即使沒有工業革命,地球溫度也一直在上升?
2021年02月25日10:26

  來源:十點科學

氣候變暖導致冰川融化等一系列問題。|Jeremy Harbeck/NASA
氣候變暖導致冰川融化等一系列問題。|Jeremy Harbeck/NASA

  作者|於淼 西奈山伊坎醫學院

  氣候變化一直是公眾輿論的討論焦點,甚至美國大選時,總統候選人都要對這個議題進行明確表態。

  雖然無數證據都確鑿無疑地表明,全球氣候在變暖,但關於氣候變化的謎團仍有很多。比如,我們正在經曆的氣候變暖在漫長的地球歷史上是獨特的嗎?它是人為因素導致的嗎?

  1月27日,發表在《自然》雜誌上的一項研究確認,地球已經持續升溫12000年。不過這並不表示,我們不需要對氣候變暖負責,更不表示我們可以無視目前的氣候變暖問題。學界普遍認為,溫室氣體,特別是人為來源的溫室氣體,是最近50年來氣候變暖的禍首。

  一直存在的全球氣候變化

  我們現在討論的氣候變化,主要證據包括但不限於全球氣溫上升、海洋升溫、冰蓋消融、冰川後退、積雪時間減少、海平面上升、極端天氣增多,以及海洋酸化等。這些證據都有可靠的數據支撐,表明氣候變化真實存在,並可能改變我們未來的生活方式。

  不過,氣候變化其實並非最近才出現的問題。古氣候學研究告訴我們,如果放到漫長的地質年代,只有大約四萬年歷史的智人所經曆的氣候變化可以說不算什麼,全球氣候變化一直存在,且直接或間接造成過地球物種大滅絕或大爆發。

  瞭解過去的氣候變化對於理解我們正在經曆的全球變暖至關重要。古氣候學主要依賴保留過往氣候信息的載體,如冰芯、樹木年輪、海洋沉積物、鍾乳石等,來重構前現代社會的氣候變化規律。但有時候,這種地質數據重構會與計算模擬存在分歧。這也導致了一個困擾氣候科學家多年的難題——“全新世溫度變化之謎”。

  全新世是我們目前所處的間冰期,始於11700年前。當科學家用地質記錄重構全新世的溫度變化時,發現全球年平均氣溫大概在10000~6000年前達到一個峰值,之後大氣溫度開始下降,直到後工業時代才重新上升。而根據氣候變化規律進行的計算模擬則表明,由於溫室氣體和冰蓋融化的影響,全新世的溫度只表現出一個趨勢,那就是,持續變暖!這種分歧,被稱為“全新世溫度變化之謎”。

間冰期是大冰期中相對溫暖的時期,這時冰蓋消融、冰川後退,致使海平面上升。我們目前所處的全新世,就是一個始於11700年前的間冰期。|ArcticToday
間冰期是大冰期中相對溫暖的時期,這時冰蓋消融、冰川後退,致使海平面上升。我們目前所處的全新世,就是一個始於11700年前的間冰期。|ArcticToday

  那麼地球溫度到底是怎麼變化的呢?是本來就持續變暖,還是被工業革命扭轉了冷卻趨勢?

  破解全新世溫度變化之謎

  最近發表在《自然》雜誌上的論文解開了這個謎團。研究人員發現,在消除地質數據中的偏誤後,地質數據重構與計算模擬的結果取得了一致。全球年平均氣溫確實是持續上升的。

  研究人員認為,之前地質數據重構與計算模擬之間的分歧來自季節性偏誤。這是因為,之前人們主要用海洋表面溫度來重構全新世溫度變化,而這個溫度是存在季節性偏誤的,這就導致溫度重構實際只反映了季節溫度的變化趨勢,而非年度平均氣溫。

  在新研究中,科學家開發了一種方法來識別這種季節性偏誤,並從季節性溫度來推導年平均氣溫。他們使用了上一個間冰期(128000-115000年之前)的數據。這個地質時期太陽輻射的季節性差異很大,比溫室氣體或冰蓋的影響更強,使得識別季節性偏誤更容易,從而可以根據數據特徵去除其影響。

  他們首先把這個矯正方法用到了巴布亞新幾內亞一個海洋站點,通過有孔蟲類(一種單細胞海洋生物)化石的鎂鈣比數據,來重構過去30萬年的海洋表面溫度變化。選這個站點是因為,這裏的季節性氣溫與年平均氣溫均是已知的。結果顯示,新的矯正方法可以很好對應模擬數據。

  研究人員進一步將該方法用到其他地質記錄站點,覆蓋了全新世與上一次間冰期。這些地質記錄數據源於有孔蟲類化石的化學組成,以及烯烴標記物——由海藻合成並沉澱到海洋沉積物中的生物標記物。結果發現大多數被檢測的記錄都存在季節性偏誤。

  基於此,研究人員推論,之前基於未矯正季節性偏誤的重構記錄所得出的全新世早期的溫度峰值並不存在,那其實是北半球夏季日照峰值所造成的季節性特徵。整個全新世,全球平均溫度應該是一直上升的,且在後工業時代達到頂峰。全新世溫度變化之謎被有效解決。

矯正季節性偏誤後,地質數據重建與計算模擬結果一致,表明整個全新世全球溫度一直上升。|圖源:Nature
矯正季節性偏誤後,地質數據重建與計算模擬結果一致,表明整個全新世全球溫度一直上升。|圖源:Nature

  並且,當季節性偏誤可以分離出來後,研究人員認識到,全新世早期(12000~6500年前)的全球性增溫是由於冰蓋消融引起的,而從6500年前開始的持續升溫,則是由溫室氣體排放導致的。二氧化碳等氣體因為產生溫室效應導致全球氣溫上升。冰蓋融化導致氣候變暖則是因為,冰雪覆蓋的地球反射率更高,一旦融化後,地球會吸收更多熱量而增溫,而這又會進一步促進冰蓋融化。

  這項研究不僅解決了全新世溫度變化之謎,更重要的是,它提供了一種通用方法,來矯正一直困擾古氣候學家的季節性偏誤問題。這個方法使用的有孔蟲類化石的鎂鈣比與烯烴標記物,可以覆蓋更廣的地質年代,後續可以矯正的數據還有很多。不過當前方法也存在局限,它只能用到南北緯40度之間的區域,高緯度地區缺少可以用來矯正的間冰期數據。由於其在大氣循環中的重要作用,未來還需要將這些區域包括進來。

  氣候變化是人為因素導致的嗎?

  解開這個謎團並不意味著關於氣候變化的謎團都解開了,當前對氣候變化的質疑聲仍不絕於耳。主要爭論點並不在於是否存在氣候變化,因為所有數據都證明,氣候一直都在發生變化。更多的討論在於,氣候變化是不是人為導致的,或者人為因素是不是主要因素。

  地質年代里確實存在比現在溫度更高的時期,但那時還不存在智人這個物種,所以討論氣候變化沒辦法上升到保護地球家園的層次,地球怎樣都能轉。但具體到人類社會特別是現代社會,氣候變化的影響就關係到很多人的生存問題。例如,海平面上升對很多沿海城市是持續存在的風險。

  另一方面,氣候變化也會改變當前的貿易格局:如果北冰洋存在一條四季通暢的航線,很多港口可能就要衰落或興起;西伯利亞凍土如果解封,俄羅斯可能成為農業大國;更長的夏天,或改變的降水模式,可能對全球農業產區產生影響;增多的極端天氣會提高所有人的生存成本。因此,探討氣候變化的原因、尋找對策就變得至關重要。

  那麼,氣候變化是人為導致的嗎?上世紀70年代,學術界的主流意見一度是全球在變冷,這個觀點主要依賴古氣候學上萬年的週期趨勢。但最近幾十年的氣候事件顯然並不支援這個看法。當前學術界認為,溫室氣體,特別是人為來源的溫室氣體,例如二氧化碳、甲烷、水蒸氣、氮氧化物與氟氯烴等,需要對最近50年來的氣候變暖負責。

溫室氣體,特別是人為來源的溫室氣體需要對最近50年來的氣候變暖負責。|INCAMERASTOCK/ALAMY STOCK PHOTO
溫室氣體,特別是人為來源的溫室氣體需要對最近50年來的氣候變暖負責。|INCAMERASTOCK/ALAMY STOCK PHOTO

  此外,曾有人認為,太陽輻射強度變化是全球變暖的主要因素,這個觀點可以用來解釋歷史上的一些氣候現象,例如明朝的小冰河時期,但觀測數據並未發現特別明顯的輻射增強,即使有輻射增強,放到模型里去算,似乎也無法與溫室氣體排放的作用相抗衡。

  現在我們倡導低碳生活,其實是希望通過減少溫室氣體排放來延緩變暖趨勢,但這個趨勢目前來看已經不可逆轉,所以要探討普通人減排對氣候變化會有多大影響,是比較困難的。然而,氣候變化根本上會提高未來所有人的生存成本與風險,從這一點上而言,全球需要在公平公正公開條件下達成共識,減少溫室氣體排放,而這種共識需要所有人的努力。

不管能不能逆轉氣候變暖大趨勢,我們都需要減少碳排放以降低生存風險。|miragenews
不管能不能逆轉氣候變暖大趨勢,我們都需要減少碳排放以降低生存風險。|miragenews

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