海洋地球工程技術種種

編譯 郝雨

在目前全球氣候變暖的背景下，“地球工程”應運而生。地球工程是指通過主動大規模運用工程手段改造地球環境，以應對氣候變化的影響。海洋作為地球氣候最重要的“調節器”，是地球工程的主要實施目的地，目前很多地球工程在南大洋等公海海域開展，因此也就出現了海洋地球工程。

挖掘海洋節能減排的潛力并不是新點子。目前，大西洋東北沿岸遍布海上風電場；2022 年僅上半年全球就有33 個新的海上風電場投入運營，其中我國有25 個。其實，廣袤的海洋可以發揮的作用更多。

給海洋補點營養

在陸地上能種樹，而在海里也能種藻、種浮游植物。雖然藻類和浮游植物的“單兵作戰”的降碳能力遠不如陸上的樹木，但海洋的容量大呀！大量“小兵”一塊兒工作，降碳能力便相當可觀。作為初級生產者,藻和浮游植物能夠捕食二氧化碳,并將其轉化為蛋白質、碳水化合物、色素等高附加值產品。

有了思路，下一步要考慮的就是怎么在海洋里多種點固碳生物。20 世80 年代，海洋學家馬丁·約翰發現某些海域的浮游植物生長跟鐵元素的關系很大，而且南極冰芯記錄顯示，在含鐵沙塵多發的時期，地球大氣中二氧化碳濃度往往比較低。于是他想：往海洋里多撒點鐵肥，促進固碳生物生長，讓它們用力吸碳，之后不管它們是自然死亡還是被動物吃進肚子里，最終都會沉降下去，這不就把碳封在海底了嗎？這就是著名的“鐵假說”。在1988年的一次報告中，馬丁·約翰說出了“給我半船鐵，還你一個冰河時代”的豪言壯語。

然而，從1993 年起，科學家在多個海域施了13 次“鐵肥”，這些實驗的結果跟“鐵假說”的預期都相差甚遠。施“鐵肥”確實促進了固碳生物生長，甚至形成了藻華，但并沒有很多碳被轉移到深海。大部分水生生物吃下二氧化碳生成的有機碳，在它們死后不久就在海洋上層分解了，又變成二氧化碳進入大氣，根本不會長埋海底。但在歷史上沙塵沉降劇烈的時期，大氣二氧化碳就是少呀？那么，到底是“鐵假說”的哪里出了問題呢？

原來，沙塵沉降等自然施肥過程不僅會帶來鐵元素，還會向海洋輸入鋁等其他元素。科學家從2010 年起研究鋁對海洋固碳生物的影響，他們指出，鋁或許能提高生物利用鐵的效率，還可能降低有機碳的分解速率。看來，培養海洋固碳生物，得鐵鋁并施。于是，“鐵假說”的升級版——“鐵鋁假說”形成了。

2021 年，我國科學家采用放射性同位素示蹤技術證實，只需向海水中添加極微量的鋁，就能顯著提高海洋硅藻的固碳量。據估算，每升海水中只需再多40 納摩爾的鋁，沉降至海平面下1000 米的有機碳或許就是當前的十倍甚至千倍，這無疑會顯著提高海洋的碳匯能力，從而有利于氣候變化。該研究為“鐵鋁假說”提供了有力證據！

給海洋“清腸胃”

盡管“鐵鋁假說”形勢大好，但仍有科學家對此持反對意見。他們認為，藻類和浮游植物大量繁殖，不僅會讓海里的溶解氧驟減，還會阻礙陽光射入水下，生態環境很可能因此遭到破壞。所以，并非整個海洋固碳研究領域都把寶押在了“鐵鋁假說”上。另一種海洋地球工程理論認為：工業革命后的兩個多世紀以來，海洋一直在吸收人類生活生產排放的大量二氧化碳，這些二氧化碳溶于海水轉化為碳酸，早已悄然增強海水酸性，酸性增強后的海水很難再“大口吃碳”，因此，我們應該往海底倒堿，把酸性物質中和掉，給大海清清“腸胃”。

從理論上講，這樣做只是讓這些年來逐漸酸化的海水恢復原樣而已，中和海水的副作用應該不大。然而，實際情況很復雜，最容易想到的一點就是中和不均勻的問題，畢竟倒進海底的東西需要時間擴散，在堿性物質大面積鋪開之前，局部海域的堿性可能會非常高，由此產生的影響不受控制。

雖然海水中和理論至今僅停留在實驗室模擬階段，但其實它跟給海洋施肥有相似之處，二者都是向海洋投入特定物質，利用海洋環境中物質的生化作用來吸收二氧化碳，因此須首先考慮其是否構成“傾倒”。能不能往海里投放各類物質，誰說了算？這是一個棘手的問題。基于以上原因，目前，海水中和理論的實驗對象大多是監管較松的公海。就算海水中和理論在實驗室被證明有效，其大規模運用也可謂道阻且長。

把海底營養拉上來

雖然很多海洋工程技術旨在通過投放來增大海洋肥力，但其實海里的營養并不少，只是它們大多數都堆在海底，海面的固碳生物用不了。在自然條件下，有一種現象能時不時地把海底營養帶到海洋上層，它就是上升流。上升流是指在風的作用下，溫度較低、密度較大的下層海水流向海洋表面，取代溫度較高的表層海水的現象。該過程把富含營養的深海物質帶至海洋表層，有利于生物繁殖，當然，其中就包括“固碳能手”藻類和浮游植物。自然上升流雖好，但通常只能在特定的地區和季節形成，有顯著的局限性。所謂人工上升流，就是要通過放置人工系統，形成自海底到海面的海水流動，彌補自然上升流的缺點。

實現人工上升流的方法有很多。首先，可以在近岸水域投放大量石塊，打造人工海底山脈。海流在撞到這些山脈時，就會因受阻而上涌。其次，可以“簡單粗暴”地用機械泵把深海水抽上來。另外，還可以用氣泵把壓縮空氣打到海底去，這些空氣會在水中形成氣泡，再卷夾著深層海水逐漸上升，這叫作氣力提升式人工上升流。近年在我國青島鰲山灣海域實施的一項示范工程就利用氣力提升式人工上升流，在42 個月的時間里促進了示范區近500 畝養殖海帶增產增匯。增產好理解，而這增匯，其實說的就是增加了碳匯，有利于環保。

給海洋上空的云“美白”

談了很多立足海下的方案，咱們再仰起頭來，看看海洋上空，了解一種叫作“海洋云增白”的技術。雖然名字是“云增白”，但其實叫“云增厚”更好理解。云是由大量凝結在固體微粒周圍的水滴和冰晶形成的，這些水滴和冰晶會均等散射所有波長的光，讓陽光呈現其本色——白色。云越厚，遮擋的陽光越多，云看起來就越白。所以，云增白，就是通過人工手段擴充云層，加厚地球的“遮陽傘”。用什么手段呢？把海水抽上來，霧化，往天上噴。富含海鹽微粒的霧靄上升到低空的層積云中，就能凝結更多水蒸氣，從而形成更多的云。

近年來，澳大利亞自然觀景勝地大堡礁的珊瑚白化現象日益嚴重。2021 年，科學家在該地區首次“真槍實彈”地試驗了海洋云增白技術。他們在一艘渡輪上安裝了320 個噴嘴，讓它們齊齊噴出海霧，以期通過這種技術為下面的珊瑚群提供蔭蔽。

在海下造墻

全球變暖導致兩極冰川面積逐年減小，為此，科學家提出了一種緩“冰”之計——在海下造墻——人工屏障不僅能阻止冰川移動，減緩冰川崩裂速度，還能阻擋海洋暖水團流向冰層底部，減緩冰川融化速度。拜棕櫚島的開挖量。建成后，有效緩解南極西部冰川崩塌問題的概率為30%。第二種方案，在海底興建一道較矮的人工墻，將溫暖海水和冰川底部隔開。由于海底環境較惡劣，所以這種方案的工程相對復雜，不過，該方案奏效的可能性估計可高達70%。

位于南極洲西南部的思韋茨冰川是占地面積最廣的冰川之一。它一旦崩塌，將導致全球海平面急劇上升，因此又被稱為“末日冰川”。2018年，科學家以思韋茨冰川為對象，設計了兩種方案，用計算機模型估測了在此修筑海底墻的效果。第一種方案，沿著思韋茨冰川的底部周圍建造一圈約300 米高的圓柱，把冰川“箍”住。該工程總計需要0.1～1.5 立方千米的材料，這個規模相當于迪

雖然海洋地球工程是當下的熱點研究領域，但也存在一些反對的聲音，認為人類不應對技術過度自信，從而忽視技術背后的風險。海洋地球工程技術很有可能成為應對氣候變化的有力工具，而這種人為改變海洋環境的手段也可能對氣候系統產生新的不確定影響。應該說，任何海洋地球工程技術都應在解決問題與規避風險中尋求平衡。