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地球的限度面臨更嚴峻的挑戰

葉綠舒
・2015/01/19 ・1683字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 549 ・八年級

不知道有多少人看過2009年在「自然」雜誌上,有關地球的限度(Planetary Boundaries)的文章呢(1)?雖然在「低碳生活部落格」上面有一系列的文章(2),但是筆者的經驗是,好像看過下面這個圖的人並不太多。

圖片來源|Nature
圖片來源|Nature

在當時,有30個科學家組成了一個團隊,列出九項他們共同認為對地球很重要的指標,以及這些指標的上限。

這些指標是:

  1. 氣候變遷(climate change)
  2. 生物多樣性(biodiversity loss)
  3. 氮循環(nitrogen cycle)、磷循環(phosphorus cycle)
  4. 海洋酸化(ocean acidification)
  5. 懸浮微粒污染(particle pollution of the atmosphere)
  6. 化學物污染(chemical pollution)
  7. 臭氧層的消失(ozone depletion)
  8. 淡水使用(freshwater use)
  9. 森林砍伐與土地使用變更(deforestation and other land use changes)。

在當時,前三項(氣候變遷、生物多樣性、氮循環)已經嚴重超過指標上限,而第四、五項(磷循環、海洋酸化)亦已經逼近限度;至於其他項,有些因為非常早就受到注意(臭氧層的消失),所以當時已有所改善,最近也聽到持續改善的消息;而有些則因為當時沒有全球同意的指標,所以無法估計(懸浮微粒污染、化學物污染)。

最近,這個團隊重新組合之後,又在「科學」(Science)期刊上發表了論文(3)。我們從2009年到現在,這九項指標有改進嗎?不多。除了臭氧層有持續改善外,2014年大氣的二氧化碳衝破了400 ppm,我們的颱風季節從半年左右,到現在一年十二個月都有颱風,海燕風災帶給菲律賓的災害大家有目共睹,還有珊迪颶風…

其實,不需要新團隊說什麼,大家也知道狀況沒有變好。不過,這次新團隊來告訴我們,我們又衝破了一項限度:森林砍伐與土地使用變更。

圖片來源:Science
圖片來源|Science

在上圖中可以看到,安全的區域(綠色)只有北美洲與南美洲;其他地區若不是有風險(黃色,加拿大、歐洲、俄國),就是高度風險(紅色,非洲、亞洲、東南亞)。森林的破壞,也會影響到生物多樣性與氣候變遷;也就是說,這項指標被衝破,代表著其他原本已經殘破不堪的指標也會變得更嚴重。

新的Planetary Boundaries. 圖片來源|Science
新的Planetary Boundaries. 圖片來源|Science

事實上,新團隊指出,除了氮循環與磷循環之外,未來還需要留意矽循環,以及其他可能也相關的物質;而磷循環的狀況其實也惡化了(詳見上圖之Biogeochemical flows的P)。

新研究團隊也納入了「新物質的導入」(Introduction of novel entities)這個項目。科技日新月異,人類不斷的發明地球過去不曾出現的新物質,這些新物質或多、或少會對地球產生影響。如氯氟烴(CFC,chlorofluorocarbons)造成臭氧層的消減;塑膠造成的危害更是有目共睹,雖然也給我們的生活帶來許多便利;最近的奈米物質,已經發現可以進入食物鏈,目前的影響尚難以估計。

當我們看著這些指標一再地被衝破而感到憂心時,筆者不禁想到,地球現在就彷彿一杯裝滿的水,任何一點擾動、或是誰再給她加一滴水,都會使這杯水滿溢出來。究竟世界各國是否有認真在思考地球的未來?是否有把地球看成一個整體?或者還是將自己的思考限制在自己的國內,認為「我國GDP的成長」是最要緊的,於是一方面保護自己的國家,一方面將高污染的工業移到地球上的其他區域;一面保護自己的森林,一面砍別人的森林。但是,這些成長,只要來一個超級大颱風/颶風,或是來一場超級大雨造成洪水與土石流、或是大旱災等等…就全部都白費了,不是嗎?而颱風/颶風並不只會往過去常常有颱風/颶風的方向過去(雖然菲律賓真的是深受其害),超級大雨/大旱災也不只出現在某些地方,如果大家還是只有「自掃門前雪」,大概很快就會發現,別人家的瓦上霜也會飛過來…

原刊轉載於作者部落格

參考文獻:

  1. Johan Rockström et. al., 2009. A safe operating space for humanity. Nature 461:472-475.
  2. 趙家緯。2011。地球的限度與台灣的成長極限(上)
  3. Will Steffen. 2015. Planetary boundaries: Guiding human development on a changing planet. Science DOI: 10.1126/science.1259855

相關標籤: 地球的限度
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葉綠舒
262 篇文章 ・ 5 位粉絲
做人一定要讀書(主動學習),將來才會有出息。


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地球在20年間「亮度」變低了!——地球暖化讓陽光反照率直直落

Mia_96
・2021/10/23 ・2757字 ・閱讀時間約 5 分鐘

地球暖化會造成溫度升高?不稀奇!地球暖化會造成人類生活環境越來越嚴峻?也不稀奇!但你有聽過,因為地球暖化,讓我們的亮度竟然逐年遞減,地球變得越來越暗嗎?

地球亮度的改變並不是近期才出現的新興議題,關於地球亮度的變化,科學家早在 1990 年代前後便提出一種現象「全球黯化」(global dimming)去解釋為何地表獲得的太陽光能量越來越低。

當時透過資料指出,進到地球的太陽能量大幅降低,從 1950 到 1990 年入射至地表的太陽光能量,竟然平均減少 4%! 也就是身處在地球上的人類會覺得地表的亮度似乎逐漸地降低。

但入射地表能量降低的原因並非是太陽發出能量的變化,而是因為近幾年我們最常耳聞的,空污現象! (圖/pixabay

當人類使用石油、煤炭等非再生能源發電時,會在環境中產生許多氣膠微粒,而這些氣膠微粒進入大氣,微粒可以吸收、反射入射到地球的太陽光,使太陽之能量無法進到地球表面,進而造成地球亮度降低。

而全球黯化同時也影響著人們過去對於全球暖化的理解,當全球黯化造成入射到地表的太陽光減少時,代表著地球所獲得的能量並不如過往我們所想像的這麼多。換句話說,全球黯化所造成的冷卻效應竟比不上人們所造成的暖化速度!

知曉地球改變亮度的方法——地照!

近期最新研究更是顯示,1998 年到 2017 年近十年內,地球的反照率逐年下降!除全球黯化造成地表獲得太陽能量減少外,當從外太空看著地球時,地球竟然也越來越暗了!

反照率是一種常用於亮度表示的方式之一,其指的是太陽電磁波段入射至地表的總量質,除以被地表反射的量值所得出的數字。不同的地表特性即有不一樣的反射量質。因此,透過反照率的升降,科學家也可以推估氣候變遷對環境所產生的變化與影響。

計算反照率的方式十分特別,在科學中我們將其稱為「地照」!

地照現象指的為當太陽光照射到地表,地表會反射部分太陽光,而當地表反射太陽光至月球未被太陽照到的地方時,月球又會將地表所反射至月面的光線反射回地球。

看似應該沒有被太陽光照射到的月球表面,其實也會因為地球反射之陽光而產生微弱的光。而最適合觀測地照的時間通常為弦月時分。 (圖/Wikipedia

地照的變化與地表的改變息息相關。例如冰雪的反射率較高,當地表溫度較低,累積較多冰雪時,地照數據便可能會上升;而洋面的反照率較低,當地表溫度較高,造成冰雪融化成海洋,則地照數據便可能會下降。

透過地照反射的光線強弱,可以推測地球反照率的變化,進而推測地表本身變化。 (圖/Wikipedia

除了利用地照觀測地球反照率外,為使觀測更加精確,科學家利用於 2000 年發射的 CERES 儀器(Clouds and the Earth’s Radiant Energy System)觀測大氣至地表的太陽光輻射與地表放出之輻射,並進一步分析對影響地球溫度的重要因子──雲,和太陽輻射的交互關係。

CERES 主要希望可以解答雲在氣候變遷中所扮演的角色與造成的影響,是美國國家航空暨太空總署地球觀測系統(EOS)計畫中的一部分。 圖/Wikipedia

研究結果分析發現,從 2000 年到 2015 年,地球反照率曲線一直維持接近平坦的狀態,但近年,地球反照率的衰退卻日益明顯,如下圖表示:

(圖/參考資料 1

橫軸座標為年度,縱軸座標為地照反照率之異常改變(單位為每瓦/平方公尺),黑色為地照異常之數據,藍色為 CERES 觀測到異常之數據,而灰色陰影區域則為誤差範圍。從圖中可以看出,地照反照率在這幾年下降約 0.5 W/m2,而 CERES 之數據則是下降約 1.5 W/m2

十年一變──太平洋年季震盪

科學家推測,改變反照率的原因,是週期性發生在太平洋的氣候變化──太平洋年季震盪。

太平洋年季震盪指的為太平洋的海水溫度會以十年為週期尺度產生變化:當北太平洋和熱帶太平洋間的海水溫度較高時,稱作暖相位;而當北太平洋和熱帶太平洋間海水溫度較低時,稱作冷相位。

而地球亮度改變的原因,正是因為太平洋年季震盪到了暖相位,造成海面低雲減少,反照率降低!

低雲較為溫暖,其主要成分是由水滴組成,當太陽輻射照射水滴時,較多太陽反射至太空,地球的反照率較高,也造成地表溫度降低;而高雲主要成分由冰晶組成,透光性較佳,再加上高雲通常體積較低雲薄,故太陽輻射可以順利進入地表,地球反照率相對降低。

當北太平洋與熱帶太平洋間海水溫度升高時,洋面上空氣需達到飽和的水氣量相對增加,氣塊達到飽和條件較高,低層雲較難生成。(其實背後原因極其複雜,作者僅是以最簡單的方式嘗試解釋。)當低層雲減少時,反射率降低,造成較少太陽輻射至太空,地球亮度因此變得越來越暗。

雲在地球輻射能量中一直扮演著重要的角色,低雲反射太陽輻射的能力較強,高雲吸收地球輻射的能力較強,因此較多的低雲往往造成地表降溫,而較多的高雲則會造成地表增溫。 (圖/pixabay

交織纏繞的反饋機制

看完整篇文章也別急著下結論!其實地球上的現象不僅環環相扣,影響因素更是族繁不及備載,從海溫改變的原因、高低雲量多寡的變化、反照率升降的主因……,我們都很難用單純或是絕對的一段話去完整解釋自然界的現象。

科學家所能做到的,是透過原因推導、盡力的去解釋現象,所以關於地球反照率下降的趨勢原因,除了太平洋年季震盪、海溫升高、低雲變化等,或許也還有科學家尚未清楚的其他可能性。

但同時,令科學家擔心的事情是,因全球暖化造成地表的反照率降低,代表地表接收到的能量、進到地表之能量相對增加,而吸收的能量又加速全球暖化的速度,地球或許會因為這樣的回饋機制持續升溫,造成更加嚴重的溫室效應。如何去因應溫度上升造成的種種問題,也將會是我們需要不斷去思考問題。

參考資料

  1. AGU AdvancesEarth’s Albedo 1998–2017 as Measured From Earthshine
  2. science alert,《Two Decades of Data Show That Earth Is ‘Dimming’ as The Planet Warms Up
  3. Wikipedia,《Clouds and the Earth’s Radiant Energy System
  4. Wikipedia,《行星照

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Mia_96
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喜歡教育又喜歡地科,最後變成文理科混雜出生的地科老師
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