那些年，科學家一起研究的全球暖化——《讓人生從此改變的科學思考》
全球暖化陰謀論？人們稱它「氣候門」
科學從懷疑開始。
所以我們首先試著對常識提出質疑吧！地球正在暖化是現在普遍的說法，但這是真的嗎？全球暖化真的正在發生嗎？
實際上，科學家之中，也有人對全球暖化提出質疑。
南極和格陵蘭冰芯中，氫或氧的同位素比例紀錄了地球 140000 年來的冷暖期變化。圖 / wikipedia
綜觀地球的歷史，冰河覆蓋整個地球的寒冷時代，與溫暖的時代一直交替出現。考慮到這樣的循環，認為地球今後不可能持續暖化，總有一天必定會進入寒冷的時期。這就是暖化懷疑論。
但專家已經對懷疑論提出反駁，認為地球在不久的將來進入冰河期的機率極低，很難認為暖化懷疑論是個具有說服力的論點。但現在依然有許多人對全球暖化抱持質疑的態度，起因是二○○九年的「氣候門事件」——這起事件讓人聯想到迫使美國尼克森總統辭職的「水門事件」，因此稱為「氣候門」。 當時英國溫室效應研究者之間的電子郵件往來遭到駭客入侵，公開在網路上。郵件內容包含「捏造」證明溫室效應的數據、對批評溫室效應的研究者所寫的論文施壓等等，這些內容也被當成醜聞報導出來。
「我就說吧！」這起事件助長了懷疑論者的氣焰，據說歐美質疑全球暖化者的比例也一口氣提高。媒體還報導，美國「近半數的國民都開始對全球暖化抱持著懷疑的看法」。
都是政治惹的禍：研究掛勾利害關係？
暖化正在發生的結論並沒有改變，爭議姑且算是塵埃落定。
但是懷疑論者對全球暖化研究的質疑依然根深柢固。理由之一，就是連一般人也很容易就能推測出，全球暖化的研究背後，有許許多多的利害關係。
舉例來說，有人以懷疑的眼光看待主張「暖化正在發生」的研究者，認為他們之所以這麼說，目的是為了爭取研究預算。或者是只要以「暖化正在發生」為由，嚴格限制二氧化碳的排放量，就能減少煤炭與石油等化石燃料的使用，推動核能發電。因此也有人懷疑，這是否代表擁核派與研究者彼此勾結呢？
隨著暖化的推進，政治上與經濟上也都會採取各種措施，這表示不論科學上的實證性如何，溫室效應的研究原本就容易遭到懷疑，也容易成為政治鬥爭的工具。
但否定暖化的人不也一樣嗎？
哈！全球暖化，我不吃這套。圖 / Michael Vadon @staticflickr
舉例來說，以美國總統川普為首，共和黨議員大多主張「全球暖化並未發生」。美國有個針對政治人物發言進行驗證的網站「政治真相（ PolitiFact.com）」，根據該網站二○一四年的資料顯示，二七八名共和黨議員中，只有八名承認人為引發的全球暖化，這些議員多半從石油產業與煤炭產業收受高額的政治獻金。因此不禁令人懷疑，他們或許就是因為這樣，才無法說出「暖化正在發生」。
由傅立葉奠基的溫室效應概念
懷疑雖然重要，但基於政治上的疑慮而懷疑全球暖化的態度並不科學。
接下來就讓我們翻開科學的歷史，來看看科學家對全球暖化進行了那些研究。 現代的我們已經知道全球暖化是由「溫室效應」引起的，但科學家到底是如何發現溫室效應的呢？
法國物理學家傅立葉在一八二七年的論文中，提出了日後發展成「溫室效應」的最初概念。
法國物理學家傅立葉的兩個假說，為日後「溫室效應」奠定了基礎。圖 / wikimedia
他首先提出了這樣的疑問：地球在接受太陽光能量的同時，也會以紅外線的形式朝著宇宙釋放能量。如果兩者的能量相等，地球的溫度理論上應該更低，但現實的氣溫卻比理論值高。這是為什麼呢？
為了解答這個疑問，傅立葉建立了兩個假說。
第一個假說是，地球也接收了來自宇宙的其他能量。
宇宙中還有其他和太陽一樣，能靠自己燃燒而發光發熱的恆星。地球是否也接收了這些恆星發出的能量？
第二個假說是，地球的大氣是否儲存了這些原本應該往外釋放的能量。
而這個假說就是發展成溫室效應的想法。
兩個假說中，第一個假說已因為理論上的瑕疵而遭到否定，使得第二個假說變得有力。但傅立葉並未發展到實證階段，後來由愛爾蘭的物理學家廷得耳透過實驗證實他的理論。
溫室氣體：會吸熱的不只是二氧化碳
廷得耳認為，地球的大氣中說不定存在著能吸收紅外線的物質，因此他進行了以下實驗：
首先，廷得耳準備了幾只長筒，在各筒裝入構成大氣的氣體，並以紅外線照射其中一端，另一端則裝置能感測紅外線量的偵測器。如此一來，應該就能知道哪種氣體會吸收紅外線了吧？
結果，氧氣與氮氣完全不會吸收紅外線，但水蒸氣、二氧化碳，以及氮氧化物都會吸收紅外線，並儲存熱量。透過這個實驗，廷得耳找出了能吸收地球朝宇宙放射的紅外線的氣體。
經過現代科學的計算，如果地球朝宇宙放射的能量完全不受阻擋，地球的平均氣溫將在負十八度到十九度左右。但實際上，地球整體的平均氣溫約有十四度到十五度。兩者之間的溫度差異，明顯來自水蒸氣、二氧化碳、氮氧化物吸收紅外線所儲存的熱量。帶來溫室效應的氣體就此發現。
大家提到全球暖化的原因時，往往只會把注意力擺在二氧化碳，然而從廷得耳的實驗中我們知道，水蒸氣與氮氧化物同樣能吸收紅外線。所以，未來海水若因全球暖化持續蒸發，暖化的速度也將會加快。
冰封的甲烷氣泡。圖 / wikimedia
此外，西伯利亞的永凍土中冰封著大量甲烷，若永凍土融化，冰凍的甲烷將以氣體形式釋放出來。甲烷的帶來的溫室效應遠高於二氧化碳，科學家預測，這也會加速全球暖化。
《卜多力的一生》：文學家宮澤賢治筆下樂觀的暖化現象
廷得耳透過實驗發現溫室氣體，是一八六一年的事情。三十五年後的一八九六年，瑞典學者阿瑞尼斯證明了大氣中的二氧化碳濃度增加，將使氣溫產生變化。雖然廷得耳已經發現二氧化碳能儲存熱量，但真正證明二氧化碳含量增加，將會加速暖化的，其實是阿瑞尼斯。
二氧化碳變多？我覺得可以。 阿瑞尼斯照片。圖 / wikimedia
不過阿瑞尼斯對於溫室效應的看法卻很樂觀。他認為二氧化碳增加得越多，人類就越能擁有溫和舒適的氣候；穀物的產量會因此提高，人類也將從糧食不足中獲得解放，並使得全球的人口急速成長。
在這裡，我們要請一位大家意想不到的人物登場──日本文學家宮澤賢治。
宮澤賢治在一九三二年寫了一部小說《卜多力的一生》。小說採用傳記體，描述卜多力這名虛構人物的一生。 宮澤賢治生長的時代，東北總是受寒害所苦；主角卜多力居住的地方，也因為日漸寒冷而完全採收不到農作物。想要解決這個問題的卜多力注意到二氧化碳，並與博士之間有了如下的對話：
「老師，如果大氣層裡的二氧化碳增加，地球就會變溫暖嗎？」
本書的觀點與阿瑞尼斯一樣，將暖化視為能夠拯救寒害的現象。雖然沒有確切證據，但宮澤賢治曾就讀於盛岡高等農林學校（現在的岩手大學農學院），因此或許讀過阿瑞尼斯論文的英譯本。
如果多些二氧化碳，是不是就能溫暖點了呢。圖 / satoshi sawada
只不過，在宮澤賢治生長的時代，尚未把暖化當成危機。
來看看碳十四吧！以放射性定年法佐證二氧化碳變化
阿瑞尼斯雖然證明了二氧化碳增加會使氣溫升高，卻沒有證明與過去相比，二氧化碳實際上增加了多少。
至於這一點，要等到第二次世界大戰結束後的一九五五年，才透過美國物理學家漢斯．蘇斯的研究確認。當時他使用的方法，就是「放射性碳定年法」。
蘇斯首先調查周邊的樹木中，含有多少放射性物質碳十四。放射性物質有半衰期，含量將隨著時間減少，因此越老的樹木，碳十四的濃度應該越少才合理。但調查結果卻相反。老樹的碳十四濃度，竟然比年輕的樹還要多。
這到底是怎麼回事呢？他根據調查結果，建立了驚人的假說：
老樹總有一天會埋入地底成為煤炭，但碳十四仍會持續衰減。因此，燃燒煤炭所排放出來的二氧化碳中，碳十四的含量極少，甚至沒有，並不影響定年結果。
蘇斯認為，年輕的樹木在進行光合作用時，或許就吸收了燃燒煤炭所產生（沒有碳十四）的二氧化碳，使得年輕樹木中的碳十四濃度降低。
年輕樹木吸收燃燒煤炭所產生的二氧化碳，碳十四含量因而比老樹木低。圖 / Pixabay
當時是一九五五年，正是大量使用化石燃料的時候，地球上的二氧化碳也因燃燒煤炭而逐漸增加。年輕的樹木吸收了這些二氧化碳，使得碳十四的濃度被稀釋；換句話說，蘇斯得到的結論就是，地球因人類持續燃燒煤炭，充滿大量的二氧化碳 。
匯集各方證據，二氧化碳真的在上升
蘇斯證明了他的假說之後，科學家也開始使用各式各樣的方法觀測二氧化碳。譬如從南極的冰層，也能觀測到二氧化碳濃度的變化。
藉由南極冰層中的冰封空氣，我們就可得知大氣組成。圖 / pixabay
南極從很久以前就開始結冰積雪。這些雪越堆越高，使得下方的雪積壓成冰。由於空氣被冰封起來，所以只要調查堆積的冰層，就能得知各個年代的大氣成分。
透過這樣的分析發現，二氧化碳從工業革命後開始急速增加。南極雖然距離英國很遠，但由於大氣循環的緣故，就算是南極，二氧化碳含量也同樣越來越高。
此外，科學家也從一九五八年開始，持續在夏威夷茂納羅亞火山的山頂附近觀測二氧化碳的變化。結果發現，從開始觀測後，二氧化碳的量就不斷增加。
工業革命後，大氣中二氧化碳的含量急遽增加。圖 / pixabay
這堂課開頭曾試著提出「全球暖化是真的嗎」的質疑。但既然有這麼多的科學根據，我們應該承認，至少在目前，「地球正因為二氧化碳增加而暖化」的假說是事實吧？
本文摘自《讓人生從此改變的科學思考 》，2018 年 9 月，究竟出版。
