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气候的过去、现在与未来
  2004年08月19日09:54 【字号 】【留言】【论坛】【打印】【关闭
  地球的历史大约为55亿年。在46亿年前,地球上充满了原始大气,并且开始逐渐逃逸;从46亿年前开始,地球进入到地质年代,逐渐产生次生大气;大约在30亿年前,地球上出现生命,并开始改造地球大气;到寒武纪,大气才被生物改造成现在这个样子。对于古生代以前的古气候,我们几乎一无所知,到了古生代,古气候状况才逐渐清楚起来。我们大体上已经知道,在地质时期反复经过了几次大冰期,其中从古生代以来,就有三次大冰期。

  从一个不断受陨星撞击,火山肆虐的火球到布满海洋、森林和山脉,数百万种生物繁衍生息的乐园,地球的气候经历了翻天覆地的变化。人类影响气候,气候也影响人类。短时间的气候变化,特别是极端的异常气候现象往往会造成严重的自然灾害。长期的气候变化,即使变化比较缓慢,也会使生态系统发生本质性的改变,使生产布局和生产方式完全改观,从而影响人类社会的经济生活。

  在两个世纪前,气候的变化主要是由大自然自身引起的,变化的节奏缓慢,时间漫长。但随着人类活动的加剧,特别是机器的出现,人类对气候变化的影响越来越大了,我们甚至不得不对地球的未来划上一个沉重的问号。地球的气候史告诉我们:今后数十年间气候的变化将呈现不同的方向,既有悲观的,也有乐观的。它的变化将在很大程度上取决于我们人类采取怎样的行为方式,取决于我们是否能从根本上保护地球。过去的气候

  地球的气候史  我们地球上的气候,在不同的时期是不相同的。在数亿年中,地球的气候发生了很大的变化。在过去的数亿年中,比现在更炎热和更寒冷的时期交替出现。引起气候变化的原因是多种多样的,包括太阳辐射强度的变化,大气层中气体成分的变化,还有地球板块的漂移等等。

  大气层的诞生  远古的地球大气主要由很轻的氦气和氢气组成。很快就散发到宇宙中去了。与此同时,火山喷出的气体组成了新的大气,它主要由水蒸气、二氧化碳和少量的氮气组成。随后,连绵不断的大雨形成了海洋并溶解了大部分二氧化碳。水分子在紫外线的作用下发生分解,大气中出现了氧气和臭氧。由于臭氧层对紫外线的阻隔作用以及植物的光和作用,大气中的氧气的浓度始终保持稳定。在最近的6亿年中,大气中化学成分的比例基本上没有变化。

  弱早期太阳  温室效应对生命的出现起了重要作用。事实上,在40亿~30亿年前,太阳的辐射强度只有现在的25%,然后开始直线上升。假如在大约20亿年前大气的组成就与现在相同的话,那么地壳将会全部被冰雪覆盖,但这种景象未能发生。“弱早期太阳佯谬”理论认为,其原因就是由于浓密的二氧化碳和水气产生了很强的温室效应,使地球保持了温暖,并在35亿年前在地球上出现了最初的生命。

  冰雪覆盖的地球  在大约7.5亿~5.8亿年前,地球表面曾4次几乎全部被冰雪覆盖,称为雪球时期。那时,太阳的辐射能大约比现在少6%,而陆地也主要集中在赤道附近,促使地球变冷。此外,由于冰雪覆盖的地球反射了大部分阳光,加速了地球变冷的速度。后来,由于大雨停止和火山不断喷发,大气中的二氧化碳的浓度变高(比现在高350倍),产生了强烈的温室效应,才使冰雪逐渐融化。

  白垩纪热浪  在大约1亿年前的白垩纪,地球达到较高的温度。当时,地球的平均温度为22.8℃,比现在高7℃多,地球的两极的冰雪也全部融化。气候如此炎热的原因,是由于火山喷发产生的大量二氧化碳造成了强烈的温室效应。此外,由于板块漂移造成了大陆的重新分布,也使聚集在赤道附近的热量可以通过海洋暖流输送到地球的各个区域。

  持续变冷的新生代  在新生代(6亿~5亿年前),地球的温度持续下降。这种降温看来应归因于大陆板块漂移。新崛起的巨大山脉将二氧化碳以硅酸盐的形式固定在岩石中,大气中的二氧化碳因此减少,温室效应减弱,地球也就变冷了。

  冰期与米兰柯维奇循环  在最近100万年间,由于地球轨道的变化,发生了地球冰期与温暖期交替出现的现象,天文学家米兰柯维奇指出,地球气候变化存在着三个天文周期:每隔2万年,地球的自转轴倾角变化一个周期(称为岁差);每隔4万年,地球黄道与赤道的交角变化一个周期;每隔10万年,地球公转轨道的偏心率变化一个周期。

  最后的大冰期  最后的大冰期称为第四纪冰期,它开始于8万年前,1.8万年前达到顶峰。现在的阿拉斯加、加拿大和今天美国的北部都被一整块冰覆盖着,冰层的厚度将近1000米。在欧洲,冰层推进到了今天的汉堡和柏林。但在南半球,冰层的推进却缓慢得多。后来温度迅速回升,在大约1.2万年前冰层开始融化。最后一次大冰期就这样结束了。

  新仙女木冷期  大约在1.1万年前,地球刚脱离上一次的冰期却又忽然回到冰期,这就是著名的新仙女木冷期,它大约持续了1000年,这是因为北大西洋深水输送带突然中断造成的。

  气候最适期  在新仙女木冷期后的最初几千年,地球的气候曾经很热。在9000~5000年前。地球的温度升高了几摄氏度,形成了所谓的“气候最适期”。500年前的小冰期  在公元1400年~1500年,地球的温度又突然下降,历史上称为“小冰期”。在1434年~1435年,英国曾连续降雪40天。在1608年冬季,英国所有的牲畜都被冻死,整个康斯坦茨湖都结冰了,1789年冬,几乎所有欧洲的河流都冻结了。只是在19世纪后半期冰川才开始后撤。

  最近150年变化  在最近一个世纪,地球开始迅速变热。在1850年~1980年,温度平均升高了0.6℃,其中大约0.26℃与太阳活动剧烈程度增加有关,其余则是由于人类的活动的影响。现在的气候

  全球变暖  在最近的20年,全球变暖的步伐突然加快,特别是与1951年~1980年相比,地球的平均温度升高了大约0.3℃。但是这个现象也不是全球同步的。在有些地区,比如地中海,就比其他地区温度上升更高。这种升温对气候和动物栖息地的影响是多方面的,比如温带的热带化,热带地区的沙漠化,两极浮冰群和冰层的融化、热带的物种和疾病向中纬度地区迁移等等。

  降雨区的移动  整个地球的降雨区正在发生移动。从1980年至今,欧洲的北纬50°~60°地区降雨增多。但在地中海地区的降雨就少得多。夏季的雨水也减少了,但是一下雨就往往是倾盆大雨,并经常出现暴风雨。然而在最近10年,秋季的降雨却增多,造成水灾事件增加。从1950年至今发生了5次较大的水灾,其中3次发生在20世纪90年代。

  极端天气和气候异常  极端天气和气候异常事件增多,这是气候极端化的突出表现。洪水和水灾比过去增多(19世纪中国平均20年发生1次水灾,而20世纪每20年发生9次~10次水灾),厄尔尼诺现象更加频繁,更加强烈和持久(1997年~1998年的厄尔尼诺现象是最糟糕的一次)。北欧的大风暴也更加频繁(仅20世纪90年代就发生了5次)。最后还有强暴风雨,2002夏天的倾盆大雨(卫星图像显示的是8月10日灾难性的恶劣天气)造成了中东欧近百年历史上最严重的水灾。

  空气变样了  由于人类的活动,最近几十年向大气层排放的物质越来越多,以致改变了空气的化学组成,对气候和动物的栖息地产生了消极影响。在大城市,灰尘、氮氧化物和臭氧的密度很高,恶化了空气质量。与此同时,热岛效应的增强使强风暴的次数增多,氯氟烃的排放破坏了使我们免受紫外线伤害的臭氧层。未来的气候

  气候取决于温室气体  未来的气候,或者说21世纪的气候,首先与温室气体,特别是二氧化碳的排放状况有关。根据未来的经济发展以及在今后几年将采取的环保措施不同,气候将出现不同的状况。按照预测,在本世纪末,大气中二氧化碳的浓度将增加一倍。环境污染的后果主要表现在三个方面:平均温度升高、大气的总循环和气候的稳定性被打乱。

  如果二氧化碳增加一倍  温室气体浓度的增加将在今后几十年内增强温室效应,使地球的平均温度持续升高。如果在本世纪末大气中二氧化碳的浓度增加一倍,大部分陆地的平均温度将上升4~5℃。

  2030年全球平均温度上升1~2℃  如果二氧化碳浓度迅速增加,到2030年,全球平均温度将上升1~2℃。到2080年,平均温度可能升高1.5~3℃,地中海地区可能升高3.5~4℃。平均温度的升高不仅使白天变得更热,而且使热浪将变得更多、更强烈和持久,甚至在秋季和冬季也会频频发生。

  深水输送带可能被堵塞  在北极圈附近,逐渐升高的温度可能引起庞大的极地浮冰群融化。格陵兰岛某些地区的冰层正在以每年40厘米~60厘米的速度变薄。大量淡水涌入大西洋,可能使海水的含盐量在今后的数十年内锐减。含盐量的减少可能影响北大西洋深水层,堵塞北大西洋深水输送带,使暖流无法抵达北欧。由于缺少暖流,因温室效应引起的过热势头可能部分地得到遏制。

  海洋变热,海平面升高  地球温度的升高将对海洋产生很大的影响,因为海洋表面的水将比现在更热。这样,台风将变得更加频繁和强烈,而且将扩展到温带的边缘地区。与此同时,一些中纬度的封闭盆地,比如地中海,可能变成名副其实的热带海洋。在本世纪末,如果二氧化碳浓度增加一倍,海平面将升高10厘米~90厘米。这一方面是因为极地冰层的融化,一方面是因为较热的水将占据更大的空间。各大陆海岸的地理状态将被打乱,沿岸的大都市如纽约、迈阿密、曼谷和威尼斯将被海水淹没。

  高气压中心的移动  更强的温室效应还意味着,大气层内部将蕴含更大的能量。空气的大循环将因此被打乱,大的高压和低压中心,如亚速尔群岛的高压和冰岛的旋风都将改变它们的位置。根据英国科学家的推测,在本世纪中期,欧洲冬季的降雨量每天将平均减少1毫米。大气现象可以变得更强烈,北美的龙卷风将更频繁和更具破坏性,暴风雨也将更频繁地袭击温带地区。

  更猛烈的降雨和更严重的旱灾  随着大气循环的被破坏,影响气候的自然现象也将改变它们的规律。厄尔尼诺现象将变得更频繁和强烈,季风将带来更多的雨水,造成洪水肆虐。但是由于缺少雨水,旱季将持续更长的时间,使火灾更加频繁,沙尘暴次数也会更多。

  气候更加不稳定  大气能量增大的另一个后果将是气候的不稳定性,在平均值附近摇摆的现象将增多,极端的自然现象将更加频繁和不可预测,人们将感受到气候经常由酷热猛然转到非季节性的严寒,或者看到在阳光明媚时突然下起倾盆大雨。

  我们在此描绘的未来气候的景象的确令人颓丧,但这并不是人类自身有能力改变的,它要取决于他们做出的选择。这些选择就是要在不影响经济发展的情况下更多地考虑地球的环境状况。目前已经有许多治理污染的技术,但更重要的是,我们必须积极地运用这些技术。

  (陈放摘自《科学世界》2003年第5期)

来源:新华网 (责任编辑:马丽)
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