如果把地球降低温度会发生什么（科学家提出成本相对较低）

一项新研究表明，利用平流层气溶胶喷射（SAI）的热反射粒子聚焦于两极，有望使地球两极降温2°C，并重新冻结北极和南极。研究人员表示，该计划“在常规技术下是可行的，成本相对较低”。虽然副作用可能是令人讨厌的，政治上也几乎不可能，但该计划提供了一种方法来减缓或扭转因极地冰层崩溃而预计的灾难性的海平面上升。

SAI是一个极具争议性的想法，其灵感来自于大型火山爆发后的冷却效应。这些自然事件向空气中喷出大量的尘埃、火山灰，通常还有二氧化硫。前两者会产生阴影效应，造成几个小时的短暂冷却效果，但二氧化硫往往会上升到高空平流层，在那里与水分子结合，形成硫酸颗粒，并保持长达三年的时间，将太阳辐射反射出去，造成持久的表面冷却效果。

因此，SAI背后的想法是将二氧化硫装入高空飞机，并在高空向大气层喷洒，模仿火山的冷却效果。到目前为止，情况不错。请注意，硫酸最终离开大气层的方式是结合成越来越大的水滴，最终变得足够重，作为酸雨落到地球上，正如你所想象的，这对植物、鱼类或动物都不是好事。而且，所有的硫氧化物都是令人讨厌的吸入物，如果经常吸入，会伤害肺部并导致哮喘和支气管炎。

到目前为止，大多数SAI的研究和建模都集中在将这些气溶胶部署在全球各地。但是有越来越多的科学家开始研究只在南北两极进行。在这个阶段，北极和南极感受到的气候变化的影响比世界其他地方要严重得多；它们变暖的速度是全球平均水平的几倍，导致巨大的冰结构崩溃和融化。每个气候模型都考虑到了由此产生的海平面上升，这将对全世界产生灾难性的影响。

显而易见，没有科学家愿意让空气中充满硫磺，让最后剩下的北极熊和企鹅淋酸雨，或者给碳排放者提供任何借口不清理他们的行为。但是，面对我们目前的轨迹，即北极地区的夏季海冰将在2050年或更早的时候或多或少地消失，人类发现自己处于一个两难境地中。所有的选择都需要摆在桌面上，进行评估，并在某种程度上尽早准备好，以便有所作为。

因此，对SAI的研究正在迅速推进，将其集中在两极--一种被称为次极地部署的方法--可能会比全球模式以更少的资金和酸雨带来更好的回报。之前的研究表明，春天和初夏可能是最有效的季节，而且只在一个极地做这件事可能会对全球天气产生不对称的影响，所以可能审慎的做法是针对两个极地，用一个随季节旅行的机群。

一项新研究来自于一个相当广泛的贡献者，它深入研究了针对“重新冻结”北极和南极的两极SAI项目可能是什么样子，它将花费多少，以及设备和技术差距可能在哪里。

该研究提出了将南北两极冷却2°C的名义目标，并指出在过去50年中，北极的温度已经上升了3°C（5.4°F）以上。它建议在60度纬线上注入气溶胶，大约是北半球的奥斯陆、赫尔辛基、阿拉斯加的霍默和西伯利亚的马加丹的纬度，并与南半球的巴塔哥尼亚的南端持平。在这些纬度，有可能更便宜地完成工作，因为对流层位于较低的高度，你的飞机不必飞得那么高。这项研究选择了13公里（42,600英尺）的高度。所释放的粒子将缓慢地向两极漂移，集中其影响。

为了达到2°C的结果，该计划每年将向每个极地注入6.7吨的二氧化硫，要求每年提供令人瞠目结舌的总计134吨的材料。

该研究继续研究物流问题，发现现有的飞机无法将足够的有效载荷运到足够的高度来完成工作。目前最接近的是军用空对空加油机，但这些飞机无法在不大幅减少有效载荷的情况下达到目标高度。例如，麦克唐纳-道格拉斯 KC-10 Extender 可以携带大约128,801磅（58,400公斤）的有效载荷进入喷洒区，但这只是它设计的有效载荷的22%，。

研究报告建议采用一种专门建造的平流层飞行器，称为SAIL-43K，这是以前指定用于在靠近赤道的地方执行更高SAI任务的飞机的降级版。该机每次任务将携带167,971磅（76,190公斤）的有效载荷，但其起飞重量将比KC-10轻约77,000磅（35,000公斤）。

为了达到冷却目标，该项目将需要125架专门建造的SAIL-43K，在每个极点四个月的注入期中，每天总共飞行1458次。这些飞机将起飞，爬升30分钟，在两分钟内排出所有装载的二氧化硫，然后在接下来的30分钟内回落，并在接下来的一小时内再次装载并为下一次任务补充燃料。

在北半球，有很多适合此类行动的机场；几乎整个60度纬线都在陆地上。在南半球，事情变得有点麻烦，因为在南巴塔哥尼亚真的只有几个机场有合适的跑道。这些机场的纬度更接近54度，但研究小组计算，他们在这个纬度上排放二氧化硫会比向南飞行490海里到60度获得更好的结果。

这些机场将需要升级，以处理每小时110次的运营，或比目前世界上最繁忙的机场多一点--这在南半球将是一项巨大的工程，因为巴塔哥尼亚的机场开始时非常少。这项巨大的基础设施工作可能需要与开发和制造125架飞机一样长的时间--在决定实施该计划后约15年。这本身就不是一个快速或复杂的过程，而且需要在某种程度上就一项计划达成全球协议，这将对生活在有关纬度地区的人们产生不成比例的影响。

就金钱而言，这个项目的 “相对较低的成本”将是每年约110亿美元，该团队说。这听起来可能很多，但它大约是具有相同冷却目标的全球SAI努力的价格的三分之一，而且研究人员指出，“相对于应对气候变化的影响或原因的其他可能战略，SAI仍然非常便宜”。

虽然被校准为使极地温度下降2℃，并开始重新冻结两极的海冰，但这个项目将有一些不需要的副作用。研究人员指出，添加到平流层的硫化合物可能会通过一些不同的影响来影响臭氧浓度，从而可能减缓或逆转南极臭氧洞的恢复。它指出，二氧化硫和相关酸雨沉积物的影响对人类和更广泛的生态系统都是危险的，需要更多的研究。它还预计会有一些平流层加热。

此外，飞机本身只能通过燃烧喷气燃料，使用今天的技术来运行。这个恼人的事实，加上在地面上建立所有必要的基础设施所涉及的排放，再加上制备二氧化硫所涉及的排放，意味着极地SAI项目将有一个相当大的碳足迹，尽管这只代表整个航空部门排放量的 “边际 ”增加。

然而，研究人员总结说：“虽然尚未确定任何SAI计划的物理或社会影响将被证明是积极的，但似乎很清楚，一个专注于大幅冷却世界极地和亚极地地区的计划在后勤上是可行的。这可以阻止并可能扭转地球冰冻圈中最脆弱地区的海冰、陆冰和永久冻土的融化。这反过来又会大大减缓全球海平面的上升。”

因此，简短的回答：是的，我们可以重新冻结两极，同时尽量减少对大部分人类和农业的风险。但是，我们需要整个世界都同意，海平面上升是一个比大规模的SAI计划的影响更糟糕的结果，特别是对于生活在影响集中的地区的大约1%的人口。

这项新研究的主要作者Wake Smith在一份新闻稿中说：“对于部署气溶胶来冷却地球，人们普遍存在着明智的恐惧。但是，如果风险/收益等式在任何地方都能得到回报，那就是在两极。尽管在一个迅速变暖的世界中，这可能会改变游戏规则，但平流层气溶胶注射只是‘治疗’气候变化的‘症状’，而不是根本的疾病。它是阿司匹林，不是青霉素。它不是去碳化的替代物。”

该研究在《环境研究通讯》杂志上开放获取。