麼辦……如果我們已經在減少溫室氣體排放並幫助最脆弱的國家發展經濟的軌道上，那麼我會對開發這些方案感到非常安心。如果我們仍在建造燃煤發電廠和耗油的SUV的同時開發這些方案？你會懷疑這些方案在多大程度上助長了不良行為。
這些風險可以克服嗎？
從環境角度來看，最好的方法是謹慎地介入氣候干預：逐步增加干預力度，這樣如果開始發生不好的事情，就可以將其調回。不幸的是，這可能是政治上最難做到的事情。在真正的氣候危機發生之前，我們永遠不會達成部署任何東西的共識，在這種情況下，動機將是立即開啟龍頭以避免災難。從環境角度來看，這是你能做的最冒險的事情。
我們需要測試這些想法嗎？還是隻進行建模？
現在進行部署系統的實地測試還為時過早。[但是]你需要圍繞氣候干預進行的大部分科學研究與你理解氣候變化所需的科學研究相同，例如理解平流層中的粒子如何影響平流層化學？低層大氣中的粒子如何影響雲的形成？……這確實是氣候科學家無論如何都應該做的研究。
當你開始進行規模過大以至於開始影響國際邊界的人們的測試，或者你想在海洋中進行這些測試時，事情會變得更具爭議性。這些測試非常具有爭議性，最好等到人們對需要進行這些測試達成更多共識時再進行。
誰可以被信任來處理這個問題？ 有公司希望投資這項研究，他們可以被信任嗎？
這是一個滑坡。以雲增白方法為例。 假設你有一群船隻正在洛杉磯和聖地亞哥海岸附近使雲層變亮，這可能會將更涼爽、更溼潤的空氣吹到美國西南部沙漠地區。 生產更亮的雲層可能具有巨大的經濟價值，私人公司可能會在該領域發揮作用。 但是，重要的是在公司開始進行自己的實地測試之前，就如何處理這些不同問題達成共識。
……我希望看到政府投資。我希望[美國國家科學基金會] 在這項科學調查中發揮領導作用，因為我認為許多最好的科學研究確實是由大學的研究人員推動的，他們受追求真理的驅動，而不是任何單一的結果。
但是我們可以信任政府嗎？
我認為我們不能信任政府。它願意綁架和折磨人民，並參與秘密戰爭……[但是]由正常的科學方法推動的同行評審的公開探究是一種非常棒的制度。它並不完美，因為會出現糟糕的論文被髮表，有時結果會被保密，而這些結果應該更加公開。 將這項研究儲存在公開資助的、非機密的、公開的期刊中非常好。
最近關於地球工程的阿西洛馬會議的意義是什麼？
……外交關係委員會兩年前在[華盛頓]特區舉行了一次關於這些技術治理的會議。另一個小組去年在里斯本舉行了一次關於類似問題的會議。皇家學會將於今年秋季舉行會議。關於如何管理這些技術的討論正在進行中。我將這次會議視為該討論的延續和擴大。我對會議上發生的事情沒有任何異議。[由於擔心組織者的經濟利益，卡爾代拉沒有參加。]這些問題很複雜，不會在幾天內得到解決。
最終，你認為我們最終會使用這些想法嗎？
沒有人可以預見未來。我的一些朋友認為，這些系統幾乎肯定會在某一天被部署。我的直覺是，我們將永遠不會部署這些系統。
但我認為風險足夠高，我們需要了解這些系統是否可以在氣候危機發生時提供幫助……專家非常不擅長預測未來。我們所能做的就是開發我們認為可以在各種情況下降低風險的方案。 [氣候變化]可能會導致可怕結果的可能性並非為零。我們應該為它們做好準備。因為災難的代價太大了，而開發[地球工程]的代價相對較小。
它是否會被部署？我希望不會。