向海洋施鐵肥:拯救地球還是毀滅地球?

向海洋施鐵肥：拯救地球還是毀滅地球？

2009-06-15 15:09 作者：曹玲 2009年第14期

向海洋施鐵肥、給地球打傘、模仿火山噴發、截留二氧化碳……最近，這一系列試圖拯救地球的工程中又有失敗的消息傳出，然而科學家們還在不懈地努力。結果會如何？

向海洋施鐵肥、給地球打傘、模仿火山噴發、截留二氧化碳……最近，這一系列試圖拯救地球的工程中又有失敗的消息傳出，然而科學家們還在不懈地努力。結果會如何？

爭論不休的實驗

南大洋已經成為科學家給海洋施鐵肥的實驗場。今年初，印度國家海洋研究所和德國阿爾弗萊德·威根納海洋研究所聯合推行一項名為LOHAFEX的科研項目，向南大洋約300平方公裡的水域傾倒了6噸溶鐵，希望能減緩全球變暖。

在大多數海域裡，浮遊植物的生長受到氮、磷和矽含量的制約，然而在赤道和南極海域，這幾種元素的含量比浮遊植物所需要的還多，但是海水裡的鐵含量較少，仍舊限制了浮遊植物的生長。科學家原來設想，向海水加鐵能促進浮遊植物生長，浮遊植物的光合作用會攝入溶解於海水中的二氧化碳，促進大氣中的二氧化碳繼續溶解進入海水錶層，浮遊植物死後會沉入海底，將二氧化碳固定在海底數千甚至數萬年。

但是，LOHAFEX實驗並沒有成功。德、印兩國科學家沒想到的是，浮遊植物的大量繁殖引起了一群飢餓的甲殼浮遊動物的注意，這些動物狼吞虎咽般吃掉了浮遊植物，阻止了二氧化碳向海底沉積。這些浮遊動物還會被更大的片甲類動物吃掉，片甲類動物再被烏賊和長鬚鯨吃掉，科學家的如意算盤徹底落空。

美國麻省理工學院的海洋學家薩莉·齊碩姆（Sallie Chisholm）從一開始就是這一做法的強烈反對者，談到這個問題時，她言辭激烈地告訴本刊記者：「這種做法非常愚蠢，只會引發其他環境問題。人類試圖通過做一件事情就解決所有問題，簡直是太天真了。我們知道碳能通過浮遊生物被固定在海底，但問題是能固定多少，能固定多久？還有什麼因素會影響二氧化碳保存？迄今為止，並沒有實驗顯示加鐵能把大量的碳帶入深海。以往有些類似的實驗獲得成功，是因為加鐵造成了硅藻的繁榮，硅藻具有堅硬的二氧化碳外殼，能夠保護自己不被浮遊動物吃掉。但是LOHAFEX實驗沒有引起硅藻的繁榮，水中的矽酸讓殼無法形成。」

事隔3周後，LOHAFEX實驗的研究人員試圖繼續向這塊海域施肥，實驗也失敗了，很可能是因為海水已經鐵飽和了。「正常情況下，隨風而來的塵土會給海洋帶來鐵元素，比如在赤道太平洋，鐵主要來自亞洲內陸戈壁沙漠與塔克拉瑪幹沙漠的塵暴。元素的生物地球化學循環已經在漫長的氣質學時間尺度上形成了，如果想通過數年或者數十年時間，向這個循環系統中注入單一元素來解決問題，有悖數萬年來形成的循環法則。人類的妄自尊大簡直令人震驚，等到我們發現問題的那一天，可能一切都無法挽回。」薩莉對本刊記者說。

事實上，向海洋施鐵肥的實驗已經進行了不少年，之前還取得了若干次成功。1999年2月，為期13天的南大洋施鐵計劃（SOIREE），在直徑8公裡的範圍內傾倒了8663公斤鐵化合物。這個實驗戲劇性地成功了，鐵的作用在2天內就開始顯現，13天內海藻持續從海面吸收營養和二氧化碳。實驗結束一個月後，這塊地區的葉綠素水平仍然很高，衛星照片顯示海藻已經擴散為一個150公裡長、4公裡寬的月牙形帶，累積了大約600～3000噸的碳。2000年為期21天的EisenEx-1實驗和2002年的南大洋鐵實驗（SOFeX），也都顯示施加鐵質的確有助於浮遊生物的生長，並提高固碳效率。

直到2007年，海洋施肥實驗才在公眾中引發很多爭議。當時一個叫做Planktos的公司宣布它將向加拉帕戈斯群島附近的海域傾倒45噸鐵，此公司引用美國國家航空航天局（NASA）與美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）一份2003年的研究聲稱，自上世紀80年代初以來，進入赤道太平洋的鐵減少了15%，可能是因為風向模式改變以及塵暴減少。該公司推論，由於鐵的減少，浮遊植物數量減少了6%，二氧化碳吸收量減少了3%。通過施加鐵肥，Planktos公司希望把鐵和浮遊植物的數量恢復到上世紀80年代初之前的水平，並表示由此將可以吸收目前世界上二氧化碳排放量的70%。

Planktos公司的計劃引起了無數反對的聲音。加拉帕戈斯群島是一個非常獨特的生態系統，現存一些不尋常的動物物種，比如巨龜和巨蜥，被人稱做「活的生物進化博物館和陳列室」。1835年達爾文參觀了這片島嶼後，從中得到感悟，為進化論的形成奠定了基礎。

想拿這一塊淨土開刀並獲得商業利益，自然沒有成功。海洋學家質疑，一旦浮遊生物大量死去，有可能製造數量更多的溫室氣體。而一些環保組織則表示，這相當於汙染海洋，因為浮遊植物居於食物鏈的底層，可能會引發無法預見的後果。Planktos公司最終取消了這個計劃，隨後國際海事組織和聯合國生物多樣性公約要求各國政府制約海洋施肥的舉措。

所以，今年初由德國政府支持的這次實驗得以進行，也遭到了不少譴責。它的失敗讓人們得以冷靜地思考這個問題，如果實驗獲得成功，或許人類日後會信心百倍地向大海施肥，徹底改變海洋生態系統，製造一個巨大的浮遊植物農場。

匪夷所思的地球工程

向海洋施肥只是人類雄心勃勃改造地球計劃中的一個，這一系列改造計劃被稱為「地球工程」(geo-engineering)。自從全球變暖成為令人憂心的議題後，人們便開始討論有計劃地改造地球來對抗全球變暖的可能性。上世紀六七十年代，科學家與環保學者認為這些想法不僅愚蠢而且違反道德，然而近年來，它卻引起了主流科學家的注意。

目前，這些五花八門、匪夷所思的地球改造計劃包括：做一面巨大的鏡子，將輻射到地球表面的陽光再反射回宇宙當中；用鹽水形成模糊霧氣噴灑到空氣中，增加海洋上空雲層的形成；通過人造火山，將含有硫酸鹽化合物的顆粒釋放到大氣對流層中，以阻止太陽的輻射等。

紐西蘭奧塔哥大學的科學家菲利普·博伊德（Philip Boyd）對本刊記者說：「這些想法基本屬於兩類：一是控制到達地球表面的太陽能，一是控制多少散失回太空的熱量。第一個採取的方式是遮蔽陽光，理論上能很快停止全球變暖。第二個是從大氣中除去二氧化碳，比如為海水施肥，這可能會從根本上解決問題，但是需要花費很長時間才有成效。」

但是，改造地球的計劃實在不好說是會給地球帶來福音還是帶來災難。向大氣中噴灑硫磺是最常被提及的地球工程方案之一，目的是為了抵消主要來自工業和交通排放的二氧化碳所造成的全球變暖效應。硫磺粒子以及大氣中其他的懸浮顆粒能夠反射陽光，從而起到冷卻地球的作用。事實上，這種冷卻效應在火山爆發噴射出硫磺時就能夠自然發生。1991年，位於菲律賓的皮納圖博火山噴發，數百萬噸二氧化硫進入大氣中，全球氣溫因此降低了大約0.5攝氏度。諾貝爾獎得主保羅·克魯岑（Paul Crutzen）和其他科學家都曾提議使用這種定期向大氣中噴射大量硫磺粒子的人工降溫方法。

這個辦法聽起來很好，不過《科學》雜誌去年4月25日發表的論文給其敲響了警鐘。美國國家大氣研究中心的西蒙·泰爾蒙斯（Simone Tilmes）稱，硫磺粒子在極低的溫度下會誘使空氣中的氯氣發生化學反應，生成一種可破壞臭氧層的分子，空氣中的氯氣主要來自氟利昂和其他汙染物質。當地球兩極處於冬季時，一旦極地平流層雲在硫磺的「協助」下形成，就能創造出這樣的低溫條件。

他所在的研究小組利用計算機模型，對每年施放硫磺可能對地球兩極臭氧含量的影響進行了評估。結果顯示，如果按照克魯岑提出的標準向大氣中施放硫磺，南北極的臭氧水平將受到嚴重影響，在未來幾十年中，北極臭氧層的破壞程度很可能多達1/4到3/4。由於北極上空大氣循環模式不穩定，北極臭氧層的空洞甚至可能擴大至人口稠密地區。模型測算結果還發現，由於南極洲上空的臭氧層已經出現空洞，使用硫磺為地球進行人工降溫的方法將使臭氧層恢復速度推遲30～70年。

菲利普·博伊德說：「地球工程的風險現在尚未得到徹底的評估，這些工程的風險可以根據可預測性被劃分為幾種。第一種，可以預見會造成一些負面影響，比如向大氣中噴灑硫磺，會導致酸雨或者破壞臭氧層；第二種，預見到會產生一些負面影響，但是無法理解其中的機制，比如向地中海施加磷酸鹽會降低海洋的生產力；第三種，完全不知道會產生什麼副作用。對於地球工程，應該有一個公開透明的評估過程來選擇最佳項目，並爭取得到公眾的支持。」

當初有科學家面對同行質疑時反問道：「如果明天格陵蘭的冰層開始崩塌，而你是美國總統，你該怎麼辦？你沒有選擇的餘地。」所以，地球工程不能一棒子打死。就目前而言，對這個問題較為中庸的看法是，「地球工程可以作為解決氣候問題的緊急對策以及最後手段，但前提是需要進行更多的研究，以減少副作用」，菲利普·博伊德說。■

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