三伏天话全球变暖

出品|网易科学人栏目组

译者|孙文文

三伏天+全球变暖热尿了?中国太阳能产业震惊外国

(2013年6月,加州休斯湖以南发生森林火灾,大火数日不灭,总共80平方千米的土地化为焦土。图:David McNew/Getty Images)

二氧化碳无色无味,人们在呼吸之间便会产生这种气体。相比之下,燃料燃烧会留下更明显的痕迹。虽然此前曾有争议,但如今人为因素导致气候变化已是科学上公认的事实。超过97%的气候学家认为上个世纪的全球气候变化是由人类活动引起的。

共识引发人们的关注,本世纪初以来有关气候的讨论尤为频繁。在该领域的研究人员看来,证据是毋庸置疑的。工业革命以来,全球二氧化碳和其他温室气体的排放量激增,“全球变暖”这个名词最近才被发明,但它所指的现象在1/4个世纪以前便已开始。

NASA - A Year in the Life of Earth's CO2(来源:网易科技频道)

(一分钟视频展示大气中的二氧化碳在一年内的运动轨迹,注意看北美、欧洲和东亚地区的骇人浓度。)

人类污染大气的后果不仅会让气温上升,也会导致极端天气多发。随着全球气温增高,日趋严重的荒漠化将原本丰饶的土地变成干旱不适宜耕种的废土。温度升高,地表水蒸发加快,微暖的空气能容纳更多的水蒸气,导致暴风雨等极端天气多发。

下文尝试详解气候变化一词的含义、气候变化的后果以及为何说质疑气候变化无异于大祸临头而不自知。

什么是气候变化?

联合各国气候变化框架公约(UNFCCC)将气候变化定义为:由人类活动直接或间接地改变全球大气组成所导致的气候改变。

这里的人类活动包括工业生产和其他导致温室气体排放的活动。以二氧化碳为代表的气体具有很强的吸收红外线的能力,推动大气温度升高。温室气体一旦被生产就难以消除,可在大气中存在几十年乃至数百年。

“温室气体”家族主要成员

二氧化碳(Carbon dioxide)

主要由化石燃料燃烧、固体垃圾和木制品焚烧产生。砍伐森林和土壤退化都会导致大气中二氧化碳含量的增加,而植树造林则会吸收大气中的二氧化碳。二氧化碳在大气中存在的期限无法用一个数字代表,因为这种气体不会随着时间增长而被消除,而是在“海洋-大气-陆地”生态系统不同部分之间流动。部分过量的二氧化碳会被自然过程吸收,不过由于二氧化碳转为海洋沉积物的过程十分缓慢,有些二氧化碳可在大气中存在数千年之久。

甲烷(Methane)

石油、煤炭和天然气在生产和运输过程中会产生甲烷。畜牧业和农业以及城市垃圾填埋(厌氧消化)也会产生甲烷。甲烷是一种比二氧化碳威力更强的温室气体,升温能力是后者的25倍。不过甲烷在大气中存留的时间较短,平均仅有12.4年。

一氧化氮(Nitrous oxide)

一氧化氮在工农业生产以及化石燃料和垃圾燃烧过程中产生。一氧化氮在大气中的寿命可达121年。

氟化气体(Fluorinated gases)

氟化气体包括氢氟碳化物、全氟碳以及六氟化硫等。这些气体不会自然产生,主要来自人类的工业生产和生活。在发现氯氟烃(CFC)会对臭氧层造成破坏之后,人们有时使用这些氟化气体作为其替代品。

温室气体被困在大气层中,吸收热量让地球气温升高的现象称为温室效应。温室效应一词由法国物理学家约瑟夫·傅立叶(Joseph Fourier)首先提出,他设想地球变暖与温室保温是相同的过程——地球大气层好比温室的玻璃,在白天透过可见光,夜晚则锁住地表散发出的红外线辐射。

太阳发出的可见光透过大气层,被陆地、海洋和植物吸收,夜晚地表发出的红外辐射会被大气层锁住。这一“加热-散热”过程在自然的昼夜交替中处于良好的平衡状态。过多的温室气体导致大气层吸热能力增加,使地球整体所保留的热能增加,导致全球暖化。

温室气体如何运作?(来源:网易科技频道)

(视频解释温室效应原理。大气层为地表起到保温作用,但过多的温室气体相当于穿了一层质量太好的羽绒服,散热不畅反而让人难受。月球没有大气层,昼夜温差将尽300摄氏度。)

在大气层中占据绝大部分的氧气、氮气不吸收红外线辐射,但二氧化碳这些温室气体却堪称吸热能手。温室气体锁住热量,反过来温暖地球表面。温室气体越多,它们捕获的热量也越来越多。

地质学研究表明,地球目前已经进入一个异常变暖的时期,40万年来,大气层中二氧化碳的含量从未超过300ppm(1ppm为百万分之一)。这一纪录在1950年被打破。2013年,二氧化碳含量再创新高,突破400ppm。

人类活动难逃其责:发电和供暖在2010年产生了25%的全球温室气体排放,农业生产占到24%。人类污染打乱大气成分之间的平衡,这些排放直接导致了气候变暖,进而对自然和人类都带来深远的影响。

气候变化有何影响?

未来气候的变化趋势可从当下诸多事件中窥见一斑。大气中的二氧化碳进入海洋,海水酸化,珊瑚礁和海洋生物遭殃。珠穆朗玛峰上的雪线不断萎缩,世界最高峰正在该换颜面。极端天气出现的频率在增加,洪水和热带风暴肆虐。未来的生态问题还包括物种灭绝和陆地海岸线改变。人口不断攀升让生态系统不堪重负,饮水和食物资源短缺的压力越来越大。

Rising seas, by decade(来源:网易科技频道)

(短时期内海平面的上升难以察觉,像温水煮青蛙一样,若等问题凸显再行动为时已晚。)

同世界上绝大多数社会和经济问题一样,气候变化首先波及的是贫困人群、儿童和老人。但其他人也会受到气候变化的影响,这是一个真正的全球性问题,没有人能独善其身。

东半球的人们可能对发生在西半球的暴雨洪灾毫无察觉,但气候变化的影响那个并非孤立事件。在考虑气候变化问题时,需要将世界作为一个完整的生态系统来看待。政治划分和国界线在此时失去意义,北极海冰融化与亚利桑那干旱加剧背后的原因是同一个。马尔代夫的潮汐侵蚀、美洲中西部的飓风与英国的气温波动是同一系统作用的不同表现。虽然洪涝和干旱看起来好像毫不想干,甚至完全相反,它们实则都源自同一个问题——更温暖的空气。

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(图为北极海冰融化。北极变暖的速度是地球其他地方的两倍。冰原崩解融化,北极熊面临淹死和饥饿的危险。图:Mario Tama/Getty Images)

随着大气中二氧化碳的含量增加,北极海冰吸收更多热量导致其快速融化。这里曾是地球上极寒冷的地方,如今正在分崩离析。

在我们居住的星球上,只有3%不到的水是可饮用的淡水,而其中又有70%是以冰雪的形式存在。随着两极地区海水迅速升温,海平面上升,沿海地区被淹没。NASA发现两极地区的海冰面积在2017年3月达到有记录以来的最小面积。这一前所未有的变化显示,地球上最不怕热的地方也无法在全球变暖中幸免。

卑尔根大学气候专家Tor Eldevik认为,北极海域的海冰有可能在40年后完全消失。即便全世界都落实巴黎协定,将气温升幅控制在2摄氏度以内,北极融化的趋势已无可避免。2度的升温意味着北极39%的海冰在夏季面临融化的风险。

荒漠化是导致饥荒和威胁粮食安全的根本原因之一,这也是气候变化的直接产物。退化的土地变得不适宜耕种,无法产生好的收成。在农业为主要收入来源的地区,荒漠化还加剧了贫困。一方面粮食供应减少,另一方面对食物和资源的需求却在不断增加,国家的经济增长受到不利影响。2001年一份研究显示,土地荒漠化每年给美国造成约400亿美元的损失。可想而知,随着全球气温持续升高,这一数字还会继续增长。

在其他一些国家,荒漠化还有可能加剧种族和政治紧张局势,引发冲突。2001年,干旱和政策原因导致叙利亚东北地区的农业生产崩溃。从2006年到2010年,新月沃土遭遇有记录以来最严重的干旱。政治学者认为农业崩溃是导致2011年起利亚武装起义的原因之一。在中东和其他一些以来农业发展经济的国家,气候变化带来的影响尤为明显。

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(干旱龟裂的土地。图:Palani Mohan/Getty Images)

从上世纪30年代发生在美国的“黑色风暴事件”(Dust Bowl)中,世人可从中一瞥未来土地退化、食物短缺,经济受累的恐怖景象。在美国梦的驱使下,人们前往广阔天地白手起家自力更生,这种盲目的开拓精神始于19世纪,当时美国人以昭昭天命(Manifest Destiny)自命不凡,认为进行西部大扩张是上天旨意。盲目开荒破坏了本就脆弱的植被,有民间故事讲农民呆望土地干裂无计可施。如今加州仍被干旱和土壤贫瘠困扰,数以百万的树木成为天然引火棒,当地居民用水安全也受威胁。

在英国,一系列的极端天气引发了人们对如何应对气候变化的关注。2015年12月,英国空气创下1910年有记录以来的最潮湿记录。2003年,英国出现了史上最高温——38.5摄氏度,至少有2000人因高温丧生。酷暑越来越常见,给医疗机构和电力供应商带来很大压力。世界近1/3的人口面临热浪的威胁。随着温度升高,死亡人数也在增加。

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(图为弗吉尼亚州丹吉尔岛在今年5月份的日落景色。岛上的居民对气候变化和海平面上升的体会最为深切:自1850年以来,岛上超过2/3的土地被海水淹没,目前丹吉尔岛的面积只剩310公顷。图:JIM WATSON/AFP/Getty Images)

无论老幼富贵,没有人能够在气候变化的浪潮中幸免。夏威夷大学研究员卡米洛·莫拉(Camilo Mora)预计,到2100年,全球有48%的人口将面临极端炎热天气的威胁。“在热浪中死亡就像温水煮青蛙,存粹是一场折磨。儿童和老人风险最大,但炎热同样可以导致年轻力壮的人死亡,士兵、运动员,所有人都有危险。”莫拉接受卫报采访时说道。

与此同时,海平面上升也增加了洪水发生的概率,低洼地带和人口密集的沿海地区首当其冲。此外,较严重的降水也可能导致洪水。2016年12月,英国西北部的坎布里亚郡受到“戴斯蒙德”风暴(Storm Desmond)侵袭,人们逃出家门孤立无援,度过了一个没有灯光和欢笑的圣诞节。

人们做什么来应对气候变化?

气候变化的影响如此严重,其真实性已无需再证明,各国开始用实际行动缓解气候恶化。英国政府在2016年公布了第五个碳预算提案,计划到2030年减少57%的碳排放。人们上街游行呼吁关注气候变化,回收再利用和转型清洁能源的观念已深入人心。

经济和环保之间的矛盾一直是气候变化讨论中的焦点——上个世纪的经济全赖化石燃料才得以发展,如今要转型并非易事。然而,研究表明其中矛盾并不想人们想象的那么不可调和。

伦敦经济学院在2016年5月进行的一项研究显示,英国政府应对气候变化的政策对商业竞争带来的负面影响微乎其微。不仅是英国,其他出台了类似能源法规的欧洲国家的出口竞争力并未受到损害。研究报告中指出,唯一负面的经济影响是采煤、炼油行业2%的经济损失,但这些损失又可通过“补偿措施”加以限制。

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(安徽省滁州市的并网光伏发电系统。图:VCG / Getty)

在中国和印度,对可再生能源领域的投资正在创造巨大的经济机遇。2016年,中国太阳能产量翻了一番。国家能源局称,截止到该年底,中国太阳能发电总量达77.42千兆瓦,全年增长34.54%。同样,印度对太阳能的投资也在推动该国逐渐远离化石燃料经济。

中国国家能源局统计估计,截止到2020年,中国对可再生能源的投资将达2.5万亿人民币,虽然目前太阳能发电仅占中国能源总产量的1%,政府希望通过巨额投资将可再生能源产出占比从11%提高到2020年的20%。中国对可再生能源的投资将创造1300万就业岗位,意味着发展新能源带来更多机遇,而不是麻烦。

面对气候变化的时间压力,科技和政策都要做出行动来应对挑战。其中包括投资可再生能源、脱盐技术、新的农业实践以及促进国与国之间为实现气候目标进行通力合作。