随着地球温度的稳步攀升，以及各国在控制温室气体排放方面的努力步履蹒跚，气候变化构成了如此严峻的威胁，以至于科学家们现在正在认真研究地球工程，作为为地球降温的最后一搏。
但是，人为地操纵地球的气候显然可能会产生意想不到的后果，因此，“在我们尝试使用它之前，对其进行研究非常重要，” 加州大学伯克利分校的公共政策教授所罗门·项说。“我们应该知道我们正在做什么。” 项和他的研究团队旨在通过一项新的研究来找出答案，该研究着眼于一种拟议的地球工程类型——向大气中注入大量微小颗粒以偏转阳光并遮蔽地球——将如何影响一个非常重要的系统：农作物。
越来越多的研究表明，全球变暖带来的热应激可能会抑制收成，这是全球粮食安全面临的一个主要问题。例如，六月份发表的一项研究发现，随着温度升高，玉米产量将总体下降，并且年际波动性会更大。 那么，太阳地球工程似乎是减轻农业气候负担的一种潜在方法。 它甚至还具有散射太阳光线的额外好处，从而产生许多植物倾向于喜欢的漫射光。 但是，存在一个潜在的障碍：植物用于光合作用的整体光照会减少。 目前尚不清楚哪种影响会占上风，因此，这种地球工程最终会损害还是帮助农业。 项的新研究于周三发表在《自然》杂志上，试图确定总体影响。
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项和他的团队使用了两次大规模的火山爆发——1991年菲律宾的皮纳图博火山和1982年墨西哥的埃尔奇琼火山——作为太阳地球工程的类似物。两次喷发都向大气中喷射了数百万吨二氧化硫，气体在那里变成了硫酸盐气溶胶，阻挡了阳光（有点类似于太阳地球工程可能做的事情）。 皮纳图博火山的硫酸盐气溶胶使整个地球在近两年内降温了约0.5摄氏度。
在1991年皮纳图博火山大规模喷发后的几个月里，平流层硫酸盐气溶胶的薄纱环绕着地球。 这些气溶胶使地球的农田（绿色部分显示）降温并遮阴。图片来源：乔纳森·普罗克特和所罗门·项
该团队分析了来自两次喷发的全球卫星数据，以及1979年至2009年105个国家/地区的玉米、大豆、水稻和小麦的作物产量。 研究人员特别想衡量火山爆发造成的阳光减弱如何影响作物生长，因此他们计算了降雨等其他变量的影响。 他们发现，皮纳图博火山造成的阳光变化减少了作物产量，而埃尔奇琼火山造成的损害较小（尽管对该火山爆发的测量不如皮纳图博火山那么好，这可能导致研究结果出现偏差）。皮纳图博火山的减光效应使全球玉米产量平均减少了9％，大豆、水稻和小麦减少了5％。 项说，这个结果令人惊讶，因为科学家们曾预计由此产生的漫射光对作物更有益。
该团队将其历史分析与全球气候模型相结合，以预测未来更热的地球上的作物产量——无论是否进行太阳地球工程。他们发现，在进行地球工程的情况下，减少的阳光足以抵消因温度降低带来的任何潜在收益，从而导致作物产量下降。“我们并不是说地球工程会净损害农业。我们说的是它对农业没有帮助，” 项说。“在我们之前，很多人都说过，这可能是拯救农业的一种方法——你可以通过地球工程来防止气候变暖，这样你就不会有作物歉收。 我们指出，当你这样做时，你会将作物损失的原因从热量转移到[较少的]光照。”
一些未参与该研究的专家表示，应谨慎解读其结论。“这是一项很好的尝试，但我们在有限的时间内只有非常有限的数据来进行这些估算，”康奈尔大学机械和航空航天工程高级研究员道格拉斯·麦克马丁说。“人们不应将结论理解为‘如果我们进行太阳地球工程，就会发生这种情况’。”哈佛大学应用物理学教授大卫·基思对使用火山爆发作为该实践的类比表示了深深的怀疑。 “地球工程改变气候的方式与火山爆发的方式截然不同，”他说。 首先，地球工程将涉及反复注入气溶胶，而不是火山爆发的“突然冲击”； 他说，气溶胶的持续存在会产生与火山不同的冷却动态，从而对气候的其他方面（例如降水）产生不同的影响。罗格斯大学的气候科学教授艾伦·罗博克也指出，农业技术和方法会随着时间的推移而变化。 他说，“如果我们要进行地球工程，这些结果是否适用于未来尚不清楚。”
尽管这些独立专家提出了批评，但他们承认，对地球工程及其潜在后果进行研究至关重要。“进行这项研究很重要，这样我们才能理解和量化所有风险。 有些人认为你不应该进行这项研究。 但是，我们可能会发现地球工程根本不是一个好办法，”罗博克说。“我们越早知道这一点，就越有可能推动减缓气候变化的努力——因为我们没有‘免罪金牌’。”