地球工程也稱為氣候工程學，指主動、大規模地改造或操縱地球環境，以應對或者抵消大氣化學成分變化所帶來的影響。簡言之，人類利用科學技術來改變氣候，扭轉全球變暖的趨勢。

氣候變化是指氣候的平均狀態隨時間變化情況，一般是指長時期內氣候狀態的變化，通常以不同時期的溫度、降水等氣候要素的統計量來反映。在《聯合國氣候變化框架公約》中，氣候變化是指經過相當長一段時間的觀察，在自然氣候變化之外由人類活動直接或間接地改變地球大氣組成所導致的氣候改變”。

氣候變化主要表現為三方面:全球氣候變暖、酸雨、臭氧層破壞。其中全球氣候變暖是人類目前最需要解決的問題，關系到人類的未來。如果全球平均氣溫上升超過2攝氏度，可能會導致災難性的后果。2攝氏度是一個關鍵數字，限制升溫幅度在攝氏2度以內，是防止氣候變化帶來嚴重災難的唯一方法。

全球氣候變暖原因。自然界因素；人為持續對大氣成分和土地利用的改變。在人為因素中，主要是由于工業革命以來人類活動特別是發達國家工業化過程對大氣成分的改變。燃燒化石燃料、毀林、土地利用變化等人類活動導致大氣中溫室氣體濃度大幅增加。過去一百多年間，人類依賴石油、煤炭等化石燃料來提供生產生活所需的能源，燃燒這些化石能源排放的二氧化碳等溫室氣體引發全球氣候變暖。其中發達國家排放約占80%，約1/5的溫室氣體是由于破壞森林減少了二氧化碳吸收能力造成的。另外，一些農業、畜牧業也有少許溫室氣體排放。目前，大氣中二氧化碳濃度已達到65萬年來的最高水平。90年代是歷史上最熱的十年，1998年是其中最炎熱的一年。

溫室氣體為什么會引起溫室效應呢？地面輻射和大氣輻射為長波輻射。大氣對長波輻射的吸收力較強，對短波輻射的吸收力比較弱。白天，太陽光照射到地球時，部分能量被大氣吸收，部分被反射回宇宙，大約47%左右的能量被地球表面吸收。夜晚，地球表面以紅外線（長波）的方式向宇宙散發白天吸收的能量，大部分被大氣吸收，大氣層如同覆蓋玻璃的溫室一樣，保存了一定的熱量。

合適的溫室效應對地球生物很重要。據估計，如果沒有大氣層，地球表面溫度會是零下18攝氏度。正是有了溫室效應，才使地球溫度維持在15攝氏度（平均溫度）。我們所熟知的月球，由于沒有大氣層，白天在陽光垂直照射的地方溫度可達127攝氏度，而夜晚溫度下降到零下183攝氏度。沒有溫室效應，地球會冷得不適合人類居住。

氣候變化會帶來哪些影響呢? 氣候變化會導致災害性氣候事件頻發，冰川和積雪融化加速，水資源分布失衡，生物多樣性受到威脅，氣候變化對農、林、牧、漁等經濟社會活動都會產生不利影響。

喜馬拉雅山冰川正在因全球變暖而急劇消瘦。冰川是地球上最大的淡水水庫。冰川融化和退縮意味著人類將面臨著洪水、干旱以及飲用水減少的威脅。

氣候變化導致極端氣候。暴雪、暴雨、洪水、干旱、冰雹、雷電、臺風異常頻繁地光顧地球。據統計，“自20世紀70年代以來，干旱的發生范圍更廣、持續時間更長、程度更嚴重，特別是熱帶、亞熱帶地區?！薄斑^去50年里，極端高溫、低溫發生了大范圍的變化。晝夜低溫、霜凍變得不如以前頻繁，而晝夜高溫、熱浪則愈加常見”給人類生命和財產安全帶來極大的危害。

全球氣候變暖造成糧食減產。據國際稻米研究所的研究顯示，若夜間最低氣溫每上升攝示1攝氏度，稻米收成便會減少10%。氣溫升高還導致農業病、蟲、草害的發生區域擴大，危害時間延長，增加了農藥和除草劑的用量。

海平面上升。全球有超過70%的人口生活于沿海岸平原。全球前15大城市中，有11個是沿海城市。據統計，從1990年到21世紀80年代，全球海平面平均上升22到34厘米。近30年來，中國沿海海平面總體上升了90毫米，比全球平均速度要快。

物種滅絕?！堵摵蠂鴼夂蜃兓蚣芄s》說：地球上大部分的瀕臨絕種生物--大約25%的哺乳類動物以及12%的雀鳥--有可能于幾十年內絕種。這是由于氣候變化，影響到它們所棲息的樹林、濕地及牧場，而人類發展亦阻礙了它們移居到其它地方”。

面對日益嚴重的全球變暖問題，人類只有一個選擇：須立即采取行動，且所有國家要達成共識?！堵摵蠂鴼夂蜃兓蚣芄s》確立了發達國家與發展中國家共同但有區別的責任原則，因此，氣候變暖問題得到各國政府與民眾的極大關注。全球氣候變暖問題，不僅是科學問題、環境問題，而且是能源問題、經濟問題和政治問題。

如何解決這個問題，科學家們集思廣益，提出了各種解決方案。能源效益、人造火山、沙漠造林、生物炭、海藻農場、造云船、白屋頂、海洋撒鐵、為地球裝遮陽網、抽取空氣中的二氧化碳等等都被認為是有一定作用的探索方案。這些方案稱為“地球工程”。麥克拉肯說：地球工程學很大程度上就像是化學療法，你也不想接受這種治療，但它的療效確實比較強。國家立法和國際合作是實施地球工程的保證。

能源效益工程。能源效益，就是消耗較少能量能夠達到同樣效果的一切方法。如節能汽車、節能燈、改良工業程序、使用建筑隔熱設備等。以房子為例，房子的外殼適當地采用絕熱材料，其需要的暖氣會減少，可省三分之一的能源。根據美國能源效益經濟協會的統計，由于實行能源效益工程，在2000年平均每人的能源消耗量已回到1973年水平。

能源效益工程包括使用可再生能源，如風能、太陽能、核能、地熱能、潮汐能（波浪能）、氫能等。相比化石能源，有許多好處：不必擔心能源枯竭，不產生溫室氣體，污染物較少。風能是世界發展最快的能源，也是相對簡單的技術能源。中國的風電裝機容量在2005年和2006年都實現了超過100%的年增長率，2007年總裝機容量已達到560萬kW。在一些風能資源豐富的地方，風電可以與煤電相媲美。太陽能可以轉為電能，太陽能熱水器把太陽能轉變為內能。植物的光合作用把太陽能轉化為化學能。光伏系統不需要燦爛陽光就可以發電。采用地板輻射供暖更符合節能和環境保護理念。

“人造火山”工程。即將硫微粒噴射到高層大氣。硫顆粒就像一面巨大的遮陽傘，阻滯陽光和熱量，將其反射回太空，如同現實中的火山灰中含有硫一樣。

沙漠造林工程。科學家認為沙漠造林能夠吸收大氣中更多的溫室氣體，這一地球工程創意已經扎根于非洲。非洲的13個國家正在建立綠色長城，希望讓樹林在阻止撒哈拉沙漠擴張的同時，吸收更多的二氧化碳。這項“撒哈拉森林計劃”專門為世界各地的沙漠地區所設計。

“生物炭”工程。受亞馬遜流域印第安人制作生物炭的啟發，科學家發明了“生物炭”技術，“生物炭”是抗擊全球氣候變化的好辦法。據國際生物炭倡導組織介紹，生物炭數量豐富，滲透性強，可以通過加熱農業廢料制造，一旦重返土壤，它們可以在未來的數百甚至數千年里在土壤中吸收碳。除了吸收二氧化碳，生物炭還有改善土質的好處。

海藻農場工程。種植海藻以降低二氧化碳的排放。據韓國釜山國立大學海藻清潔發展機制項目介紹，地球上一半的光合作用發生在海洋，在海洋中，光合作用主要由浮游植物完成的。沿海地區可以輕易種植海藻，增強海洋吸碳能力。

“造云船”工程。據科學家介紹，“造云船”由風能驅動，漂浮在海面上，向天空噴射霧狀海鹽，從而形成海洋云。這種云比正常的云密度更高、更白，可以將更多的太陽能量反射回太空。美國企業研究所的瑟斯特羅姆表示，造云船的造價相對低，只要將約1500艘船部署在海面上，能起到立竿見影的冷卻效果。

白屋頂工程。如果將所有屋頂均刷成白色，它們可以反射更多的太陽光，這是解決氣候變化最簡單的地球工程學方案之一。美國勞倫斯-伯克利國家實驗室的研究人員表示，黑屋頂的反射率約為10%至20%，白屋頂的反射率則達到70%至80%。白屋頂反射光使建筑物里面不會像普通建筑物那么熱，從而會降低空調的用電量。

海洋撒鐵工程。據科學家介紹，向海洋中人工撒鐵可以刺激浮游植物（微小海洋植物）的生長，而這種微小海洋植物可以吸收二氧化碳。通常情況下，鐵由雨水或大風帶入海洋，刺激海洋生物生長?？茖W家們在世界各地實施了大量初步的撒鐵實驗，獲得了不同程度地成功。

遮陽網工程。這是受到日食的啟發而做出最大膽的想法。托尼?德拉多爾切說道：“為什么我們不考慮在太空設立一道遮陽網，來減少地球接收到的光線（能量）的量。經歷過日全食的人都知道，太陽光暗下來后，溫度也會隨之降低。因此，在地球和太陽之間設立一道遮陽網也許是個好主意?！睂Φ厍蜻M行改造并非沒有風險。大多數解決方案都涉及改變地球表面或大氣層，可能會帶來不可預測的未知后果。但是，風險最小的可能是在遠離地球的太空，設立一道遮陽網，遮擋部分太陽光。由于太陽輻射的減少，即使大氣中溫室氣體濃度繼續上升，溫度也可以得到控制。根據計算，如果要抵消自工業革命以來全球變暖的影響，必須遮擋住2%的太陽光。

在太陽和地球之間，存在著一個引力穩定的點——L1拉格朗日點，距離地球約150萬公里。地球圍繞太陽旋轉，位于L1點的物體將永遠在地球和太陽之間。在這樣遠的距離上，即使是地球大小的物體也不會在地球上投下陰影，因為它的陰影錐在到達地球前就消失了。但是，可以阻擋足夠多的光線，以減少到達地球的太陽光量，從而抵消全球變暖的效果。需要在L1拉格朗日點覆蓋450萬平方千米的遮陽網，相當于月球表面積的一半。可以根據需要將遮陽網分割成許多較小的部分。它不會在地球上造成陰影，但會均勻地減少照射到地球表面的太陽光，這個方案與太陽表面存在大量微型太陽黑子相似。

超大透鏡工程。詹姆士?厄爾利提出，在太空中部署一個超大的透鏡，將照射到地球的太陽光漫射到太空中，透鏡厚度只需要數毫米即可。在L1拉格朗日點，透鏡（或透鏡系列）只要覆蓋100萬平方公里區域，就可以把到達地球的太陽能量減少約2%。

上述二個方案，看起來像是一個簡單、低風險、高回報的方案。實際上存在兩個問題。發射成本和軌道的穩定性。目前，人類的航天技術足以將任何物體發送到L1拉格朗日點，絕大多數太陽觀察衛星都位于這一點。根據測算，要把“遮陽傘”發射到L1拉格朗日點，需要花費數千億美元。另外，位于L1拉格朗日點的航天器也不是十分穩定，需要借助火箭發動機不斷地進行維護，以維持確定的運行軌道，否則，會產生漂移而不能阻擋陽光，且漂移速度較快，需要每年花費數百億美元進行維護。即使是這樣，未來可能是愿意實施的最廉價方案。

抽取空氣中二氧化碳工程。抽取空氣中的碳，將它們凝結成纖維，在建筑、電子、汽車、服裝等產品中使用。這種技術的發明者說，如果大規模地推行這種做法，就可以把大氣中的碳含量恢復到工業化之前的水平。科學家制造一種樹脂，當空氣經過時，它就會抽取空氣中的二氧化碳。當這種樹脂處于干燥狀態時，二氧化碳就會與之結合，在被浸濕之后，樹脂就會釋放二氧化碳。這在理論上講是可行的，但也有二個問題：費用昂貴和抽取的二氧化難以儲存。人均每年會排放15噸的二氧化碳，從空氣中抽走的大量的二氧化碳把它們放在哪里？ 耶魯大學地質學家唐納德?彭曼說：最簡單的方法就是利用海水壓力把它們存儲在海底。

開發空氣能產品工程。我們可以把空氣中內能利用起來，減少電能、化石能源、化學能的利用。例如，開發空氣能熱水器，空氣能空調，空氣能加熱設備等。科學幻想。

屋頂噴霧工程。在未來建筑物的頂部全部安裝噴霧設備，制造人工云或人工霧，利用水汽化吸熱和水霧遮擋陽光的作用，可以有效降低空氣的溫度，同時，可以調節空氣的濕度，增加降雨的概率，改善空氣成分，降低空氣的污染程度。也是科學幻想。

國家立法和國際合作工程。地球是一個整體，靠一個地區、一個國家都不可能完成緩解或解決氣候變化的難題。為確?！暗厍蚬こ獭庇蟹梢?，每個國家都要立法，開展國際合作，植樹造林，強化環境自凈功能。建立全球性環境保護體系，發達國家應更多履行減排義務，積極幫助發展中國家。企業和個人應強化責任意識，法律意識，自覺履行義務。