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地球会有多热

过去的2015年是不是有点“暖和”?尤其是冬天,在中国的广州、海南等南部地区,频频宣告入冬失败。2015年的英国也经历了有史以来最热的11月份。而世界气象组织也宣布了,2015年有可能成为有记录以来最热的一年。
如今的地球温度已经比工业前水平高出1℃。在2009年,世界多位领导人曾在全球气温上达成一致,承诺不让温度上升量超过2℃,而这才过去了6年时间,全球气温就已经上升了一半。
至少现在看来,世界的温度将会继续上升、再上升。那么,地球到底会有多热呢?

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地球如何变热?

想要知道地球会变多热,我们首先得了解地球是如何增温的。
温度变化对地球来说并不是什么新鲜事了,自地球诞生以来的46亿年历史中,地球已经经历了无数次的温度波动,有时候会变成“冰冻的雪球”,有时候又会变成“炽热的高温球”。尽管经历很多次变动,但地球温度最终总能回到同一温度范围内,这是因为它有能控制自己温度的机制。
其中一个关键的机制,就是我们经常说的温室效应。空气中的温室气体主要有二氧化碳、甲烷和水蒸气,它们通过截取太阳辐射为地球保温,可以这么说,温室气体是包裹地球的热毯子。
据研究表明,如果没有温室效应,地球的平均温度会下降到-18℃,这种情况下,地球会被冰层覆盖,很多生命也将无法生存。所以说,温室效应是一件好事。可是古语讲到:物极必反,而这句话恰好也应验在温室效应上,过强的温室效应同样会引发一系列问题,而人类被认为是驱动温室效应的主因。

地球会有多热?

相比于其他生物,人类在地球上的时间相对较短,却已经成功地成为地球气候变化的最重要的驱动力。人类对大自然的破坏的同时,也将越来越多的二氧化碳释放到大气中,并导致气温上升。2000-2010年之间,二氧化碳的排放率是过去的十年(1990-2000年之间)的4倍。
那么,在未来的几十年或者几个世纪中,增加的温室气体将使地球变得多热?
为了回答这个问题,科学家们开发了一个模拟地球气候的计算机模型。通过输入各种简单的物理学要素(空气、水等),模型就可以估算出在给定的温室气体排放量下气候是如何变化的。
研究人员认为,如果地球上温室气体的排放量像过去的50年那样持续增加,那么到了21世纪末,全球温度比工业革命前至少上升4℃。之后,全球变暖还是不会停止。到2200年,全球温度比工业革命前至少上升7℃。而如果预测的时间再往后,研究人员就很难预测了。
然而,对于这种估测,科学家并不能十分肯定,因为地球的气候是一个复杂的系统。而随着气候变暖,有几个过程的发生,可能会导致更严重的温室效应。
例如,更温暖地区里的冰雪会融化,会把“深色”地表暴露出来。众所周知的,白色平滑的冰雪更容易反射太阳光,而深色地表更容易吸收太阳的热量。另一方面,冰雪融化后的地表水,被蒸发到大气中,由于水蒸气也是一种温室气体,因而捕获的热量会更多。
占据地球约四分之三面积的海洋,实际上能减缓气候变化,因为空气中的二氧化碳会溶解在海洋中,但更温暖之后的海洋能容纳的二氧化碳量会减少,也就是说大气中留有的二氧化碳相对更多,捕获的热量也增多。
另外,永久冻土区的甲烷如果被释放出来的话,也会增加温室效应,加剧气候变暖。

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类比过去来推理

除了计算机模型,研究人员还采取另一种方法来预测气候:根据过去发生的类似事件。
约5500万年前,地球经历了地球史上的一次最快的温度上升,那就是著名的“古新世-始新世极热事件”。在那段时期,地球两极海面的平均温度高达10℃,而今天那里的平均温度仅为-2℃。10℃的“高温”使得地球两极没有冰,北半球往北甚至达到北极圈,生长着热带的标志性植物——棕榈树。一些物种在酷热的天气里蓬勃发展,而另一些则消失了。
据研究,温室气体是主要的驱动因素,尤其是甲烷。大量的甲烷从海底逃到大气中,促进了温室效应。如今我们仍旧不清楚甲烷是如何逃离海底的。科学家提出了两种观点,一是火山喷发,二是彗星撞击,但最有可能的解释是,地球因为其他某种原因而逐渐变暖,当它到达一定温度时,存储在海底的甲烷开始变得不稳定,逃了出来,使地球变得“极热”。
地球现在的表现,与“古新世-始新世极热”时期非常相似。而且有一点非常有趣,“古新世-始新世极热”时期温室气体的含量,大约等同于现在地球所有化石燃料被燃光后所释放出的量。
“古新世-始新世极热”是否就是地球变暖的极限?还是地球可以变得比“古新世-始新世极热”时期更炙热?这还需要科学家的进一步研究。

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类比于外星球来猜测

此外,还有一个可能会加热地球的理论机制,叫做“失控的温室效应”,即升温后的地球会释放更多温室气体,导致加剧的变暖效应。理论上,一旦这种自动供给的机制被启动,那么温度上升将变得无法阻挡,甚至能将地球加热上百摄氏度。
虽然该现象在地球上从未上演过,但科学家认为,在30至40亿年前,地球最近的邻居金星却确确实实地发生过。
金星与太阳的距离更近,所以它最初的温度也更高,所有液态水都被蒸发到空气中,水蒸气会捕获热量。但金星表面没有液态水,因此也就没有地方存储二氧化碳了。这最终会导致极端的温室环境:所有的水蒸气都丢失至太空,导致96%金星大气都是二氧化碳。
现在的金星表面的平均温度为462℃,这一高温足以融化铅等重金属,它已然成为太阳系里最炙热的行星,甚至超过了距离太阳更近的水星。
几乎可以肯定的是,在几十亿年后,地球也将难逃这样的噩运。随着太阳逐渐变老,它将耗尽燃料并变成一颗红巨星,到了那时,地球将无法把额外的热量消散至太空。地球表面温度将继续上升,接下来的情况就会跟金星一样了:引发“失控的温室效应”,海洋被蒸发光,最终只剩下一层“热毯子”——厚厚的二氧化碳层,这场灾难足以杀死所有的已知生命。
然而,这种由太阳引发的“失控的温室效应”,预测会发生在数几十亿年之后,所以对我们来说,并不是一个紧迫的问题。

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人类引发“失控的温室效应”

我们需要考虑的是,人类自身能不能引发一场“失控的温室效应”?
答案是:或许是可以的。不过人类必须释放惊人规模的二氧化碳量。目前,地球大气中二氧化碳浓度为400ppm(ppm为百万分之一),若要引发“失控的温室效应”,浓度则要增加到30000ppm。
如何理解这个规模呢?以化石燃料为例,如果我们烧掉地球上所有化石燃料,二氧化碳的浓度可能会上升至3000ppm,也就是说要燃烧10倍地球上所有化石燃料,才能触发“失控的温室效应”。
也就是说,地球并没有足够多的化石燃料,但是我们不能忽视其他的温室气体来源,比如说甲烷,之前提到的“古新世-始新世极热事件”,促发因子就是被封存在海底的甲烷逃脱了出来,因此,我们绝对不能排除海底“不安份”甲烷的潜在影响。

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温度再上升,那么……

就目前的趋势来说,即使未来上升的温度不能直接杀死我们,但仍将造成巨大的动荡。
首先会导致某些地区过于炙热。打个比方,今天的地球上最热的地方之一——美国加利福尼亚的死亡谷,温度能达到50多摄氏度,干燥又热的死亡谷,人类可以通过排汗来降温。如果空气极其炎热又潮湿的话,那问题就有些棘手了,空气饱含水分意味着我们汗液蒸发得更慢,降温冷却也相应更慢,这种热对人类等生物来说是非常危险。
当然,聪明的人类可以安装大量的空调设备来适应高温环境,如果是这样的话,人们都要被“囚禁”在房子里面了,因为外出的话,很可能就会被热死。
此外,不可忽视的一点还有海平面上升。2万年前地球温度比现在冷4℃,那个时期被称为“末次盛冰期”,冰盖覆盖了加拿大和北欧,包括所有的不列颠群岛。自那时以来,地球已经被加热上升了4℃,仅仅这4℃,就足以融化欧洲和北美的冰原,使海平面上升几十米,并淹没了那里的浅岛。
所以我们不难想象,全球温度再上升4℃的话,将给地球带来怎样的后果。而研究人员估计,如果地球温度持续升高12℃,地球一半的陆地面积将无法居住。

 

本文源自大科技*科学之谜 2016年第8期杂志文章、欢迎广大读者关注我们大科技的微信号:hdkj1997  

 

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