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全球氣候變遷,是我們害的嗎?──《BBC知識》

在地球漫長的歷史中,全球溫度總是反覆升降,那麼為什麼我們要對近年來的升溫緊張兮兮?人類當真是地球暖化的罪魁禍首嗎?

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作者/凱特‧ 拉薇莉歐絲(Kate Ravilious)
譯者/高英哲

很久很久以前,棕櫚樹在北極長得很茂盛,鱷魚在阿拉斯加的海灘上曬太陽。那時候兩極都沒有冰,地球均溫接近攝氏23度(現今的均溫大約是攝氏 14.6 度)。那是在 5,600 萬年前,「古新世始新世氣候最暖期」(Paleocene-Eocene thermal maximum)的地球樣貌。對地球來說,全球暖化不是什麼新鮮事。

時至今日,地球已再度暖化。自從 1880 年以來,全球平均氣溫已上升攝氏 0.8 度,近期暖化確實在加劇,最溫暖的 10 個年頭發生在 2003 年之後,2014 年更是有史以來最溫暖的一年。隨著地球變熱,海洋吸收了熱量,使海洋表面溫度比 140 年前上升了大約攝氏一度。水溫上升時體積會膨脹,海平面在過去一個世紀內上升了 17 公分。像是玻里尼西亞的吐瓦魯島,這種原本已經位處低窪的太平洋島嶼,就為水災頻繁的侵襲所苦。

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站在吐瓦魯淹水的街道上。海平面上升已對當地造成威脅。

同一時間,全世界陸地上的冰河跟冰原都在融化。衛星量測結果顯示,從 1994 年之後,冰河已損失了 4,000 億公噸的冰。位於坦尚尼亞的吉力馬扎羅山,白雪皚皚的峰頂逐漸縮小,據估計峰上冰河可能會在 2030 年之前完全消失。冰河融化令人不寒而慄的副作用是冰層底下冒出來的屍體,包括過去數 10 年來的山難罹難者,最近的墜機罹難者, 以及 500 年前獻祭的南美印加孩童。

海冰也在消失中,衛星觀測結果顯示,北極海冰的覆蓋面積,每 10 年就縮小超過 10%。近年來除了破冰船以外,其他船隻也能夠輕易駛入傳說中的「西北航道」。

地球到底怎麼了?

這些量測結果證實地球正在暖化的事實,但究竟是什麼原因推升氣溫?在地球上一次重大暖化階段,也就是古新世始新世氣候最暖期,二氧化碳就是罪魁禍首。盤古大陸的分裂,觸發了那一次的氣候暖化:隨著土地分裂,火山從裂口處湧現,頻繁地爆發並噴出二氧化碳。

(編按:關於古新世始新世氣候最暖期與盤古大陸之間的詳細關係,可詳閱這篇延伸閱讀:科學人–史前大演化。)

二氧化碳與水蒸氣、甲烷、一氧化二氮、以及臭氧都屬溫室氣體。這些溫室氣體吸收來自地球表面釋放的熱把熱留在大氣中,使地球變得更暖和。在金星之類的行星上,溫室效應劇烈,富含二氧化碳的濃厚大氣,使行星表面溫度升到灼熱的攝氏 460 度。相反地,像水星之類沒有溫室氣體的行星,就沒有辦法阻止熱量在夜間逸散,因此這些行星的溫度就像盪鞦韆一樣:水星日間溫度高達攝氏 400 度,夜間則會低至攝氏零下 170 度。若是沒有溫室氣體,地球的表面平均溫度將會低於冰點,日夜溫差變化會相當大。

溫室效應有助於地球保持適合居住的狀態,不過根據地質記錄顯示,溫室氣體的組成比例即使只是有小小的改變,也可能會對氣候造成很大的影響。一般認為在古新世始新世氣候最暖期的形成期中,火山把大約 50 億公噸的二氧化碳噴入大氣之中,導致在長達兩萬年的期間,氣溫暖化了大約攝氏六度,而這似乎沒有造成什麼不良後果。那麼為什麼大家要擔心最近百年來全球平均溫度上升了攝氏 0.8 度呢?

答案在於氣候變遷的速度。古新世始新世氣候最暖期的升溫過程中,地球每一個世紀暖化大約攝氏 0.025 度,然而今日地球的溫度是每個世紀調高大約攝氏一度,速度是 40 倍。量測結果同時也顯示,在21世紀期間,燃燒化石燃料每年將大約 350 億公噸的二氧化碳排入大氣之中,相對地火山每年只不過排放兩億公噸的二氧化碳而已。

燃燒化石燃料與改變地球氣候之間的關係,在一個世紀前就已經有人預測到了。瑞典科學家斯凡特‧阿瑞尼士(Svante Arrhenius)在 1896 年就發現,工業革命改變了地球大氣的化學成分,並計算未來的二氧化碳排放量會對地表溫度造成什麼影響。阿瑞尼士指出燃燒煤炭會大大增加大氣中的二氧化碳濃度,並且估算出二氧化碳濃度若是加倍,就會使地表溫度上升大約攝氏四度,這跟現代氣候模型所做的預測相去不遠。不過阿瑞尼士與今日的科學家不一樣的是,他認為這樣所造成的暖化是件好事,可防止全世界進入新的冰河時期,並且有助於作物成長,養活迅速增長的人口。

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工業革命後,全球暖化的速度加劇。圖/Foto-Rabe@pixabay

抽絲剝繭溫室衝擊

預測全球暖化還算直截了當的任務,不過要實際量測就不太容易了。這是因為地球氣候受到許多因素影響,其中包括雲層、雪冰覆蓋、火山活動、海洋溫度、宇宙射線通量、地球與太陽的距離、以及太陽黑子循環等等。所有這些因素一直都在變化,使得地球氣候也跟著起伏不定。

舉例來說,在菲律賓的皮納土波火山於 1991 年爆發之後,火山灰雲遮蔽陽光,導致全球溫度隔年下降了攝氏 0.4 度。同時西太平洋定期暖化的「聖嬰效應」,在 1997 年搞得天下大亂,在世界某些地區造成乾旱,在其他地區卻造成暴雨。要理解二氧化碳濃度上升對氣溫自然起伏所造成的衝擊,實在是相當艱鉅的工作,不過全球溫度與二氧化碳的個別研究卻指出,這兩者確實有關聯。

早在 1938 年,英國工程師兼業餘氣候學家蓋‧卡蘭達(Guy Callendar),就收集了分散在全球各地,147 個天氣觀測站取得的氣溫量測結果,嘗試確認全世界是否確實在暖化。雖然他沒有北極、南極跟各大海洋的資料,不過他指出地球在過去 500 年間,暖化了大約攝氏 0.3 度。

卡蘭達的計算結果,再度引發了二氧化碳排放是否會改變地球氣候的辯論。不過他的研究證據未能說服大眾,部分原因在於全球暖化在 1940 年左右停頓下來,溫度直到 1970 年代中期之前,一直都維持平盤。除此之外,大多數的人認為,海洋會把大部分多餘的碳排放吸納掉。

這種對碳排放掉以輕心的態度,到了 1957 年開始有了轉變。美國科學家羅傑‧瑞維勒(Roger Revelle)與漢斯‧蘇斯(Hans Suess)利用放射性碳定年法,設法追蹤海洋中碳分子的生命週期。他們指出海洋吸收的大部分二氧化碳,幾年後就會蒸發回到大氣中。

不久之後,另一位美國科學家查爾斯‧基林(Charles Keeling)於 1958 年,開始在偏遠的夏威夷毛納洛峰觀測站,測量大氣中的二氧化碳濃度。他的初步量測結果顯示,二氧化碳濃度有很強的季節循環特性,每年夏天都會隨著植物吸收二氧化碳而降低。不過到了 1961 年,他已能指出二氧化碳濃度確實在穩定地上升當中。

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眾所皆知的基林曲線。圖/wikipedia

時至今日,基林的長期實驗結果,為人類活動導致二氧化碳濃度增加的論點,提供了最具說服力的證據。「基林曲線」顯示在 1958 年,二氧化碳平均濃度為 315 體積百萬分率(ppmv),到了 2014 年春天達到 401 ppmv的高峰。同時,對困在極地冰核氣泡中氣體的量測顯示,在過去一萬年間的二氧化碳平均濃度,介於 275 到 285 ppmv之間,直到 19 世紀之後濃度才開始急速上升。二氧化碳濃度在大氣中的上升趨勢,同樣反映在海洋中,海洋溶解二氧化碳導致表面海水變酸,酸度與工業革命肇始以來比較大約提升了三分之一。

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基林在這個實驗室裡發展出「基林曲線」。

非自然氣候變遷

但是單單是二氧化碳濃度升高,並不能證明氣候正在變遷,也不能說人類必須為此負責,必須要有更強烈的證據。全球溫度在停頓 35 年之後,到了 1970 年代中期又開始上升。如今認為地球溫度在這個時期受到抑制,是因為燃燒化石燃料所釋放出來的粒子跟煙灰,把更多太陽輻射反射回太空所致。

在 1980 年代,對於全球暖化是否屬實仍多有疑問,然而已有些振聾發聵之聲。美國氣候學家詹姆士‧韓森(James Hansen)在 1988 年做出第一個氣候預測模型,並在同年於美國國會作證中表示,「99% 確定全球暖化趨勢並非自然變異,而是二氧化碳跟其他人造氣體在大氣中積累的緣故」。有些政治人物相信全球氣候確實受到威脅,其中包括擁有化學學位的英國首相柴契爾夫人,她在 1989 年聯合國演說時曾表示,「眼前進入大氣之中的二氧化碳正大量增加,這可能造成對未來更根本、範圍更廣且前所未聞的轉變。」她同時也呼籲針對氣候變遷締結全球公約。

但是許多人並不相信這些預測,他們堅持氣候變遷只是自然變異的一部分。政府間氣候變化專門委員會(IPCC)在 1988 年成立, 負責監控並評估氣候變化的情況,但直到 2007 年 IPCC 才收集到足夠的證據,最終確定自然變異極不可能造成我們所見的氣候變遷(只有不到 5% 的可能性)。換句話說,在對上個世紀的氣候進行數千次模擬之後,科學家發現今日的氣候是自然出現的機率,每 100 次中只會出現五次。IPCC 在 2007 年的第四次評估報告中聲明,「人類自 1750 年以來的活動,極可能(可能性超過 95%)對氣候造成明顯的淨暖化效應。」

人類活動與全球暖化的關聯,雖然未獲 100% 證實,不過如今已足以使經濟學家起身關注。英國政府經濟學家尼可拉斯‧史騰(Nicholas Stern)在 2006 年發表評論,文中表示倘若任由氣候變遷發展下去,其代價相當於全球每年損失至少 5% 的國內生產毛額。相反地根據他的計算指出,若是採取行動抑制氣候變遷,其代價大約是全球每年損失大約 1% 的國內生產毛額。並非所有人都認同史騰算出來的數字,不過大多數人都認同現在處理氣候變遷的代價,會比拖到以後再處理來得低廉。

如今主要擔心的是,我們能夠承擔多大幅度的氣候變遷。英國科學家詹姆士‧洛夫洛克(James Lovelock)在 1960 年代提出蓋亞理論,主張地球是個有生命的系統,生活在其上的生命跟周遭環境互動,以維持地球適宜居住。蓋亞理論起初受到質疑,不過逐漸獲得認可,時至今日有些科學家開始擔心,若對地球過分施壓,不知道會發生什麼後果。蓋亞理論指出氣候變遷並非總是平順地發生,有可能會突然出現跳躍性的變化,我們把這些突如其來的變化稱為「臨界點」。舉例來說,有人擔心倘若北極太過暖化,會使得先前封存於永凍土中的甲烷冒出,這種溫室氣體產生巨幅增加的結果,有可能會發生得非常迅速,也許會導致無法逆轉的氣候變遷。

地球以前曾經經歷過極端氣候,有冰層一路延伸到赤道的情況,也有棕櫚樹在北極茂盛繁衍的情況。但是地球氣候從未有如今這般,被迫以這麼快的速度變化。瑞維勒在1957年時寫道,「人類如今正在進行一場大規模的地質物理實驗。」時至今日,這場實驗仍在進行中,而我們對其結果仍然所知甚微。

 

【完整內容請見《BBC知識國際中文版》第 55 期(2016 年 03 月號)。版權所有,轉載請註明出處。】

編按:2016年7月27日將「超級盤古大陸」改為盤古大陸,並增加針對盤古大陸與暖化的關係的相關文章「延伸閱讀:科學人–史前大演化」。

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