隨著地球溫度的穩步攀升，以及各國在控制溫室氣體排放方面的努力步履蹣跚，氣候變化構成了如此嚴峻的威脅，以至於科學家們現在正在認真研究地球工程，作為為地球降溫的最後一搏。
但是，人為地操縱地球的氣候顯然可能會產生意想不到的後果，因此，“在我們嘗試使用它之前，對其進行研究非常重要，” 加州大學伯克利分校的公共政策教授所羅門·項說。“我們應該知道我們正在做什麼。” 項和他的研究團隊旨在透過一項新的研究來找出答案，該研究著眼於一種擬議的地球工程型別——向大氣中注入大量微小顆粒以偏轉陽光並遮蔽地球——將如何影響一個非常重要的系統：農作物。
越來越多的研究表明，全球變暖帶來的熱應激可能會抑制收成，這是全球糧食安全面臨的一個主要問題。例如，六月份發表的一項研究發現，隨著溫度升高，玉米產量將總體下降，並且年際波動性會更大。 那麼，太陽地球工程似乎是減輕農業氣候負擔的一種潛在方法。 它甚至還具有散射太陽光線的額外好處，從而產生許多植物傾向於喜歡的漫射光。 但是，存在一個潛在的障礙：植物用於光合作用的整體光照會減少。 目前尚不清楚哪種影響會佔上風，因此，這種地球工程最終會損害還是幫助農業。 項的新研究於週三發表在《自然》雜誌上，試圖確定總體影響。
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項和他的團隊使用了兩次大規模的火山爆發——1991年菲律賓的皮納圖博火山和1982年墨西哥的埃爾奇瓊火山——作為太陽地球工程的類似物。兩次噴發都向大氣中噴射了數百萬噸二氧化硫，氣體在那裡變成了硫酸鹽氣溶膠，阻擋了陽光（有點類似於太陽地球工程可能做的事情）。 皮納圖博火山的硫酸鹽氣溶膠使整個地球在近兩年內降溫了約0.5攝氏度。
在1991年皮納圖博火山大規模噴發後的幾個月裡，平流層硫酸鹽氣溶膠的薄紗環繞著地球。 這些氣溶膠使地球的農田（綠色部分顯示）降溫並遮陰。圖片來源：喬納森·普羅克特和所羅門·項
該團隊分析了來自兩次噴發的全球衛星資料，以及1979年至2009年105個國家/地區的玉米、大豆、水稻和小麥的作物產量。 研究人員特別想衡量火山爆發造成的陽光減弱如何影響作物生長，因此他們計算了降雨等其他變數的影響。 他們發現，皮納圖博火山造成的陽光變化減少了作物產量，而埃爾奇瓊火山造成的損害較小（儘管對該火山爆發的測量不如皮納圖博火山那麼好，這可能導致研究結果出現偏差）。皮納圖博火山的減光效應使全球玉米產量平均減少了9％，大豆、水稻和小麥減少了5％。 項說，這個結果令人驚訝，因為科學家們曾預計由此產生的漫射光對作物更有益。
該團隊將其歷史分析與全球氣候模型相結合，以預測未來更熱的地球上的作物產量——無論是否進行太陽地球工程。他們發現，在進行地球工程的情況下，減少的陽光足以抵消因溫度降低帶來的任何潛在收益，從而導致作物產量下降。“我們並不是說地球工程會淨損害農業。我們說的是它對農業沒有幫助，” 項說。“在我們之前，很多人都說過，這可能是拯救農業的一種方法——你可以透過地球工程來防止氣候變暖，這樣你就不會有作物歉收。 我們指出，當你這樣做時，你會將作物損失的原因從熱量轉移到[較少的]光照。”
一些未參與該研究的專家表示，應謹慎解讀其結論。“這是一項很好的嘗試，但我們在有限的時間內只有非常有限的資料來進行這些估算，”康奈爾大學機械和航空航天工程高階研究員道格拉斯·麥克馬丁說。“人們不應將結論理解為‘如果我們進行太陽地球工程，就會發生這種情況’。”哈佛大學應用物理學教授大衛·基思對使用火山爆發作為該實踐的類比表示了深深的懷疑。 “地球工程改變氣候的方式與火山爆發的方式截然不同，”他說。 首先，地球工程將涉及反覆注入氣溶膠，而不是火山爆發的“突然衝擊”； 他說，氣溶膠的持續存在會產生與火山不同的冷卻動態，從而對氣候的其他方面（例如降水）產生不同的影響。羅格斯大學的氣候科學教授艾倫·羅博克也指出，農業技術和方法會隨著時間的推移而變化。 他說，“如果我們要進行地球工程，這些結果是否適用於未來尚不清楚。”
儘管這些獨立專家提出了批評，但他們承認，對地球工程及其潛在後果進行研究至關重要。“進行這項研究很重要，這樣我們才能理解和量化所有風險。 有些人認為你不應該進行這項研究。 但是，我們可能會發現地球工程根本不是一個好辦法，”羅博克說。“我們越早知道這一點，就越有可能推動減緩氣候變化的努力——因為我們沒有‘免罪金牌’。”