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如果你覺得地球快被我們毀了,你該矯正對全球暖化的認知

活躍星系核_96
・2013/10/01 ・2733字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 563 ・九年級

聯合國IPCC發表新報告,如果你覺得地球快被我們毀了,你該矯正對全球暖化的認知

photographed by Conan (CC)
photographed by Conan (CC)

文\涂智凱、蔡宜芳

前幾天聯合國發布了全球暖化報告(IPCC AR5 WG1: Policymakers),可能是因為2012年的氣候門事件(對於氣候門事件這裡就不多貲述,大家可以參閱這篇文章),所以這次聯合國的暖化報告非常注重公信力以及使用科學的方法驗證全球暖化的成因及影響,他們號召了來自39個國家的1089名專家共同監製,收集了世界各地5萬3千多份的意見,9千多份出版物,並有來自世界各地區的巨量觀測數據、來自氣候模式的模擬超過2萬Gigabytes的數值數據來鑄成這次的全球暖化報告,希望大家能不要再爭論我們人類到底是不是全球暖化的罪魁禍首,而要採取行動,改變我們的未來。

這篇文章就不談這次報告揭露的數據,而是要帶大家深入了解這次AR5有什麼特別有趣的地方,關於數據面請大家可以參閱媒體報導及文章最後的重點摘要:

  1. 聯合國報告:全球暖化 95%是人類自己造成
  2. 聯合國警告全球若升溫4.8度 21世紀末台灣10%面積恐淹沒
  3. IPCC:人類致氣候變化可能性超95%

大氣科學是一個難以計算的科學,不像力學用F=ma就可以算出精確的答案,大氣科學存在著大量的變數要考慮,精準預測幾乎不可能,所以你會發現氣象局預測天氣都用機率來表示,事實上,全球暖化也是,他是一個長期的氣候預測,難度更高,對於全球暖化這個議題,聯合國的科學家們甚至需要開辯論大會,在極具爭議的議題上可能還需要投票,這是很有趣的一件事情,當科學遇上表決,但在科技的限制上就是如此,而在這次報告中,每個詞語都有明確的定義(如下表)。

可能性及其發生機率
 Virtually certain(相當確定)  >99%
 Extremely likely(極為可能)  >95%
 Very likely(非常可能)  >90%
 Likely(可能)  >66%
 More likely than not(較為可能)  >50%
 About as likely as not(大約可能)  33~66%
 Unlikely(不可能)  <33%
 Very unlikely(非常不可能)  <10%
 Extremely unlikely(極為不可能)  <5%
 Exceptionally unlikely(相當不可能)  <1%

過去科學家認為有90%的可能性,全球暖化是由人類造成,現在數值已經提高到95%,幾乎確定就是我們造成地球發燒,報告指出,我們若完全沒有作為,在2100年,最糟糕的情況全球溫度會上升4.8度,那我們就會想問,這個最糟糕的情況是怎麼定義的?在以前,我們通常是用二氧化碳濃度來表示污染的程度,但是在聯合國最新的報告是使用RCP(如下表),RCP是什麼呢?譯作為輻射增溫,單位是每平方公尺瓦特,也就是太陽對於地表的加熱作用並被溫室氣體滯留所產生的熱能量,這樣就能以一個變數來更精確的表示溫室氣體造成的地表加熱作用造成的地球環境影響。

RCP定義 2.6 4.5 6 8.5
到2100年輻射能  2.6 W/m2 4.5W/m2 6 W/m2  8.5 W/m2
模擬的CO2濃度  421 ppm 538 ppm 670 ppm 936 ppm

AR5利用地球系統模式(ESM)增加了大氣中CO2交互過程、海洋中生態及生地化反應、腹地上植物生態及路的使用。另外,模擬20世紀後半段的快速增溫現象,以及當火山噴發後的冷卻現象。但模式無法模擬出,近10至15年地面氣溫暖化速率減緩的現象,主要可能的原因,和模式無法正確描述太陽、火山及懸浮微粒之間的交互作用。氣候模式雖然新增了關於雲和懸浮微粒之間的交互過程,但對於這些過程的代表性和量化表現信心度仍低(low confidence)。

下圖是模擬不同情況下地球的升溫情況,如果人類放任汙染,就會出現最糟糕的情況就是RCP8.5,正負兩度C在約2050年左右就要失守了,如果我們從現在開始支持減碳,降低汙染,最佳的情況就是RCP2.6,可以看到要維持2℃不是不可能的任務,而是現在我們必須要開始行動了,另外我們再了解海平面的高度變化。

p2

現在媒體對於全球暖化存在著很多錯誤觀念,例如你常常看到報導說,北極的海冰溶化造成海平面上升,但事實上,海平面上升真正的主因是熱膨脹,海冰溶化是其次的考慮因素,如果世紀末海平面上升近1公尺(如圖三),台灣將有近1成的面積會被淹沒,包括台北盆地、台中、彰化、嘉義、雲林、高雄及屏東西部沿海等地;另外,台灣颱風的風雨有加重的趨勢,大家都在想,是不是因為全球暖化的關係造成我們的天氣異變,但事實上,科學家對於此有強烈爭辯,但大多數持保留態度,這次報告中對於這個現象的態度也趨於保留,認為此現象不一定是全球趨勢,而是可能存在於特定區域(北大西洋)。

這次的報告肯定人類與全球暖化之間的關係,並也極力告訴我們,地球還有救!只要我們極力推動節能減碳,RCP8.5與RCP2.6之間的差別,被嚴重破壞的藍色星球還有綠色的未來,你選擇哪個?你要交給我們的下一代什麼樣的世界?決定權掌握在我們的手上!

p3

其他重點整理:

  • 海平面的上升最主要的因素是熱膨脹,冰山融化是次要
  • 台灣人有近九成(87.7%)相信全球暖化是由人類所引起,但是根據美國耶魯大學的調查,只有不到半數的美國人(49%)認為全球暖化的主因是人類
  • 對於全球暖化與人類之間的關係,確定度由90%到95%
  • 若無作為2100年溫度可能上升4.8度
  • 2050年2度C失守
  • AR4預測2020年夏季無冰(約4百萬平方公里),AR5為2050年
  • AR4大膽預測,AR5強調公信力與科學分析,並引用大量資料及意見(2萬Gigabytes資料 9000多篇出版物 報告厚度達幾萬頁 5萬多份意見)
  • AR5的圖集資料解析度更高,雖然不及台灣
  • AR4用溫室氣體濃度,AR5用RCP來比較人類的汙染程度,並強調人類有做為與無作為的差異
  • 對於各種氣候災害與全球暖化的關聯性都比AR4更確定,只有關於熱帶氣旋與全球暖化之關係,AR5趨近保守(likely),因為此課題存在著非常大的爭議,可能非全球暖化的結果,所以台灣的颱風增強可能非全球暖化的結果
  • 氣候預測難,當科學遇上投票與辯論,用「可能性」方式預測

 

大氣溫度:人為排放的溫室氣體對21世紀的溫度影響很大。其中陸地溫度上升的幅度比海洋大,極區暖化的速度更快。當全球平均溫度升高,會有更多熱的極端事件發生,冷極端事件相對減少,熱浪發生頻率會增加。

水循環:21世紀氣候暖化的背景下,乾、濕區的季節降雨對比更加明顯,高緯地區和赤道太平洋地區的降雨會增加,雖然有些區域會例外。許多中緯度和副熱帶地乾區,降雨會減少;季風影響的區域會增加,季風降雨增強,影響時間也會延長,但環流會減弱。

空氣和海洋:在未來的模擬中,溫度上升提高臭氧的破壞率,使得地表臭氧濃度減少,但是甲烷的濃度卻增加。在各種RCP情境中,海洋溫度都是上升的。海洋暖化最顯著的區域在熱帶和副熱帶的表層海水。而海洋吸收人為CO2的增加造成海水酸化,PH值降低,碳酸鹽離子減少,改變化學平衡。

文章難易度
活躍星系核_96
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活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。 Email: contact@pansci.asia

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比爾蓋茲談零碳發電——《如何避免氣候災難》
天下雜誌出版_96
・2023/04/01 ・1227字 ・閱讀時間約 2 分鐘

有效運用當今的再生能源技術和改良輸電方式,無疑都是當務之急,也不要忘記,多數國家不像美國這麼幸運,有充足的太陽能和風力資源。美國可以寄望未來以再生能源獲取大部分電力,這不是一種普遍現象,而是例外。因此,在美國更有效運用太陽能和風力的同時,全球還是需要有清潔電力的新發明。

核能發電的優勢和疑慮

如果要簡短說明核能發電,那就是:這是唯一已證實可以不分晝夜、不分季節、不挑地點,穩定且大規模發電的零碳能源。

沒有任何其他清潔能源能做到目前核能發電給我們的這些好處,而且是還差得很遠。在利用水泥、鋼鐵和玻璃等材料的效益方面,核能發電廠也是第一名。下圖表呈現出不同發電方式下,每單位發電量需要消耗多少材料。

每單位發電量(每兆瓦小時)需要消耗多少材料。圖/《如何避免氣候災難

核電有很多問題已經不是什麼祕密,興建核電廠的成本目前已變得很高。人為疏失會導致意外事故,核電廠使用的燃料——鈾,有可能被用來製造核武,存放有危險性的核廢料也是棘手的問題。發生在美國三哩島、前蘇聯車諾比,以及日本福島的核電廠事故備受矚目,使這些風險成為焦點。造成這類核災的問題確實存在,但我們面對的方式應該是著手解決問題,而非直接停止發展這個領域。

核能發電造成的人命傷亡遠遠少於汽車,事實上,也遠遠少於任何一種化石燃料(見下圖表)。

不同發電方式在每單位發電量下(每兆瓦小時)所造成的死亡人數。圖/《如何避免氣候災難

新的技術 打造更安全的核能設施

儘管如此,核能發電技術還是應該要改良。把造成事故的問題逐一分析清楚,再設法以創新來解決。我對泰拉能源(TerraPower)設計的方案十分樂觀,泰拉能源的反應爐可以使用多種不同的燃料,包括其他核電廠的核廢料。這種反應爐產生的廢料也比現有核電廠少得多,同時採取全面自動化,排除人為疏失的可能性,又可以建造在地底,避免遭到攻擊。最後一點,反應爐運用巧妙的設計來控制核反應,本身就很安全。運用物理定律,事故基本上不會再發生。

泰拉能源要落實到興建新的核電廠,恐怕還要等很多年,到目前為止,我們設計的反應爐都只存在於超級電腦中。另一方面,我們正與美國政府積極合作,共同打造一座新一代核電廠的原型。

——本文摘自《如何避免氣候災難:結合科技與商業的奇蹟,全面啟動淨零轉型新經濟》,2023 年 3 月,天下雜誌出版,未經同意請勿轉載。

天下雜誌出版_96
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比爾蓋茲的親筆揭露:淨零轉型應該何去何從?——《如何避免氣候災難》
天下雜誌出版_96
・2023/03/31 ・1271字 ・閱讀時間約 2 分鐘

2020 年迎來一場災難,一種新型冠狀病毒在全世界傳播開來。任何略知流行病史的人,應該都不會對新冠病毒造成的嚴重疫情感到太意外。我極為關注全球衛生問題,從多年前就開始研究疾病的爆發,一直很擔憂全球還沒準備好應付像 1918 年流感那樣的疾病大流行;那場大流行病造成幾千萬人死亡。我在 2015 年發表過一場 TED 演講,同時在幾次採訪中,也提出我們需要建立一個檢測和應對疾病大規模爆發的系統。

遺憾的是,全球還是沒有做好準備。當新冠病毒爆發,疫情造成巨大的人命損失,以及自大蕭條以來最嚴重的經濟痛苦。

付出高昂代價換來的 4.5% 減幅

由於經濟活動大幅衰減,2020 年全球的溫室氣體排放量比前一年少。減幅大約是 4.5% ,這是有效的減幅,假如溫室氣體排放量每年都能保持這樣的降幅,我們就可以高枕無憂了。

很可惜,這是不可能的事。

想一想,我們付出了多少代價才有這 4.5% 的減幅:全球有上百萬人死亡,幾千萬人失業。沒有人希望疫情持續下去,更別說重來一遍。疫情使溫室氣體排放量下降,我感到驚訝的不是降這麼多,而是怎麼降這麼少。

這一點點減幅證明了我們不能光靠少搭飛機、少開車來達到零排放,甚至就連那些被我們視為減少排放的主要途徑,效果都十分有限。

由於經濟活動大幅衰減,2020 年全球的溫室氣體排放量比前一年少,減幅大約是 4.5%(示意圖)。圖/envatoelements

我的思維比較像工程師,不是政治人物,所以也不知該如何解決氣候變遷的政治問題,特別是在美國,氣候變遷的討論已經被政治綁架。能做的只是把討論重點放在該怎麼達到零排放:我們必須傾全世界之力、投入全人類的科學頭腦,讓現有的清潔能源方案能被有效運用,同時發明新技術,以徹底停止排放溫室氣體到大氣中。

關鍵在清潔能源如何變得便宜又穩定

我的碳足跡實在高得離譜。多年來,我一直對此感到內疚。由於寫這本書,更加意識到自己有責任減碳。身為憂心氣候變遷、公開呼籲大家攜手對抗的一份子,減少個人碳足跡是最基本該做到的事。

我從 2020 年開始購買永續航空燃料,預計到 2021 年就會完全抵銷我和家人搭飛機所造成的碳足跡。至於其他方面,我也投資零碳技術,希望這也算是我個人碳足跡的補償,前後已經投入超過 10 億美元,但願這些技術最終能幫助全球實現零排放,研發出穩定而人人負擔得起的清潔能源。

儘管像我這樣的重度排碳者應該減少能源用量,全球整體其實應該使用更多由能源提供的產品和服務,只要是零碳能源,消耗更多能源就不是問題。解決氣候變遷問題的關鍵,就是使清潔能源和化石燃料一樣便宜和穩定。

——本文摘自《如何避免氣候災難:結合科技與商業的奇蹟,全面啟動淨零轉型新經濟》,2023 年 3 月,天下雜誌出版,未經同意請勿轉載。

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2022 年《Science》年度十大科學突破(下):EBV 病毒與發燒的地球
PanSci_96
・2022/12/30 ・2786字 ・閱讀時間約 5 分鐘

接續上篇:2022 年《Science》年度十大科學突破(上):持續進化的 AI 與韋伯太空望遠鏡

看過 2022 年十大科學突破的前五項後,你是否迫不及待想知道另外五項呢?讓我們繼續看下去吧!

多發性硬化症的元兇:EBV 病毒

多發性硬化症(Multiple sclerosis)是一種中樞神經系統疾病,初期症狀只有視力模糊、手腳麻木、走路不穩等,到了後期便逐漸讓病患喪失視力、無法說話和行走。

長久以來,科學家懷疑多發性硬化症的元兇是「人類疱疹病毒第四型病毒」(EBV)。這種病毒主要透過唾液傳播,幾乎每個人一生中都會感染到,然後病毒會潛伏在白血球中。雖然患者大多都有 EBV 抗體,但 95% 的健康成年人也有,難以作為判定依據。

然而,今年 1 月刊載在《Science》的研究指出,感染 EBV 將導致罹患多發性硬化症的風險增加 32 倍。另一篇《Science》研究也發現潛伏在白血球中的病毒可能會「甦醒」,而病毒的其中一種蛋白質,會誘使免疫系統攻擊中樞神經細胞。

這些新發現給了科學家開發疫苗的方向。目前,有一種 EBV 疫苗正在進行臨床試驗,要是數據顯示疫苗有效,那麼在未來,多發性硬化症或許就能像小兒麻痺一樣,從此絕跡。

新研究確定了 EBV 病毒(藍色)與多發性硬化症的關聯。圖/Science

美國簽署《降低通膨法案》,搶救發燒的地球

今年 2 月,聯合國 IPCC 第六次評估報告指出,若是全球平均升溫超過 1.5°C,各地都將出現多種極端氣候災害,部分地區也將不再適合人類居住。

8 月,美國總統拜登(Joe Biden)簽署了《降低通膨法案》(Inflation Reduction Act),試圖從綠能、醫療、稅收等三大面向解決通貨膨脹的問題,同時減少溫室氣體排放,堪稱美國史上最重要的氣候法案。

身為全球第二的溫室氣體排放國,美國將在未來 10 年撥出 3690 億美元,投入綠能、電動車、核能發電等產業,目標是在 10 年後(2032 年)將溫室氣體排放量降低到 2005 年的 40%。

目前,全球平均升溫(相較於工業革命前)來到 1.2°C,而且今年的溫室氣體排放量仍持續上升,沒有下降趨勢。許多氣候科學家都認為升溫幅度必然超過《巴黎協定》規範的 1.5°C 上限,因此我們都需要盡快採取更多行動保護地球。

《降低通膨法案》將補貼太陽能在內的綠能產業。圖/Science

逃過黑死病的方法,竟然是遺傳?

700 年前,橫行歐洲的黑死病殺死了 1/3 到 1/2 的人口。關於那些倖存者,科學家好奇了很久,想知道他們當初是如何逃過一劫,以及黑死病究竟帶來了什麼影響。

今年 10 月, ㄧ篇《Science》的研究顯示倖存者體內可能有基因變異,提升他們對鼠疫桿菌(Yersinia pestis)的免疫反應。團隊分析了 500 多具遺骨中的古代 DNA,發現在英國倫敦爆發黑死病後,倖存者體內有 245 處的基因都有出現變異。

在這些 DNA 裡,內質網胺肽酶 2(ERAP2)引起了科學家的注意。這種蛋白酶有兩種變體:一種是完整尺寸,另一種較短,但都可以幫助免疫細胞識別、對抗病毒。科學家發現,遺傳完整尺寸 ERAP2 的人類存活機率是 2 倍,因為他們能夠生成更多細胞激素,協助免疫系統對抗鼠疫桿菌。

如今,約有 45% 的英國人體內還存有完整尺寸的 ERAP2 變體,但代價就是 ERAP2 也會增加罹患克羅恩病(Crohn’s disease)和類風濕性關節炎等自體免疫性疾病的風險。

從 14 世紀英國倫敦的遺骨中採集 DNA 並紀錄變化。圖/Science

碰!NASA 撞歪小行星!

多年來,NASA 持續監測直徑超過 0.5 公里的近地小行星,並且透過「雙小行星重定向測試計劃」(DART)研究多種讓小行星偏離軌道的方法。

今年 9 月,NASA 讓 DART 飛行器以 22,530 公里的時速撞擊小行星 Dimorphos,讓 Dimorphos 更靠近它繞行的另一顆小行星 Didymos,縮短了 32 分鐘的公轉週期,比 NASA 原先設定的目標還要高出 26 倍。

目前為止,天文學家估計軌道與地球軌道相交的近地小行星有 25,000 顆,大小都足以摧毀一座大城市。雖然行星防禦系統(Planetary Defense)尚未建構出完整情報,但針對人類首次改變天體運行的壯舉,NASA 署長表示「這是行星防禦任務的分水嶺,也是人類文明的分水嶺」,有助於降低小行星或隕石撞到地球的機率。

寬達 160 公尺的小行星 Dimorphos。圖/Science

從永凍土提取環境 DNA,重建古代生態系統

以往普遍認為 DNA 的保質期約為 100 萬年,但在今年 12 月,科學家從北極寒漠的永凍土中,提取了 200 萬年前殘留至今的環境 DNA 片段。透過分析這些片段,科學家還原了格陵蘭東北部皮里地(Peary Land)約 200 萬年前生態系統的樣貌。

英國劍橋大學研究顯示,在 200 萬至 300 萬年前,皮里地的平均氣溫比現在高 11℃ 至 19℃。從 5 處沉積層中提取的 41 個 DNA 片段,證實了當時有楊樹、樺樹、崖柏和各種針葉樹,也有野兔旅鼠、馴鹿、囓齒動物,以及 1 萬年前滅絕的大象近親——乳齒象。過去從來沒有科學家料到乳齒象的活動範圍竟然延伸到那麼遠的北方。

可惜的是,因為缺少脊椎動物的化石,目前還不清楚確切的生物群落組成,但這項研究證明了利用環境 DNA 追溯 200 萬年前的古生物是可行的,而這也有助於科學家進一步探討生物和環境的演化。

環境 DNA 揭示了 200 萬年前格陵蘭的生態。圖/Science
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PanSci_96
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