海洋地球工程的研究進展與相關國際法探析

李紀　王瑩　何柳等

關鍵詞：氣候變化;海洋地球工程;國際法;海洋環境;環境影響評估

中圖分類號：D990;P73;P76 文獻標志碼：A 文章編號：1005-9857（2022）02-0021-08

0引言

全球氣候變化是21世紀人類面臨的最嚴峻挑戰之一。雖然《巴黎協定》已確定全球的減排和控溫目標[1]，但全球溫室氣體排放仍然持續增長，同時出現美國退出《巴黎協定》[2]這樣的倒退現象，各締約國為實現總體控溫目標而作出的不具約束力的承諾可能不足以完成當前的任務。在此壓力下，作為“減緩”和“調節”氣候變化手段的“地球工程（Geoengineering）”成為近年的研究熱點。地球工程通過主動和大規模地運用工程手段改造地球環境，應對或調節氣候變化的影響[3]，被認為是除減排外實現控溫目標的重要手段，受到越來越多國家和國際組織的關注。地球工程一旦大規模實施，其影響將是全球性的，同時存在一定的風險，不能保證所有國家都受益，因此國際社會對于地球工程的實際開展一直保持謹慎的態度。到目前為止，對于地球工程的嘗試還停留在科學探索階段[4]。很多地球工程的相關技術于20世紀末才開始發展，在科學上尚存爭議且在法律上尚待明確。準確地定義和分類這些技術并澄清其空間界限、確定管轄權和執法權以及界定對違法國家的制裁方式（包括訴諸法律、補償和賠償等機制），都對國際法體系提出新的挑戰。

海洋作為地球氣候最重要的“調節器”，是地球工程的主要研究對象，目前很多地球工程在南大洋等公海海域開展。我國正積極推進海洋地球工程相關研究，對相關國際法的清晰認知將有助于為相關科學探索創造良好的國際環境，保障其順利實施。

1海洋地球工程的研究進展

目前海洋地球工程應對氣候變化的主要工作原理包括：①通過增加海洋對碳的捕獲、封存和轉化，以降低大氣中的溫室氣體濃度;②通過人工手段減少到達海面的太陽輻射，以達到降溫目的[5]。深入了解主要海洋地球工程的定義、邊界、發展狀態和風險，有助于理解國際法原則在這些技術探索中的適用性。

1.1海洋施肥（OF）

目前全球每年源自化石能源的碳排放量約為350億t二氧化碳，而海洋中的浮游植物（微藻）每年通過光合作用固定的二氧化碳約為200億t[6]，因此提高海洋浮游植物的固碳能力可在一定程度上抵消人類活動的碳排放量。廣義的海洋施肥主要指在特定海區投入浮游植物生長所需的營養元素（如鐵、硝酸鹽、磷酸鹽和尿素），以加速其生長和固碳。在以南大洋為代表的廣大高營養鹽和低葉綠素（HNLC）海區，浮游植物的生長受到鐵元素的限制。基于此，海洋學家約翰·馬丁于20世紀80年代提出將43 萬t鐵投入南大洋，每年可多清除30億t大氣碳[7]，即轟動一時的“鐵假說”。在隨后20余年，科學界在HNLC海區進行13次大型現場試驗以驗證鐵假說[8]，但也帶來一系列爭議。

據估算，通過鐵施肥將20億t大氣碳埋藏至深海的成本約為10億美元，這筆投資與可能帶來的整體生態效益和社會效益相比并不算高[9]。然而海洋施肥可能對海洋生物地球化學循環和生態系統帶來很多潛在風險，包括改變浮游植物生物群落、引發有害藻華并產生藻毒素以及加劇海洋酸化等，威脅海洋生態系統的健康[10]。從生態倫理的角度看，大規模的海洋施肥難以完全扭轉當前局面并將受損的海洋生態環境恢復如初[11]。除科學爭議外，向海洋投入鐵等物質的合法性也成為重要問題，對此可分3種情況討論。①海洋施肥是用于純粹的科研目的，還是用于商業性質的碳信用抵消;②海洋施肥的時間和空間尺度應如何劃分;③海洋施肥適用于哪些國際條約，其法律地位又如何界定。

1.2人工上升流（AU）

同樣是以提高浮游植物的固碳能力為目標，人工上升流通過工程設計將海洋真光層下營養鹽相對豐富的海水提升至表層，以支持浮游植物生長[12]。美國自20世紀70年代在維爾京群島等地進行人工上升流研究[13]，50余年來各國科學界就如何低成本和低能耗地提高上升流效率展開研究。研究結果表明電動泵過于昂貴，而基于溫度或鹽度差異的上升技術則效率太低，正在探索的新技術包括波浪能上升流泵和太陽能氣舉泵等[14]。我國在人工上升流技術的理論和實驗等方面取得一系列成果。例如：臺灣大學提出的基于氣力提升理論的人工上升流技術在千島湖通過初試，驗證注氣上升流理論的正確性和可行性[15]。又如：廈門大學、浙江大學和中國海洋大學等在青島鰲山灣建設的人工上升流增匯示范區為該增匯模式提供科學依據[16];通過研究以中肋骨條藻為優勢種的藻類群落，發現人工上升流不僅作用于營養鹽，而且流體參數的改變也會顯著影響藻類的固碳作用[17];通過對氣幕式和氣舉式人工上升流提升理論的研究，提出依靠調節注氣量或涌升管布放深度以控制羽流運動的方法，同時驗證氣幕式人工上升流技術應用于海洋牧場的可行性[18]。我國對人工上升流的研究和應用與美國和日本等相比起步較晚，尤其在人工手段的多樣化和新型綠色能源的開發利用等方面仍有巨大的提升空間[19]。

與此同時，人工上升流的開展給海洋生態系統帶來風險，可能導致浮游植物從低營養物種向富營養化物種轉變，改變浮游植物的生態類群[20]，并加劇海洋酸化[21]。人工上升流作為比較新穎的技術，當前沒有任何法律制度明確監管其開展，而研究相關法律問題首先須明確界定人工上升流的法律地位，尤其是界定管道本身及其放置和運行活動及其在《聯合國海洋法公約》中的合法性等，這些問題均須考慮人工上升流的具體部署地點，而不同部署地點涉及的法律問題也各不相同。

1.3人工海洋堿化（AOA）

人工海洋堿化應用化學方法提高海洋的固碳能力，即通過人工手段在海洋-大氣界面加入大量加工過的堿性礦物質（如橄欖石和碳酸鈣）或其解離產物（如生石灰和氫氧化鈣），加速風化反應，以吸收更多的二氧化碳。加入礦物質可提高海水中的二氧化碳形成碳酸氫鹽的能力，進一步提高海水的二氧化碳溶解度。根據模型計算結果，在海洋表層添加114pmol的堿性物質，可使海水pH 值與碳酸鹽飽和狀態大大高于當前水平，并將大氣中的二氧化碳濃度穩定在聯合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）溫室氣體模擬RCP8.5場景下的RCP4.5水平[22]。但有實驗結果顯示添加的堿性物質會破壞海洋生物的酸堿平衡[23]，此外一旦大規模的人工海洋堿化活動停止，會有區域升溫和海洋酸化反彈的風險[24]。gzslib202204012227

人工海洋堿化至今僅停留在實驗室和模型模擬階段，但與海洋施肥在法律上的爭議非常相似，即大量和長期向海洋投入堿性物質可能超過海洋的承受能力。一旦人工海洋堿化威脅到海洋生物尤其是珊瑚的生存，《生物多樣性公約》也將對其適用，有關規定也應與海洋施肥的情況相同。但由于這2項技術產生的影響不同，在監管制度上應采取不同的方式。

1.4海洋云增白（MCB）

海洋云增白的目的是減少太陽輻射到達海面，即通過船基裝置噴灑高濃度的亞微米級海水微粒，推動霧靄上升至大氣層，提高云對陽光的反照率，同時更多水滴的生成進一步遮擋陽光，降低陽光的透過率，以達到降溫效果。美國等已進行船基實驗，現有研究結果表明大規模部署海洋云增白可抵消溫室氣體導致的輻射增加[25]。模型模擬結果也顯示海洋云增白對3個區域性問題產生效果：①南極和北極海冰的保護和恢復;②減弱正在形成過程中的颶風;③防止或減緩珊瑚褪色[26]。然而海洋云增白技術會改變降水，并對其他區域的天氣產生難以預測的影響，如在太平洋開展海洋云增白可能導致亞馬遜盆地的降水減少[27]。

目前沒有明確規范海洋云增白技術的國際法框架，且其實施將影響大氣中云的形成，活動部署地點與最終受影響的區域可能并不一致。因此，對于海洋云增白技術的討論涉及2個方面的國際法問題。①將大量海水水滴噴灑到云中的行為是否合法，這取決于活動部署地點是否考慮到部署國和沿海國的權利和海洋管轄權;②這項技術可能對大氣層造成的不利影響受到哪些國際條約的限制。

1.5海底造墻（BSW）

海底造墻直接針對冰川融化造成的海平面上升問題，即在冰川下的海床興建人工墻壁，阻擋海洋暖水團流入冰層底部，以減緩冰川融化和海平面上升。根據IPCC的溫室氣體模擬（RCP8.5）結果，海平面將在2300年上升5.3m[28]。格陵蘭冰蓋全部融化可能導致海平面上升7.3m[29]，而格陵蘭島的大部分融冰由冰架下方的暖水驅動[30]，海底造墻技術針對格陵蘭島的10個主要冰川設計不同長度、橫截面積和高度的屏障。根據數值模擬結果，雖然在極地海底造墻的施工環境惡劣且難度巨大，但預計每年花費2.75億美元便可防止海平面上升高達5.3m[31]，在應對海平面上升的措施中投資很小。但也有模型顯示如果在南極阿蒙森海開展海底造墻，反而會加速附近冰架的融化[32]。因此，雖然海底造墻具有創新性，并可能對減緩海平面上升起到一定效果，但未經過充分的模擬評估和實驗室測試，不能真正地大規模投入建設。

與人工上升流的實施方法類似，海底造墻也須在海底建設工程項目。因此，在分析海底造墻涉及的法律問題時，可參考人工上升流問題的分析方法，即從法律地位的界定入手，依據《聯合國海洋法公約》，將海底造墻技術的合法性問題看成部署國在該項活動中的權利和義務問題以及沿海國的海洋管轄權問題進行分析。

2海洋地球工程的法律規制

海洋地球工程存在風險和科學上的不確定性，加上國際法“碎片化”現象等現實原因，在實踐中會引發很多法律問題。尤其是很多新技術探索在南大洋等公海海域進行，對現有國際法提出新問題。

因在沿海國領海、專屬經濟區和公海開展海洋地球工程活動受到的法律規制不同，應從相關國際條約和沿海國國內法2個層面，分別探討在沿海國領海、專屬經濟區和公海開展海洋地球工程活動所享有的權利和義務。

2.1國際條約

1982年《聯合國海洋法公約》為開展和促進海洋科學研究提供總體框架，其中第十三部分共28條專門用于規范海洋科學研究活動，是規范海洋地球工程活動的重要國際法依據。根據締約方對《聯合國海洋法公約》的普遍接受程度以及第十三部分對締約方實踐活動的影響，海洋科學研究的相關條款屬習慣國際法范疇，即對所有海洋使用者具有普適性。

根據《聯合國海洋法公約》的規定可延伸出4點結論：①在沿海國領海內以科學研究為目的航行和停留的船舶不構成無害通過，但須經沿海國批準（第二四五條）;②原則上，沿海國可在其專屬經濟區自由部署船舶并使用船舶開展地球工程科學研究或大規模部署，但前提是該沿海國應適當考慮其他國家的權利（第五十六條）;③沿海國以外的其他國家享有將船舶移動到沿海國專屬經濟區內的自由，但前提是部署國應充分考慮沿海國的權利，一旦船舶停留在某個位置對海洋環境造成破壞，則部署國的自由將受沿海國管轄（第二四六條）;④開展海洋地球工程活動的國家在行使公海自由權利時須充分考慮其他國家在行使公海自由權利尤其是航行自由方面的利益（第八十七條）。此外，第二六三條明確各國和各主管國際組織從事海洋科學研究應承擔的責任，相關科研人員都應承擔責任，不可推卸責任。

上述5種海洋地球工程從操作方法的角度可分為2個類型：①通過投入特定物質（如鐵和礦物質）來降低二氧化碳濃度或地球表面溫度;②通過在海底鋪設管道或搭建圍墻等設施來改變海洋環境。由于這2類海洋地球工程所適用的國際條約有所不同，須分別進行討論。

2.1.1投入物質類海洋地球工程

《聯合國海洋法公約》明確“海洋環境污染”的概念，因此向海洋投入物質須考慮是否會對海洋環境造成不利影響，如涉及海洋環境污染則須承擔相關國際法律責任。

目前沒有完整的國際法框架規制海洋施肥工程，因此只能從習慣國際法和國際條約中探尋該項技術的合法性。直接對海洋鐵施肥工程作出規定的國際法至今僅有1992年《生物多樣性公約》以及1972年《防止傾倒廢物及其他物質污染海洋的公約》（《倫敦公約》）及其1996年議定書。其中，《生物多樣性公約》作為全球性公約對世界多數國家和國際組織具有普遍適用性，其規定開展海洋鐵施肥活動須滿足“小規模”“局限于沿海海域內”和“以科學實驗為目的”這3個條件，商業性和大規模的海洋鐵施肥活動則被禁止。商業性的海洋鐵施肥的“碳交易”與《京都議定書》具有相關性，但目前《京都議定書》僅承認“森林碳匯”，很難將海洋鐵施肥納入其適用范圍，因此商業性的海洋鐵施肥活動在任何法律制度下都不被允許。gzslib202204012227

專門針對海洋鐵施肥的《倫敦公約》及其議定書修正案于2013年正式通過，其明確提出海洋鐵施肥技術適用于“放置許可制度”。海洋鐵施肥被認定為符合海洋施肥工程要求，且屬于“小規模海洋科學研究”;經過充分的海洋環境影響風險評估，且活動過程可受到持續監測的海洋鐵施肥活動構成合法的海洋施肥科學研究，在《倫敦公約》及其議定書的框架下受到規制。但值得注意的是，由于科學上的不確定性是海洋施肥工程的主要障礙之一，對其潛在不良后果的預防措施十分重要，須貫穿整個海洋施肥工程的實施。

人工海洋堿化與海洋施肥有相似之處，即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，因此對于人工海洋堿化活動須首先考慮其是否構成“傾倒”。《倫敦公約》未禁止向海洋投入此類堿性礦物質，但在海上開展小規模傾倒須事先獲得一般許可，而大規模投入堿性礦物質須事先獲得特殊許可。對于廢物或其他物質的傾倒，《倫敦公約》議定書采用比《倫敦公約》本身更為嚴格的標準，即禁止傾倒任何廢物或其他物質，但石灰石等堿性物質在豁免清單之列。然而《倫敦公約》及其議定書修正案建立海洋地球工程許可制度（目前清單中僅列出海洋鐵施肥），也為《倫敦公約》及其議定書允許人工海洋堿化提供新的可能性。此外，許多區域性海洋公約也有相關說明，如1992年《東北大西洋海洋環境保護公約》和1992年《赫爾辛基公約》不允許傾倒上述堿性物質，《保護黑海免受污染公約》未禁止使用堿性化合物但嚴格限定堿性化合物的排放。

由于將海水水蒸氣泵入對流層屬于改變或可能改變臭氧層的活動，一些國際條約適用于海洋云增白工程。《保護臭氧層維也納公約》將“水”列為可能改變臭氧層的物質，但沒有嚴格控制使用水蒸氣的具體行為規范。《關于消耗臭氧層物質的蒙特利爾議定書》載有對消耗臭氧控制物質的量化義務，但水蒸氣不在控制物質之列。與《保護臭氧層維也納公約》相對應，《長距離跨界空氣污染公約》針對的是可能改變臭氧層的特定種類物質，但海洋云增白使用的水蒸氣和海鹽均未被列為《長距離跨界空氣污染公約》任何協議中的“空氣污染物”。也就是說，《保護臭氧層維也納公約》和《長距離跨界空氣污染公約》均未禁止或嚴格限制海洋云增白技術的使用;但與二氧化碳的情況相同，當海水水蒸氣超出環境的耐受水平時，海水噴灑和新云核的產生可能對生態系統和氣候格局造成不利影響，即可能成為《長距離跨界空氣污染公約》中污染空氣的“有害物質”。

2.1.2設施建設類海洋地球工程

根據《聯合國海洋法公約》，海底管道和圍墻被界定為“科研設備”，應帶有表明其所屬注冊機構或國際組織所在地的識別標記;為確保海上安全和空中航行安全，這個標記還應具有充分的警告信號;鑒于管道和圍墻在水面以下，為使警告信號可見，可能需要浮標或其他浮標進行輔助。

某國是否有權開展人工上升流和海底造墻活動取決于活動的地點，這與上述沿海國的海洋管轄權與工程部署國的科學研究自由有關。在工程部署后，無論出于何種原因拆除海底管道和圍墻，均應根據相關傾倒制度考慮其合法性。根據《倫敦公約》及其議定書，在海上遺棄管道和圍墻構成“傾倒”，且拆除須事先獲得《倫敦公約》的一般許可，而《倫敦公約》議定書則直接禁止遺棄海上管道和圍墻。《東北大西洋海洋環境保護公約》規定只要相關締約方主管當局逐案簽發許可，可將管道和圍墻全部或部分留在海上，但這項規則不適用于兼為《東北大西洋海洋環境保護公約》和《倫敦公約》議定書的締約方。《聯合國海洋法公約》關于拆除設施合法性的規定須考慮使用設施的目的和設施放置的位置：①沿海國可自由移走或留下其放置在其領海中的管道和圍墻，并有權移走其他國家或國際組織漂入其領海或未經其同意置于其領海內的設施。②未經沿海國事先明確批準，不得在其專屬經濟區內或大陸架上傾倒，經沿海國批準的須遵守《倫敦公約》議定書的相應規則;對于沿海國出于科學研究目的在其專屬經濟區內放置的管道和圍墻，沿海國有權根據情況自行決定是否將其拆除;如果沿海國是《倫敦公約》締約方，則其酌處權須符合《倫敦公約》的規定。③未經主管當局許可，不得將管道和圍墻留在公海海域;如果注冊管理國是《倫敦公約》締約方，則必須拆除管道和圍墻。

2.2我國國內法

在我國管轄海域內開展海洋地球工程活動須遵守《中華人民共和國海洋環境保護法》的有關規定，確保海洋地球工程活動的開展符合我國海洋環境保護標準;開展單位須對海洋環境進行科學調查并提交環境影響報告書，以獲得海洋行政主管部門的批準。除此之外，開展海洋地球工程活動還應建設與主體工程同時設計、施工和投產使用的環境保護設施，經海洋行政主管部門驗收合格后方可投產使用。

根據《中華人民共和國涉外海洋科學研究管理規定》，外方在我國內海和領海開展海洋地球工程活動須采取中外合作的方式，且所獲樣品和原始資料歸我國所有;外方在我國管轄的其他海域開展海洋地球工程活動可以單獨行動，但須得到我國海洋行政主管部門的批準且不得違反我國法律規定，所獲樣品和原始資料我國可以無償使用。

開展人工上升流活動須遵守我國《鋪設海底電纜管道管理規定》，并由自然資源部主管。在開展勘探調查活動的60日前向自然資源部提出書面申請，在鋪設管道的60日前將管道的用途、特性、長度和環境影響等說明材料報自然資源部審批;隨后管道的拆除和廢棄工作須提前報告，且所有活動都不能妨礙海上正常秩序。

向海洋投入鐵和堿性物質等活動須遵守《中華人民共和國海洋傾廢管理條例》的有關規定。鐵和碳酸鈣既不屬于“附件一”中的禁止傾倒的廢棄物和其他物質，也不屬于“附件二”中的事先獲得特別許可才可傾倒的廢物，因此開展此類海洋地球工程須得到行政主管部門（自然資源部及其派出機構）的普通許可，做好環境影響評估和監督工作，且不損害海洋生態環境和人類生命健康。

雖然國際法和國內法是不同的法律體系，但二者之間相互聯系。秉持“國際法不得干預國內法，國內法不得改變國際法”的原則，在遇到沖突問題時，如果憲法和基本法的規定不明確，還要采取具體問題具體分析的解決辦法。gzslib202204012227

3結語

海洋地球工程技術為減緩全球氣候變化提供新思路，很有可能成為應對氣候變化的有力工具。同時，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，這就意味著地球工程技術本身就是通過創造風險來減少全球變暖損害的風險，但目前仍難以明確2種風險對人類和環境造成的影響哪種較小。此外，地球工程技術存在爭議的主要原因在于其本身在科學上存在不確定性，即缺乏具有說服力的研究成果和數據說明，因此目前在技術和風險之間仍較難實現平衡。

除技術本身存在爭議外，現行國際法對上述2種風險也存在監管空白。①國際法本身“碎片化”，而海洋地球工程涉及海洋環境保護、地球工程活動規制和氣候變化應對等不同領域的國際法，相關法律還具有習慣法、國際條約和大量不具有法律效力的決議等多個效力層級;②目前僅有海洋鐵施肥技術可適用《倫敦公約》及其議定書修正案的“放置許可制度”，其他技術沒有明確的法律規范，而“放置許可制度”本身也存在極大的局限性;③法律的不明確性使很多問題處于含混不清的境地，如相關活動的“大規模”和“小規模”始終沒有明確的定義和標準。

鑒于當前全球氣候變化的緊迫形勢，國際社會對地球工程技術的興趣將持續增大。為更好地應用相關技術，應從地球工程技術本身和相關國際法出發，一方面，加強對技術的了解和認識，完善風險評估體系，將技術給環境和人類帶來的風險盡可能最小化;另一方面，為相關技術建立完整的國際法框架，將新的技術方法納入法律體系，完善對于技術不確定性的規范要求，建立合理審慎的管理機制。

實現風險平衡的最佳途徑即建立適用于所有地球工程技術的總體評估框架，既能在透明的評估過程中監督活動開展者履行義務，又使活動的開展更具合法性。根據工程潛在影響和當地環境容納量，做好物理、化學、生物和地質等方面的環境基線值動態分析[33]。參考《南極條約環境保護議定書》附件一建立評估框架：①初步評估活動的時間和空間規模，如確保活動的潛在影響極小且不會造成跨界損害即可批準，否則將區分活動規模繼續評估。②如小規模活動的不利影響在評估標準范圍內則可能批準，否則應拒絕開展活動。③對于大規模活動的評估，應從對環境和人類2個方面的不利影響來考慮。一方面，評估活動地點是否靠近特殊環境敏感性和重要性或可能對人類產生重大影響的地區;另一方面，評估技術效果是否對環境可持續發展造成威脅或對人類和有價值的生物物種產生嚴重影響。

從技術層面來看：①須更加明確地球工程技術對于減緩氣候變化的貢獻是否能抵消技術所產生的不利影響，通過研究盡可能得到量化的答案;②地球工程活動的開展存在一定的時間效應，對環境的持續性影響尚未可知，因此須做好基線調查和長期監控工作，避免對環境造成不可逆的影響;③每種技術所采用的某些特定程序和物質是根據現有知識設計的，隨著技術的發展成熟，這些條件須根據新的信息加以修改。從國際法層面來看：①國際法并非自一開始就絕對禁止開展地球工程活動，其管轄的是一切正在發生或可能發生的物理風險;②國際法應為地球工程技術提供完整的管理框架，主要目的是在技術潛在風險和氣候變化產生的不利影響之間達到平衡。此外，各國應加強國際合作，以實現人類共同利益為首要目標，促進科技發展與環境穩定的共贏。