温室效应是怎样形成的？温室效应对地球的影响

冰盖融化、海平面上升、粮食短缺,以及因争夺土地、淡水和自然资源而引发战争,这些是气候科学家对地球文明的未来所做的可怕预言。这些预言都发源于约瑟夫·傅里叶1824年提出的一个观点:地球的大气正在捕获阳光,积累热量,致使我们的星球温度上升,超出正常范围。正在让地球升温的温室效应和让内部空气升温的花园温室,两者的作用原理大不相同。在花园温室中,热量以太阳可见光的形式自由地穿过玻璃,但它以热空气的形式准备跑出去时却被困住了。

温室效应是怎样形成的?温室效应对地球的影响

同样,太阳光以可见光的形式照到地球上。而大气就像是花园温室的玻璃,对于这种辐射几乎是透明的。于是阳光径直穿过大气,把能量传递给地面。但地球温室效应和花园温室的相似之处仅限于此。接下来,阳光致使地面温度上升,发出热辐射—主要在红外线区域,比可见光的波长要长。而大气对位于红外线区域的热辐射不那么透明,这样大气就会吸收一部分热辐射。一段时间后,大气会向所有方向均匀地释放热辐射,其中一定会有一部分热辐射是向下释放的,从而让地面温度比没有这个过程时更高。

这就是大气的温室效应。大气中的某些气体,如二氧化碳、甲烷、臭氧(一个臭氧分子由三个氧原子构成),会吸收红外辐射,引起温室效应。1824年,法国科学家及数学家约瑟夫·傅里叶( Joseph Fourier)首次提出了温室效应假说。根据太阳的温度以及地球与太阳的距离,傅里 叶计算出了地表的温度。他发现计算的温度比实际观测到的温度要低很多。傅里叶在考虑差异的原因时推测,大气层可能对地球有隔热的作用。但是傅里叶没有弄清其中的机理。

红外吸收体

1896年,瑞典化学家斯凡特·阿伦尼乌斯( Svante arrhenius)解开了其中的奥妙。他了解到傅里叶对地表温度的计算及其结果的偏差后,(正确地)假设这个偏差是由大气中的二氧化碳引起的。当时已有实验证实,二氧化碳吸收红外辐射。不仅如此,阿伦尼乌斯还第一个预言了这对地球的意义。当时,工业革命如火如茶,人类正以前所未有的速度消耗着煤炭能源,向空中排放大量的二氧化碳。

阿伦尼乌斯指出,这将加剧傅里叶所说的温室效应,让全球变暖。然而,他的此番预言完全不像气候科学今天所描绘的黑暗场景和末日劫难。相反,地球变暖成了值得庆贺的福音,因为人们在这之前刚刚发现,地球才经历过若干冰期,冰期中大片地表都被冰封了。没人担心全球变暖,因为它能让人类幸免于“全球变冷”这一极端气候灾难。不光如此,人们还认为,全球变暖对农业可能是个利好消息,能让俄罗斯和加拿大荒芜的冻土变成良田。

变暖的地球

那么,世界正在变暖的证据在哪儿呢?1938年,英国工程师盖·卡伦达( Guy Callendar)拿出了证据。他收集了地球在1890年到1935年间的平均温度,发现地球温度升高了0.5摄氏度。1958年,斯克里普斯海洋学院的查尔斯·基林( CharlesKeeling)教授成立了一个项目,在夏威夷莫纳罗亚火山监测二氧化碳,这时更多支持地球变暖的证据出现了。他证实,从1958年到2005年大气中二氧化碳的含量从315ppm上升到了380pm。而在工业革命前的19世纪,二氧化碳含量只有280ppm。到了20世纪六七十年代,几乎没有人再质疑地球正在变暖的事实了。全球变暖的短期后果逐渐清晰,压过了冰期对地球的远期威胁。如果气候科学家是对的,那么在今后的几百年间,冰盖融化会使海平面上升,全球很多大城市,包括香港、伦敦和纽约,都有可能被淹没。

怀疑派的回应

虽然基林和其他研究者取得了很多成果,但人类碳排放与全球变暖之间的联系似乎更难证实。对气候变暖持怀疑态度的人认为,温度上升是由太阳能量输出的自然变化引起的。气候理论模型的有效性也受到了质疑。比如,云层的作用并没有完全搞清楚:云层在一定程度上会让地球变暖,水蒸气本身就是一种温室气体;但云层形成的白色覆盖会反射太阳的温暖光线,又有助于让地球保持低温。

不管怎样,目前的科学共识是,全球变暖是由人类的活动引起的。2007年,负责调查气候变化现象的组织—政府间气候变化专门委员会(IPCC),发布了第四次报告指出:“20世纪中叶以来所观测到的全球平均气温增长,很有可能(>90%)是由于人造温室气体的增加导致的。如果地球上的气候逾越了关键的“引爆点”,那么气候变化就很难甚或不可能再逆转了。在这之前。人类的未来取决于各国对二氧化碳排放的控制。令人堪忧的是有些科学家认为现在可能已经太迟了。

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