地球气候演化小史
作者是中国人，但这个英文标题起的更贴切于内容（Stories of climate change and people）。这本书是由72个小品文组成，尽管有院士做序，由于是面向青少年的科普类书籍，所以显得有点“水”，不过也有不少有趣的内容令我大受启发，比如用报纸中碳13与碳12的比值验证燃烧化石燃料的影响。
原文摘抄：
对所有树木来说,它们更“喜欢”那些含有在碳同位素中较轻的碳-12的二氧化碳。因此,由千百万年前动植物转变而成的煤、天然气和石油等化石燃料中,缺乏在碳同位素中较重的碳-13。据此,亚基尔博士提出科学假设受工业革命以来人类大规模燃烧化石燃料的影响,大气中被人为地增加了更多的碳-12。因此,报纸期刊纸张中碳-13对碳-12的比例,应该随着时间的推移而下降。
维持这些人口生存的主要作物是玉米、南瓜和碗豆等,人们还通过用玉米饲养火鸡来补充必要的营养。科学家通过对树木年轮的分析研究发现,1275年至1295年,梅萨沃德的气候极度干燥,其间不但发生过连续23年干旱,气温也非常低。由于气候的作用,玉米产量大幅度下降,维持该地区生存的整个食物链发生崩溃。确定气候变化是梅萨沃德高原印第安阿纳萨兹人社会消亡的主要罪魁,为寻找玛雅文明消失的原因提供了新思路。
虽然城市热岛效应早在20世纪初就被科学家发现,但直到195年7月美国芝加哥出现高达41℃的热浪,导致50多人死亡,以及2003年欧洲中部的热浪导致近5万人死亡之后,才引起了广泛重视。城市热岛的形成,主要是在城市建设中,出于经济利益的考虑,密集建设大量高大建筑物,导致街道日趋狭窄,城市绿地和水面大幅减少,空气流动性也明显减少;而不断增加的各种车辆、工业厂房、建筑物(尤其是带有暖气和空调设施的)所排放的废气,在城市上空形成能够阻挡长波辐射的“温室层”,进一步增加了城市的温度。国外一些观测研究发现,城市热岛效应趋于极端时,城市气温可以比周边高10℃以上。研究表明,如果夜间温度不能降低到25℃以下,人类就很难进入深度睡眠,而缺乏有效睡眠,就会导致连锁健康问题,对老人和有心血管疾病的人,这些健康问题可能是致命的。这就是1995年芝加哥热浪导致约600人中暑死亡及2003年的欧洲热浪导致成千上万人死亡的主要原因。
城市热岛效应趋于极端时,城市气温可以比周边高10℃以上。
科学研究表明,纳米布沙漠甲虫是生命适应地球自然环境的奇妙代表。超级防水凹槽原来,与世界上其他沙漠不同,纳米布沙漠尽管常年不下雨,却是世界上雾最多的沙漠之一。夜晚,沙漠地面温度迅速下降,当大西洋饱含水汽的热浪冲向纳米布沙漠时,湿热空气在地面遇冷凝成雾。而物理学原理表明,空气中的水汽可以在温度比较低的物体表面凝结成水珠。每当夜晚来临,纳米布沙漠甲虫开始向沙丘之巅努力攀登,以便获得最多的水汽;与此同时,它们的体温也降到了气温以下,水珠便在甲虫背部逐渐形成。特别奇妙的是,纳米布沙漠甲虫经过干万年的进化,在它们的翅膀上形成了一种超级亲水的皮肤,同时在其背部还生成了一种超级防水凹槽。
全球变暖与森林火灾发生频率的正关系全球变暖和大的森林火灾发生频率有明显的联系。历史记录表明,美国西部森林火灾程度和频率的增加与3-8月更高的温度有关。以美国为例,1987年至2003年发生的特大火灾比前17年增加了约4倍,林火烧毁的森林增加了7倍以上。
最系统和完整的降水记录在中国具有7000年历史的中华文明,对包括降雨在内的各种天气现象早有记录。殷商时期的甲骨气象档案对于雨量的记载,已区分为大雨、小雨、多雨、无雨等数类。到明朝时,明成祖朱棣已经知道要求地方长官使用统一标准的雨量计,每年向朝廷报告雨量,以此估量各地区的农产。现存于中国第一历史档案馆的清代《晴雨录》,作为世界上最系统和完整的气象观测历史记录而被当今科学界所接受。这是一部逐日逐时记载的降水记录,记载了自清代雍正二年(1724)至光绪二十九年(1903)北京地区的降水情况,共180年(中间缺漏6年,实为174年),是研究中国气候变化的宝贵历史文献。
科学家观察到,为了适应气候变化,各种生物正在出现大迁徙。一般而言,随着气温升高,植物和动物更容易在更高的海拔高度和纬度生活。在过去几+年中,生物界的这一变化趋势非常明显。平均而言,物种迁移的速度大约为每10年海拔上升12米、向高纬度地区移动16千米。而对某些物种而言,其迁移速度之快令人惊讶。生活在北美洲的山栖鼠兔就是一个典型例子。在20世纪前期,科学家记录到这些啦齿动物平均每10年向高海拔地区移动11米左右。但是,20世纪90年代后期以来,这些小动物向上迁移的速度明显加快,大约每10年向上145米左右,是原来上升速度的十多倍。台湾的科学家对夏季上山避暑的飞蛾进行了长期观察,对比1965年在山上发现的100多种蛾类的情况,到2007年,这些蛾类的夏季栖息地在40年间平均上升了近80m
诺贝尔物理学奖得主朱棣文在其任美国能源部长时曾广为呼吁:将全世界屋顶刷成白色,以反射太阳光和热量。计算表明,如果将全球所有城市屋顶都漆成白色,地球对太阳光的反射可以增加10%,相当于抵消了240亿吨二氧化碳的增温效应。
温暖的“大治”与目前一些媒体爆炒的全球气候变暖灾害论相反,我国历史上的“大治”之年,几乎都发生在温暖时期,自然经济形态下冷抑暖扬的文明韵律十分清晰。比如隋唐暖期所出现的贞观之治和开元盛世,使中国进入了长达百年的强盛时期。产生这个现象的原因非常有趣:农业对气候变化十分敏感,在“民以食为天”的农耕经济时代,当气候温暖时,适宣耕作的土地扩大,农牧交错带北延,南方更容易发展多熟稻作,单位亩产(剔除生产技术因素)增高,人民安居乐业,“仓廪实而知礼节”。气候暖期为农业发展提供了稳定的环境背景,而稳定的农业,又为城市建设、商贸流通、工艺和文化的发展,以及战争能力、政权巩固等提供了必要的经济基础。
让气候可以听到。为了让更多公众认识气候变化的影响,气候科学家和环保活动家在公共宣传上做了大量工作,但由于他们所展示的大多是传统的图表和统计数字,往往很难引起缺乏专业知识的社会公众的共鸣。为此,一些艺术家开始尝试通过艺术的方法,如绘画、影视音乐等,来描述过去、现在和未来的气候变化。就读于美国明尼苏达大学的丹尼尔·克劳福德就是其中的一位。在音乐中,我们会听到不同频率的声音,频率高则音调高,反之亦反。根据这一原理,克劳福德在地理学教授斯科特·圣乔治的指导下,将美国宇航局提供的1880年到2012年全球平均温度数据进行了处理。他将温度最低年份定为最低音符,随着温度的发展变化,音调也发生相应改变。这样,整段乐曲跨越了三个8度音,每个半音向上或向下代表了约003℃的变化。克劳福德将这首完全采用真实的气候观测数据谱曲的乐曲命名为《我们正在变暖的星球》。
由于大气中由人类活动产生的二氧化碳含量快速增加,海洋每年要多吸收额外的二氧化碳,导致海水的pH值降低(海洋酸化),也进一步影响了珊瑚的钙化速度。
西班牙著名鸟类学家费雷尔发现,由于气候变暖,过去长途迁徙的候鸟现在只进行短途迁徙,而短途迁徒的候鸟已经不再迁徙了。据他估计,全球有将近200亿只候鸟约占全世界候鸟总数的70%)已经由于气候变化而改变迁徙习性,这些改变又引发了它们繁殖习惯、进食习惯和遗传多样性的改变。
1905年,德国化学家弗里茨·哈伯发明了将大气中的惰性氮转化为活性氮的方合成氨技术,又称为哈伯法,使人类从此摆脱了依靠天然氮肥的被动周面,为全球农业产量的大幅提高作出了杰出贡献,他也因此获得1918年瑞典科学院诺贝尔化学奖,被人们赞誉为“用空气制作面包的圣入”。但是,哈伯发明的人为固氮方法,即化学氮肥的生产应用,在提高农产品产量的同时,也给生态环境带来显著压力【1】。从全球范围看,目前与氮循环有关的温室效应、水体污染和酸雨等生态环境问题正快速加剧。人为温室气体:氧化亚氮随着全球人口不断增加,其对食物的基本需求和奢侈需求越来越高,促使包括氮肥在内的各类化肥在农业上的广泛和无节制使用,加之牛羊猪鸡等家畜家离饲养量增加带来的排泄物增加,以及化学产品和化肥生产中的排放、汽车尾气排放等,由人类活动排放的氧化亚氮(N2O)已经占全球生物圈向大气排放总量的40%之多。而氧化亚氮在气中的生存期长达114年!大气中的氧化亚氮含量越来越高,当它进入大气平流层以后,会消耗其中的臭氧,使到达地面的紫外线辐射量增加,对人体健康造成影响。同时,氧化亚氮所产生的温室效应,又是相同重量的二氧化碳的300倍!
【1】恩格斯说：“我们不要过分陶醉于我们对自然界的胜利。对于每一次这样的胜利，自然界都报复了我们。每一次胜利，在第一步都确实取得了我们预期的结果，但是在第二步和第三步却有了完全不同的、出乎预料的影响，常常把第一个结果又取消了。”
近年来全球气候持续变暖。但绝大多数公众,尤其是年轻人可能并不知道,让科学界真正关注全球变暖问题的起因,却是40多年前美国《新闻周刊》( Newsweek)发表的篇科学采访报道。40年前的担忧发表于1975年4月28日的这篇以《正在变冷的世界》( The Cooling World)为题的报道仅有短短的9段,也不是封面故事,却使其作者—时任《新闻周刊》科学编辑的Peter Gwynne一夜成名。在全球变暖的政治论战中,这篇文章更是被那些气候变化的反对者经常引用,以证明全球变暖在科学认识上的不确定性。Peter Gwynne报道的起因,是当时所观测到的全球温度自1940年持续下降,以及苏联科学家对此现象做出的地球将进入新的冰期的预测。
强烈的厄尔尼诺导致1789年至1793年欧洲农作物产量的大幅度下降,间接触发了法国大革命;而1876年至1877年间的厄尔尼诺引发的极端天气,导致了19世纪全球最致命的饥荒,仅在中国北方,就造成上千万人死亡。
2015年6月1日21时32分,重庆市东方轮船公司所属的“东方之星”号客轮南京开往重庆途中,在湖北省荆州市监利县长江大马洲水道翻沉,造成442人死亡件发生后,国务院成立了由来自国家安全生产监督管理总局、工业和信息化部、公安部监察部、交通运输部,中国气象局、全国总工会、湖北省和重庆市等有关方面,包括气象、航运安全、船舶设计、水上交通管理和信息化、法律等多领域专家参加的调查组经过近7个月的调查,最终认定“东方之星”号客轮翻沉事件是一起由突发罕见的强对流天气—飑线伴有下击暴流带来的强风暴雨袭击导致的特别重大灾难性事件。
在20世纪80年代末到90年代初,注意到气候变化影响的全球性,联合国环境规划署(UNEP)和世界气象组织(WMO)合作成立了著名的政府间气候变化专门委员会(IPCC)。IPCC首先组织了全球数百名顶尖专家,对已有的气候变化科研成果进行了综合评估,以明确的语言表明了科学界对已发生的气候变化及其成因的科学共识。1990年,IPCC发布第一次评估报告,该报告对政策制定者和广大公众产生了深远影响,览定了联合国气候变化框架公约的科学基础,并为随后20多年应对气候变化的国际谈判制定了包括著名的“共同但有区别的责任”在内的一系列基本原则。1992年6月4日,在巴西里约热内卢举行的联合国环境发展大会上,《联合国气候变化框架公约》( UNFCCC)正式通过,成为国际社会在应对全球气候变化问题上开展国际合作的一个基本框架,从1994年3月21日起正式生效;并决定公约缔约方每年召开缔约方会议(COP),以评估应对气候变化的进展。至此,全球气候变化也逐步由单纯的科学问题,转变成错综复杂的、涉及全人类可持续发展的社会、经济和政治问题。场关于气候的政治剧,一年一集,就此拉开帷幕。里积里程碑在过去的20年间,出现了一些值得纪念的里程碑COP。1997年12月,COP3会议在日本京都举行,与会各国一致通过了具有法律约束力的(京都议定书》( Kyoto Protocol),在为发达国家设定了温室气体排放具体目标的同时,还设计了一系列灵活机制,为发展中国家组织温室气体减排行动,帮助发达国家实现其减排义务创造了机会2007年在国际上被称为“气候变化年”,这年在印度尼西亚巴厘岛举行了COP13此前,IPGC第四次评估报告陆续发布,ICC和美国前副总统戈尔共同分享了诺贝尔和平奖,气候变化成为国际社会关注的核心议题。在一片祥和的气氛中,COP13通过的《巴里岛路线图》( Bali Roadmap),确立了“双轨制”的设计,满足了发达国家和发展中国家各自的诉求然而,正当人们为 UNFCCC谈判的未来前景信心满满的时候,先是2008年爆发的全球金融危机,后是2009年11月英国东英吉利亚大学气候研究中心被黑客入侵,研究人员的电子邮件曝光后引发了所谓“气候门”事件,为气候变化怀疑论者提供了新的“王牌”,气候变化怀疑论甚嚣尘上,给随后在丹麦哥本哈根举行的COP15带来了不祥之兆。果不其然,借欧盟与东道主在会议前草拟会议决议为由,来自各方利益的代表在两周的谈判中全无合作诚意。在激烈的相互指责中,COP15仍通过了《哥本哈根协议,首次实现发达国家和发展中国家都做出减排承诺,打破了发达国家和发展中国家减排行动的界限。
2015年12月,在法国巴黎举行的第21届联合国气候变化大会通过了全球气候变化新协定(简称《巴黎协定》),给出了2020年后全球应对气候变化行动的路线图,《巴黎协定》提出把全球平均气温较工业化前水平升高控制在2℃之内,并为把升温控制在15℃之内而努力的目标。2016年4月22日的“地球曰”,是全球应对气候变化历史上具有特殊意义的一天这一天,举世瞩目的《巴黎协定》在联合国总部签署,超过170个国家的代表在唯份《巴黎协定》原件上签字,标志着各国在共同应对气候变化挑战方面迈出全新一步道阻且长,行则将至”一从“地球日”的创立,到《巴黎协定》的最终签署,人也许还只迈出了一步,但这是关键性的一步。
与许多奇怪现象被发现之初一样,科学家和公众一开始都对亚马尔半岛这个被称为“世界尽头”的荒寒之地为何突然出现如此多坑的原因,做了多种猜测,其中不乏一些奇淡怪论。例如,有人认为这些坑是俄罗斯试射新型导弹造成的;也有人认为这是外星人造访人类的新证据。这些猜测看上去也有些道理,特别是当最近一个坑形成之时,人们在100千米外都听到了巨响,伴随着爆炸声还能看到天空中出现的闪光。对亚马尔半岛深坑进一步的科学考察发现,全球变暖可能是造成这一现象的主要亚马尔半岛沿海大部分是低平的沙岸,由于海相和冰川沉积物的影响,地貌复杂冻土层下蕴藏着大量天然气。近些年,整个北极地区变暖速度是全球平均水平的2倍,直接导致冻土层中冰的快速融化,改变了冻土层的内部压力,存在于冰丘缝隙中的天然气最终从地下喷发出来引发地表爆裂,形成了人们所见的深坑。“草原蹦床”回到本文开始提到的俄罗斯和挪威科学探险队,科学家们在向深坑考察目标行进途中发现,脚下原本坚实的草原有时会突然出现弹性,就像走上了蹦床一样。当他们将这些“草原蹦床”戳破时,从中释放出的气体,经测定确认是甲烷和二氧化碳。
1845年秋天,土豆黑霉病在爱尔兰大暴发,导致该年产量损失了三分之一;1846年则是全面绝收。虽然1847年土豆种植受损程度有所减轻,但在接下来的1848年,黑霉病又使大部分收成化为泡影。黑霉病的反复袭击,再加上执政者错误的农业和救灾政策,最终在爱尔兰演化为场严重饥荒。1845年至1851年,大饥荒发生的短短5年时间内,由于大量人口死于饥饿和疾病,再加上大量人口移民国外,爱尔兰总人口从接近850万降至650多万,净减少200万。一百多年后,这次大饥荒的影响依然存在:直到今天,爱尔兰的人口也没再恢复到大饥荒前的水平
海水和人血中溶解的化学元素的相对含量惊人地接近!在海水中,氯为550%,钠为306%,氧为56%,钾为11%,钙为12%,其他元素为65%;而在人血中,氯为493%,钠为300%,氧为99%,钾为18%,钙为08%,其他元素为82%。这一结果不是偶然的巧合,而是人身上的海洋印记
观测发现,在2002年至2015年间,每逢欧亚大陆遭遇干旱的年份,地轴便会向东倾斜;而当该地区较为湿润时,地轴便会朝西倾斜。这是科学家首次发现全球水循环变化与地轴偏移方向之间存在一对一的匹配关系!
