作者：風(fēng)雨下黃山
![[轉(zhuǎn)載]全球變暖災(zāi)難程序已啟動：氣候系統(tǒng)逐漸失控](http://image58.360doc.com/DownloadImg/2013/01/1521/29627285_1 "[轉(zhuǎn)載]全球變暖災(zāi)難程序已啟動：氣候系統(tǒng)逐漸失控") 撰文 約翰?A?加里 (John Carey) 翻譯 曹智 白艷瑩 閔慶文
過去十年來，科學(xué)家認(rèn)為他們已經(jīng)找到辦法，使人類免受氣候變化帶來的最嚴(yán)重威脅。據(jù)說，將地球變暖的幅度控制在2℃之內(nèi)，就可以避免海平面上升和極端干旱等災(zāi)難的發(fā)生。目前大氣中CO2濃度為395 ppm，而工業(yè)化前為280 ppm。要讓溫度上升幅度控制在2℃之內(nèi)，需要將大氣中能夠吸收熱量的CO2含量限制在450 ppm以內(nèi)。
現(xiàn)在看來，科學(xué)家們是錯(cuò)誤的。全球最新數(shù)據(jù)顯示，地球變化快得出人意料。北冰洋消融的海冰比預(yù)期更多；橫跨阿拉斯加和西伯利亞的永久凍土帶釋放的強(qiáng)力溫室氣體CH4也比模型預(yù)測的更多；南極洲西部冰架垮塌的速度比預(yù)想更快；冰架后方大陸上的冰川滑入大海的速度也比以前更快；類似2012年夏天，席卷美國大部分地區(qū)的洪水和熱浪之類的極端天氣的出現(xiàn)頻率也有上升的趨勢。根據(jù)這些現(xiàn)象，可以得出什么結(jié)論？德國波茨坦大學(xué)的海洋物理學(xué)教授斯特凡?拉姆斯托夫(Stefan Rahmstorf)說：“作為科學(xué)家，我們還沒有得出如果將氣候變暖幅度控制在2℃之內(nèi)，一切將會萬事大吉的結(jié)論?！?nbsp;
可能會誘發(fā)全球氣候變化加劇的因素是正反饋循環(huán)機(jī)制，科學(xué)家一直假定這種反饋已經(jīng)開始。例如，海冰的減少導(dǎo)致反射的陽光減少，使更多海水變暖，而這又會使更多海冰融化；更嚴(yán)重的永久凍土層融化，會釋放更多CO2和CH4到大氣中，而這反過來又導(dǎo)致永久凍土層進(jìn)一步融化…… 對潛在的快速反饋機(jī)制的研究，使一些科學(xué)家變成了災(zāi)難預(yù)言家。這些專家說，即使各國立即認(rèn)真對待降低溫室氣體排放問題，并將大氣中CO2濃度保持在450 ppm的上限之下(雖然這種情況越來越不可能發(fā)生)，這些努力可能也會太小、太遲了。美國航空航天局戈達(dá)德空間研究所負(fù)責(zé)人詹姆斯?E?漢森(James E. Hansen)警告說，除非世界CO2水平銳減到350 ppm，“不然我們將會啟動一個(gè)人類無法控制的程序?！?他說本世紀(jì)海平面的上升幅度可能高達(dá)5米，這將淹沒從邁阿密到曼谷的沿海城市。同時(shí)，持續(xù)的高溫和干旱可能帶來大規(guī)模的饑荒。漢森補(bǔ)充說：“后果是不可想象的”。我們可能正處在快速駛向更暖世界的單向快車道上。
這是危言聳聽嗎？一些科學(xué)家是這么認(rèn)為的。美國國家海洋和大氣局的艾德?德盧克恩埃克(Ed Dlugokencky)對甲烷含量進(jìn)行了評估，他說：“我認(rèn)為，在短期內(nèi)，災(zāi)難性的氣候變化是不可能發(fā)生的?！泵绹屏_拉多大學(xué)博爾德分校的冰川學(xué)家W?泰德?普費(fèi)弗(W?Tad Pfeffer)對全球融冰進(jìn)行估算，并得出結(jié)論：本世紀(jì)海平面上升最大不到2米，而不是5米。然而，他與漢森同樣具有緊迫感，因?yàn)榧词购苄〉淖兓矔{到人類文明——如果這個(gè)文明只對非常穩(wěn)定的氣候系統(tǒng)有認(rèn)識的話?！肮姾蜎Q策者應(yīng)該明白，海平面即使只上升60～70厘米，后果就會有多么嚴(yán)重，”普費(fèi)弗警告說，“這種日漸嚴(yán)重的災(zāi)害真的可以毀滅人類?！? 雖然科學(xué)家對氣候變化的速度意見不一致，但是這個(gè)特別的反饋循環(huán)機(jī)制如果真的具有放大氣候變化的作用，那它將對地球的未來造成很大威脅。英國南安普敦大學(xué)的海洋和氣候變化專家埃爾科?羅林(Eelco Rohling)教授說：“我們必須開始更多地考慮‘已知的未知領(lǐng)域’，和‘未知的未知領(lǐng)域’?！彼忉屨f：“我們可能無法確切地知道所有的反饋機(jī)制，但過去的變化表明，它們確實(shí)存在。”等到研究人員能夠控制未知的時(shí)候，可能為時(shí)已晚。這引起了新西蘭惠靈頓維多利亞大學(xué)大氣科學(xué)家、2007年政府間氣候變化專門委員會(IPCC)核心人員馬丁?曼寧(Martin Manning)的擔(dān)憂，他說：“本世紀(jì)氣候變化速度之快，使我們來不及了解它?！?/font>
從過去看未來 科學(xué)家越來越關(guān)注氣候劇烈變化的一個(gè)很重要的原因是，他們對過去理解得更深刻了。20世紀(jì)80年代，科學(xué)家通過從冰芯記錄中獲取的信息，了解到地球已經(jīng)多次經(jīng)歷突然和劇烈的溫度波動時(shí)，都震驚了。迄今為止，科學(xué)家已經(jīng)擁有了過去80萬年的詳細(xì)氣候圖片。漢森的最新分析結(jié)果顯示，溫度、CO2濃度和海平面之間具有顯著的相關(guān)性：它們同增同減，變化曲線幾乎完全重合，但這種相關(guān)性并不能證明是人類活動造成的溫室氣體排放引起了氣候變暖。然而，哈佛大學(xué)的杰里米?沙坤(Jeremy Shakun)及其同事的最新研究顯示：上一個(gè)冰期，CO2濃度增加要早于溫度增加。在最近的《自然》雜志上他們得出結(jié)論：“由CO2濃度上升引起的變暖是溫度變化的原因之一”。
過去的一些變化快得令人難以置信。羅林對紅海沉積物的研究顯示，大約12.5萬年前的最后一個(gè)暖冰期(在兩個(gè)冰期之間)，海平面在100年內(nèi)升降波動高達(dá)兩米。羅林說：“這真是快的離譜?！彼姆治鼋Y(jié)果表明：在與我們現(xiàn)在類似的氣候環(huán)境中，海平面要比現(xiàn)在高6米多。美國賓夕法尼亞州立大學(xué)地球科學(xué)教授理查德?阿利(Richard Alley)說：“這沒有告訴我們未來是什么樣的，但這值得我們關(guān)注。”
同樣令人驚訝的是，只需要很少一點(diǎn)外部能量(或者說“脅迫”)，就能夠觸發(fā)過去那些波動。例如5 500萬年前，北極是一個(gè)亞熱帶的天堂，平均氣溫為23℃。那時(shí)，鱷魚可以生存在格陵蘭島，熱帶地區(qū)對大部分生物來說可能就太熱了。這個(gè)溫暖的時(shí)期，被稱古新世—始新世極熱(PETM)期，顯然是因?yàn)榈厍驕囟壬?℃引起的，當(dāng)時(shí)地球在溫度沒有上升前就比現(xiàn)在暖和。那次升溫可能造成CH4和CO2的快速釋放，這就導(dǎo)致溫度更高和更多溫室氣體的釋放，進(jìn)而引起進(jìn)一步變暖。最終的結(jié)果是：地球長達(dá)幾百萬年的持續(xù)高溫(見《環(huán)球科學(xué)》2011年第8期《全球變暖：速度比幅度更致命》)。 在過去的100年里，人類活動已經(jīng)帶來不止0.8℃的溫度升高。溫室氣體被釋放到大氣中的速度，是PETM時(shí)期的10倍，這給了環(huán)境非常大的壓力。美國普渡大學(xué)教授、地球和大氣科學(xué)家馬修?休伯(Matthew Huber)說：“如果我們用掉未來100年的碳，我們也將遇到和PETM時(shí)期同樣的變化?！?/font>
與已知的各個(gè)冰期發(fā)生變化的原因相比，我們現(xiàn)在更有力地推動著氣候變化。塞爾維亞天文學(xué)家米盧廷?米蘭科維奇(Milutin Milankovic)指出，冰期的消長與地球運(yùn)行軌道和傾斜角的微小變化有關(guān)。幾萬年來，其他行星對地球引力的變化使地球軌道從接近圓形逐漸變成輕度偏心圓。漢森說，這些變化使照射到每平方米地球表面的太陽能有了大約0.25瓦的波動，這個(gè)量是非常小的。這些能量如果要引起能觀察到的氣候波動，必須經(jīng)由像海冰變化和溫室氣體排放這類的反饋機(jī)制放大。英國皇家霍洛威大學(xué)教授、地球科學(xué)家尤安?尼斯貝特(Euan Nisbet)說，過去的氣候變暖，“反饋緊接著反饋，如此循環(huán)”?！ ∪祟惻欧艤厥覛怏w帶來的氣候脅迫非常大，達(dá)到每平方米3瓦(相當(dāng)于0.25瓦的12倍)，并在不斷上升。那么，氣候變化的速度會不會也是以前的12倍呢？不一定?！拔覀儾荒軐⑦^去和未來的響應(yīng)等同起來，”羅林解釋說，“我們要研究的是全球變暖的運(yùn)行機(jī)制、如何觸發(fā)以及結(jié)果能有多糟?！?/font>
令人不安的反饋機(jī)制 科學(xué)家已經(jīng)明白，反饋機(jī)制中，反應(yīng)最快的部分是遍布全球、攜帶著熱量的洋流。如果大量的淡水(坍塌的冰川或增加的降水)傾入北半球海域，暖流就會減緩或停止，推動全球洋流的“引擎”也就停止了，結(jié)果會導(dǎo)致格陵蘭島在十年內(nèi)從冷變暖。美國海洋及大氣管理局地球系統(tǒng)研究實(shí)驗(yàn)室的資深科學(xué)家彼得?坦斯(Pieter Tans)說：“格陵蘭島冰芯記錄顯示，變化可能會發(fā)生得非常非常迅速，甚至用不了10年。” 阿利回憶說，剛進(jìn)入21世紀(jì)，上述“淡水機(jī)制”被弄清楚時(shí)，“我們很多人都很緊張”。他補(bǔ)充到，然而更詳細(xì)的模型表明，雖然“增加淡水是非?？膳碌模窃黾拥乃俣炔]有達(dá)到從根本上改變?nèi)驓夂虻某潭取薄?/font>
反饋機(jī)制中一個(gè)更直接的、令人擔(dān)憂的部分是永久凍土帶，它現(xiàn)在已經(jīng)開始“冒泡”了?？茖W(xué)家曾一度認(rèn)為，苔原凍土的有機(jī)質(zhì)只有1米深，所以從升溫開始到深層土壤開始大量解凍，要經(jīng)過很長時(shí)間。根據(jù)最新研究，這個(gè)判斷是錯(cuò)誤的。佛羅里達(dá)大學(xué)的生物學(xué)家特德?索爾(Ted Schuur)認(rèn)為：“我們所有的發(fā)現(xiàn)幾乎都出乎意料。” 第一個(gè)意外是凍土中的有機(jī)碳深達(dá)3米，所以有機(jī)碳含量比預(yù)期更多。此外，西伯利亞零星分布著覆蓋有富含有機(jī)質(zhì)的永久凍土層的大土丘，被稱為苔原富冰黃土(yedoma)，是由風(fēng)帶來的泥土堆積形成的。這些碳存量多達(dá)幾千億噸。索爾說：“大約是現(xiàn)在大氣中CO2含量的兩倍。”科羅拉多州立大學(xué)甲烷研究學(xué)者喬?馮費(fèi)希爾(Joe von Fischer)說：“這種形式的碳是一種定時(shí)炸彈?！眱鐾两鈨鲈蕉?，就會有更多的微生物把有機(jī)碳分解成CO2和CH4，造成氣溫升高，進(jìn)一步使更多的凍土解凍。
定時(shí)炸彈爆炸的時(shí)間可能正在提前。凍土表面的冰雪融水往往會形成淺湖。阿拉斯加費(fèi)爾班克斯大學(xué)的凱特?沃爾特?安東尼(Katey Water Anthony)發(fā)現(xiàn)，有甲烷從湖底釋放出來(見《環(huán)球科學(xué)》2010年第1期《甲烷：從北極凍土中爆發(fā)》)。許多研究人員還發(fā)現(xiàn)，永久凍土層融化會分裂成小峽谷，形成熱喀斯特地貌(thermokarsts)，這就會增加凍土暴露在空氣中的面積，加速凍土融化和溫室氣體排放。最近，對挪威斯匹次卑爾根群島和西伯利亞的考察中發(fā)現(xiàn)，淺水域的海底有大量甲烷釋放。
如果由點(diǎn)及面鋪展開來，甲烷排放總量足以引起全球氣候大波動。不過，全球甲烷排放量的測算值不一定代表當(dāng)前甲烷的實(shí)際增加量。阿拉斯加費(fèi)爾班克斯大學(xué)致力于永久凍土溫度研究的弗拉基米爾?E?羅曼諾夫斯基(Vladimir E. Romanovsky)說，一是因?yàn)榧淄榕欧诺臒狳c(diǎn)“只存在于局部地區(qū)”，二是科學(xué)家們更善于發(fā)現(xiàn)以前本來就存在的熱點(diǎn)地區(qū)。因此，羅曼諾夫斯基說：“我不擔(dān)心甲烷增加帶來的氣候劇變?！?/font>
其他人并不這么肯定，特別是因?yàn)榧淄橛辛硪粋€(gè)潛在的主要來源——熱帶濕地。氣候變暖很可能引起熱帶地區(qū)降雨增加，濕地面積將會擴(kuò)大，濕地生產(chǎn)力也會提高，就會有更強(qiáng)的厭氧分解作用，釋放更多的甲烷。增加的濕地可以釋放與北極變暖差不多、甚至更多的甲烷。我們應(yīng)該有多擔(dān)心？尼斯貝特說：“我們不知道，但我們最好繼續(xù)觀測?！?/font>
冰凍效應(yīng) 讓氣候?qū)W家最擔(dān)心的反饋部分是地球上冰的減少。例如，許多氣候模型并沒有成功預(yù)測今年夏天北冰洋海域海冰的急劇減少。尼斯貝特說：“這是模型方面的極大失敗。”格陵蘭島和南極洲的冰川也在迅速消失?！ 榱伺宄@是怎么回事，科學(xué)家一直在進(jìn)行衛(wèi)星和地面測量手段，繪制格陵蘭島冰川圖，還在南極冰架下安放了探針。美國大氣研究中心(National Center for Atmospheric Research)資深科學(xué)家杰里?米爾(Jerry Meehl)透露，科學(xué)家見到了以前沒有見過的東西。
在格陵蘭島，伍茲霍爾海洋研究所的冰川學(xué)家莎拉?達(dá)斯(Sarah Das)看到，一個(gè)冰水融化的湖泊突然流入914米厚的冰川的縫隙中。水流速度大到足以將巨大的冰川與基巖分離，從而加速冰川滑入海洋。在阿拉斯加，普費(fèi)弗有數(shù)據(jù)顯示，巨大的哥倫比亞冰川滑入海洋的速度從1米/天增加到15～20米/天。 南極洲和格陵蘭島沿岸，漂浮在海上的大冰架正在垮塌，這警告我們，冰架有多么不穩(wěn)定。溫暖的海水從下面蠶食著冰架，同時(shí)溫暖的空氣從上面打開一個(gè)個(gè)裂縫。冰架能夠起支撐作用，以免基部在海底的冰塊，以及鄰近的陸上冰川在重力作用下滑入海中。雖然浮冰融化不會引發(fā)海平面上升，但水下的冰川卻可以。阿利說：“我們正在努力探索海平面上升是否顯著高于預(yù)期?！?nbsp;
冰塊減少令人恐懼，不僅是因?yàn)樗鼈儠购Ｆ矫嫔仙?，還因?yàn)樗鼈儠|發(fā)強(qiáng)大的反饋機(jī)制。冰能將陽光反射回太空。沒有冰塊后，顏色較深的陸地和海洋會吸收更多的太陽熱量，融化更多的冰。地球表面反射率的變化可以解釋，古氣候記錄中那些較小的能量波動是如何被放大的。漢森說：“同樣的事情也會發(fā)生在今天?！? 到目前為止，只有少數(shù)科學(xué)家同意漢森對于海平面到2100年可能會上升5米的預(yù)測?！暗俏覀冋娴牟恢溃卑⒗f，“我仍然比較傾向于我的預(yù)測，即海平面上升較小，但我也不想任何人因?yàn)槲艺f的話而購買沿岸地產(chǎn)?！?/font>
復(fù)雜的變化 地球上過去的氣候波動明確表明，如果我們給予足夠的推動力，反饋機(jī)制將極大地改變地球。休伯說：“如果我們?nèi)紵覀兡軌颢@得的所有的碳，就一定會發(fā)生與PETM時(shí)期類似的氣候變暖?！边@也許會有利于北極鱷魚，但對人類或大多數(shù)生態(tài)系統(tǒng)沒有好處?！ ∪欢?，真正讓科學(xué)家失眠的可能是，即使這些特定的反饋機(jī)制近期不會對人類產(chǎn)生威脅，但它們也可能會驅(qū)動其他可以對人類產(chǎn)生威脅的機(jī)制。這種機(jī)制首先可能影響全球水循環(huán)。每年都有實(shí)例表明，氣候變化會從根本上改變區(qū)域小氣候，帶來洪澇、干旱等極端天氣。
拉姆斯托夫最新的一項(xiàng)分析表明，像2010年重創(chuàng)俄羅斯的熱浪發(fā)生次數(shù)提高了5倍，導(dǎo)致這一現(xiàn)象的原因很可能就是已經(jīng)發(fā)生的氣候變暖。拉姆斯托夫說：“這是一個(gè)重要因素?！毙碌难芯恐塾?011—2012年美國有史以來最暖冬季期間(這個(gè)時(shí)期歐洲遭遇了有史以來最冷的寒流)北極海冰的損失。其中隱含的機(jī)制是：海冰越少，北極海水溫度越高。秋季，海洋釋放大量熱量，改變大氣的壓力梯度，造成噴流(jet stream，圍繞地球的強(qiáng)而窄的高速氣流帶，集中在對流層頂或平流層，在中高緯西風(fēng)帶內(nèi)或在低緯度地區(qū)都可出現(xiàn))更大程度地彎曲，從而長期停留在一個(gè)地方。這種彎曲使美國東北部冬季更暖和，東歐卻更寒冷。
潛在的生態(tài)反饋使整個(gè)機(jī)制變得更為復(fù)雜。例如，美國和加拿大西部氣溫變暖引起山松甲蟲的流行。蟲災(zāi)導(dǎo)致幾十萬公頃的樹林死亡，森林從碳匯(健康的樹木吸收CO2)轉(zhuǎn)變成碳源(死樹分解釋放CO2)。2007年，炎熱導(dǎo)致美國阿拉斯加北坡苔原發(fā)生7 000年一遇的火災(zāi)，加速了這一區(qū)域凍土層融化和碳排放。西伯利亞氣候變暖使廣袤的落葉松樹林開始轉(zhuǎn)變?yōu)樵粕剂趾屠渖剂帧６?，落葉松的針狀葉脫落，積雪會將太陽的熱量反射回太空。弗吉尼亞大學(xué)的生態(tài)學(xué)家漢克?舒加特(Hank Shugart)解釋說，云杉和冷杉的針狀葉不會在一個(gè)季節(jié)全部脫落，太陽熱量還沒到達(dá)積雪時(shí)就已被這些樹葉吸收。僅植被變化的反饋就可能使地球溫度上升1.5℃。他說：“我們正在玩上了膛的手槍?！?/font>
尼斯貝特的“噩夢”是這樣的：首先是甲烷排放量的上下波動，以及非常炎熱的夏季造成大規(guī)?；馂?zāi)，排放大量碳。煙和煙霧覆蓋中亞，減弱季風(fēng)，引起中國和印度農(nóng)作物大面積歉收。同時(shí)，根據(jù)厄爾尼諾模式，赤道地區(qū)太平洋海水溫升高往往會給亞馬孫和印尼帶來干旱。熱帶森林和泥炭沼澤也發(fā)生火災(zāi)，釋放更多的CO2到大氣中，進(jìn)入氣候迅速變暖的快車道?！斑@是絕對會發(fā)生的，”尼斯貝特指出，“我們比我們自己想象的更脆弱。” 但是，各種反饋會變得有多強(qiáng)大？氣候模型能夠很好地解釋過去和現(xiàn)在，但當(dāng)用它來預(yù)測未來時(shí)會失靈。索爾補(bǔ)充說，即使地球現(xiàn)在正處在一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，我們可能也沒有意識到。
對氣候政策來說，令人不安的是科學(xué)沒有明確答案。曼寧說：“我們知道氣候發(fā)展的方向，卻不知道發(fā)展的速度?！?然而，科學(xué)家認(rèn)為，不確定性也不能夠成為不采取行動的理由。相反，不確定性會讓全球更加努力去減少溫室氣體排放，因?yàn)椴淮_定性揭示了氣候劇烈變化的風(fēng)險(xiǎn)真的很大。尼斯貝特說：“此刻我們正在做的是，從地質(zhì)年代的時(shí)間尺度上對發(fā)生的大事件進(jìn)行對比，因此，我們會預(yù)測，輸入現(xiàn)在的數(shù)據(jù)能得到與過去發(fā)生過的事類似的結(jié)果?！?nbsp;
漢森覺得自己如果不對這氣候變化這一問題采取行動，就沒有辦法面對自己的后代。他說：“將逐漸失控的氣候系統(tǒng)留給年輕人是不道德的?！?/font>
本文作者 約翰?A?加里是自由撰稿人，曾任《商業(yè)周刊》資深撰稿人，撰寫的內(nèi)容涉及科學(xué)、技術(shù)、醫(yī)藥和環(huán)境?！ ”疚淖g者 閔慶文，中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所研究員。他的主要研究領(lǐng)域包括生態(tài)農(nóng)業(yè)與農(nóng)業(yè)文化遺產(chǎn)、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與生態(tài)補(bǔ)償、資源生態(tài)與區(qū)域可持續(xù)發(fā)展。曹智和白艷瑩是他的研究生?！ 【仕儆[ 科學(xué)家認(rèn)為，如果地球變暖的幅度可以控制在2℃以下，諸如海平面上升等的大災(zāi)難就可以避免?！ ∪欢?，長期數(shù)據(jù)顯示，在2℃的極限到達(dá)之前，有三種全球反饋機(jī)制可能導(dǎo)致全球氣候以更快速度的變化：冰雪融化進(jìn)入海洋、土壤冷凍層釋放CO2和CH4，以及冰川滑入海洋?！ ∵@些反饋效應(yīng)將改變大氣環(huán)流、加重蟲災(zāi)和火災(zāi)的發(fā)生，從而加速氣候變暖。
本文來源：“科學(xué)美國人”中文版《環(huán)球科學(xué)》 |
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