气候变化

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November 29, 2021

气候变化被定义为 [1] [2] 由大气、水圈、冰冻圈、岩石圈和生物圈形成的陆地气候系统状态的变化,持续足够长的时间(几十年或更长时间)[ 2] 直到达到新的平衡。它可以影响气象平均值及其可变性和极值。自地球历史开始以来,气候变化就一直存在,它们是渐进的或突然的,并且是由于各种原因造成的,例如与轨道参数的变化、太阳辐射的变化、大陆漂移、强烈的火山作用、生物过程或陨石撞击。当前的气候变化是人为的,主要与化石燃料燃烧产生的工业排放导致的温室效应加剧有关。[3] [4] 科学家们正积极致力于通过观测和理论模型来了解过去和未来的气候。为此,他们根据热剖面、冰芯、动植物记录(例如树木年轮和珊瑚的生长、冰川和冰缘过程)的岩土工程调查的地质证据,编制了地球遥远过去的气候记录。沉积层的同位素分析和其他分析以及过去海平面的记录。从这些指标(代理)观察到的任何长期变化都可能表明气候变化。仪器记录提供了最新的数据。很好的例子是大气温度的仪器记录和大气 CO2 浓度的测量。我们不能忘记来自轨道卫星的大量气候数据流,主要属于 NASA [5] 和 ESA [6] 的地球观测计划。一般环流模型经常用于理论方法。试图重建过去的气候, [7] 做出未来预测 [8] [9] 并将气候变化的原因和影响联系起来。 [10] 可以影响气候的外部因素称为气候强迫。 [1] [2] 气候强迫是影响气候的因素。影响气候系统的能量平衡,改变系统从太阳接收的能量或系统因从地球发射到外层空间而损失的能量。研究当前气候变化的气候学家通常将它们称为辐射强迫,并基本上考虑其中四种:大气中高太阳辐射量(太阳常数)、陆地反照率、温室气体浓度和自然来源的气溶胶浓度,例如来自火山爆发的那些,以及来自人类活动的人为起源的那些,等等。然而,古气候学家将更广泛的外星现象视为外部气候强迫,包括地球轨道参数的变化或陨石坠落。[12] 例如,轨道变化会改变辐射的地理和季节分布,但它们几乎不会改变行星的能量平衡,也就是说,它们不构成相关的辐射强迫。事实上,气候学家和古气候学家的目标之一是了解是什么放大机制导致这些轨道变化,以解释我们星球历史上发生的不同冰川周期。[13]关于内部过程,从气候学的角度,主要研究同一气候系统内不引起大气辐射平衡变化的自然变率[1][2]。这种变化是大气和海洋之间动态相互作用的结果,通常在几年到几十年的时间尺度上发生。这种内部变化最著名的现象是温盐环流和 ENSO(厄尔尼诺现象)。因此,例如,厄尔尼诺年,例如 1997 年,对应于高于平均水平的全球温度。古气候学家将影响气候的行星动力学所固有的内部过程添加到内部过程中。[12] 这些包括造山作用(山脉形成)、板块构造、火山活动和长期的生物变化,例如陆生植物的进化。例如,板块构造与侵蚀一起,可以通过碳酸盐-硅酸盐地球化学循环促进二氧化碳的封存,减少温室气体的数量,从而降低全球温度。大量且持续的火山活动将通过俯冲过程隔离在地幔中的二氧化碳返回到大气中。这些过程在从数万年到数百万年不等的地质时期内运行。大量且持续的火山活动将通过俯冲过程隔离在地幔中的二氧化碳返回到大气中。这些过程在从数万年到数百万年不等的地质时期内运行。大量且持续的火山活动将通过俯冲过程隔离在地幔中的二氧化碳返回到大气中。这些过程在从数万年到数百万年不等的地质时期内运行。

术语

气候变化最一般的定义是所考虑的气候系统在很长一段时间内的统计特性(主要是其平均值和离散度)的变化,无论原因如何。[2] 因此,在短于几十年的时期内发生波动,例如厄尔尼诺现象,并不代表气候变化。该术语有时用于特指由人类活动引起的气候变化,而不是可能作为地球自然过程的一部分而导致的气候变化。[14] 在这个意义上,特别是在环境政策的背景下,气候变化已成为人为全球变暖的同义词。在科学出版物中,全球变暖是指地表温度升高,而气候变化包括全球变暖和温室气体水平增加产生的所有其他影响。[15] 联合国气候变化框架公约,在其第二段第 1 条中定义了气候变化,作为直接或间接归因于人类活动的气候变化,这些活动改变了大气的成分,并增加了在可比时间段内观察到的气候的自然变化。[16] 有时 [17] 术语气候变化与全球变化。[15] 《联合国气候变化框架公约》第 1 条第 2 款将气候变化定义为直接或间接归因于人类活动的气候变化,这种活动改变了大气的组成,即增加了大气的自然变率。 [16] 气候变化一词有时与全球变化混淆 [17]。[15] 《联合国气候变化框架公约》第 1 条第 2 款将气候变化定义为直接或间接归因于人类活动的气候变化,这种活动改变了大气的组成,即增加了大气的自然变率。 [16] 气候变化一词有时与全球变化混淆 [17]。[16] 有时 [17] 术语气候变化与全球变化混淆。[16] 有时 [17] 术语气候变化与全球变化混淆。

原因

气候是世界气象组织 30 年来标准化的给定时间尺度上大气天气的平均值。[18] 不同的气候主要对应于地理纬度、高度、与海洋的距离、陆地地形相对于日照(晴天和阴坡)和风向(背风和迎风坡),最后是海流。这些因素及其随时间的变化导致气候的主要构成要素发生变化:大气温度、大气压力、风、湿度和降雨量。太阳辐射的变化,大气的成分,大陆的排列,在洋流或地球轨道中,它可以改变能量分布和热平衡,从而在长期过程中深刻改变气候。最终,要发生全球气候变化,必须有一些气候强迫作用,即影响气候系统能量平衡的任何因素,改变系统从太阳接收的能量或系统接收的能量。通过从地球发射到外层空间而损失。强迫可以是地球轨道参数、地面反照率、温室气体浓度、自然来源的气溶胶浓度的变化,例如来自火山爆发的气溶胶,例如来自人类活动的人为来源等。其他因素,如大陆的分布,最终可能会影响一些强迫和诱导全球气候变化。例如,赤道海洋被大片陆地占据,就像新元古代罗迪尼亚超大陆所发生的那样,可以促进太阳辐射的更大反射,增加反照率并产生一些冷却,从而导致冰的形成,反过来,反照率再次增加,在一个被称为冰反照率反馈的循环中。[19] 罗迪尼亚 [20] 大约在 700-8 亿年前破碎,它能够使更多地壳暴露于雨水侵蚀,并导致碳酸盐-硅酸盐地球化学循环增加大气二氧化碳的封存,导致温度下降,最终导致全球冰川作用,更为人所知的是滚雪球。当前的气候变化很可能完全是人为造成的,主要与燃烧化石燃料的工业排放导致的温室效应加剧有关。[3] [4] 强迫自然和内部变化对全球温度变化的可能贡献自 1951 年以来可以忽略不计。[4]当前的气候变化很可能完全是人为造成的,主要与燃烧化石燃料的工业排放导致的温室效应加剧有关。[3] [4] 强迫自然和内部变化对全球温度变化的可能贡献自 1951 年以来可以忽略不计。[4]当前的气候变化很可能完全是人为造成的,主要与燃烧化石燃料的工业排放导致的温室效应加剧有关。[3] [4] 强迫自然和内部变化对全球温度变化的可能贡献自 1951 年以来可以忽略不计。[4]

外部影响

太阳能变化

太阳是一颗大约有 46 亿年历史的恒星,它在整个光谱范围内发射电磁辐射,从无线电波到 X 射线,尽管 50% 的能量是在可见光和红外线中发射的。发射非常适合黑体在 5770 K 时的发射,这是其可见表面(光球)的特征温度。在距地球 (1 AU) 的距离处,大气上部接收的辐照度为 1361 W / m² [21],由于其短期变化较小,历史上称为太阳常数。太阳有十一年的活动周期,它的表面由斑点的数量反映出来。[22] 自 1978 年以来,我们通过太阳周期的间接指标(代理)直接观测太阳活动 [23] 和自 17 世纪初以来。[24] 这些周期的幅度变化约为 0.1%,[25]没有太阳黑子的时期,例如促成所谓小冰河时代的蒙德极小期(1645 年至 1715 年),以及以 1950 年代末为中心的现代太阳活动极大期等更活跃的时期,其振幅仍在讨论中。[26] 地球的平均温度取决于你那天吃的东西。但是,由于这种能量贡献几乎不会随时间变化,因此相比之下,它不被认为是对短期气候变化的重要贡献到温室气体的影响。[27] 发生这种情况是因为太阳是一颗处于主序阶段的 G 型恒星,非常稳定。辐射通量也是大气现象的引擎,因为它为大气提供了必要的能量,使这些现象发生。[28] 因此,在过去几十年中,太阳辐照度的变化并未导致气候变化。[29] 变化然而,太阳辐射在近紫外线中更为明显,[30] 因此预计太阳周期将通过吸收臭氧层影响平流层。这种对温度和臭氧浓度的影响已在中纬度和热带纬度的平流层中得到有效观察 [31],这并不是太阳与气候之间建立的唯一联系。最可靠的结果之一 [32] [33] 是当数据与近两年一次振荡 (QBO) 的相位相关时极地平流层温度的变化,QBO 是平流层下部的风振荡,具有平均周期28 到 29 个月之间 [34] 许多其他研究发现对流层、海洋和大陆表面有一些影响。例如,有一些证据表明,在太阳周期的顶部,热带降水量最大,哈德利环流扩大,赤道太平洋沃克环流加强,与厄尔尼诺现象有关周期。-拉尼娜 (ENSO) [33] 关于上个世纪的全球变暖,检测和归因的统计研究发现,太阳影响在 20 世纪上半叶,而不是在 20 世纪上半叶,与 1980 年之后太阳辐照度的恒定性完全一致 [33] [29] 一个流行的假设与太阳磁场的变化有关通过由宇宙射线引起的电离产生凝聚核而导致气候变化的场。在太阳活动最大的时候,磁场会增强,这会限制到达大气层的宇宙射线数量,从而限制凝结核的产生,形成更少的云层并增加到达表面的阳光量。以这种间接方式,太阳循环的上部会导致更大的表面加热。尽管如此,现有数据不支持这种联系 [33] [35] [36] [37] [38] 从长远来看,太阳以每 10 亿年 10% 的速度增加其光度,这极大地改变了千百年来的气候(见下面的暗太阳悖论)

轨道变异

尽管太阳光度在数百万年中几乎保持不变,但地球轨道却并非如此。这种周期性振荡,导致每个半球接收的平均辐射量随着时间的推移而波动,这些变化会以长期夏季和冬季的方式引起冰川脉动。它们是所谓的冰期和间冰期。尽管全球辐射通量没有变化,但有三个因素会影响轨道特性的改变,从而导致两个半球的平均日照发生变化。它是关于分点的岁差、轨道偏心率和轨道的倾斜度或地球轴的倾角。只有偏心率可以稍微改变全球辐射通量,小于 0,2% [39] [40] 当前的近日点与十二月至日大致相符,但这只是时间上的巧合。地球的自转轴描述了大约 26,000 年的圆周。这是众所周知的春分岁差现象。地球轨道也受到自身近日点岁差的影响,主要受木星和土星的引力影响,周期约为11.2万年。[41]这两种运动,春分岁差和近日点岁差(apsidal岁差)共同作用导致近日点在两个周期中相对于季节的平移,一个占主导地位的 23,000 年和一个不太明显的 19,000 年。[42] 这些轨道变化可能在历史时期具有相关性,并且构成了大约 6000 年前全新世气候最优的触发因素之一,当时北半球的夏季在接近[ 43] [44] 北非入射辐射量的增加也有助于增加季风降雨,并因此在大约 10,000 年前创造了一个绿色潮湿的撒哈拉沙漠 [45] 大约 5000 年前情况开始发生显着变化以前,当冬天开始接近近日点时,导致逐渐变冷的趋势,似乎在过去两千年的指标中已经发现。[46] [47] 进动周期的周期性也控制了过去 300 万年左右之前的几百万年的气候变化。从那一刻起,一个新的、非常稳定的 41,000 年循环开始占主导地位,这将引发北半球的大冰川,这显然是由大约 22 到 24.5°之间的旋转轴倾斜度的变化引起的。[48 ] [49] 提出的影响冰川进退的关键因素是整个夏季整合在北半球的日照,而不是最大或平均日照。[50] 数值模型继续显示没有但岁差的明显影响,因此,对更新世前半期冰期 41,000 年周期的解释似乎无法得到明确的解释。[51] 神秘的是,由于我们仍然不确定原因,这些冰期周期变成了周期性在过去的一百万年中大约有十万年。 [52] 奥秘来自于此,尽管地球轨道偏心率的变化呈现出 10 万年的周期(加上 40.5 万年的第二个周期 [53] [54]),所产生的日照变化幅度比地球其他轨道运动引起的变化幅度小得多。已经提出了许多解决方案,但目前认为这是一个未解决的问题。[55] [42] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [49] [62] [63] [64] 由不同轨道运动引起的三个中暑周期称为米兰科维奇周期[65] [66] 早在 1842 年,Joseph Adhémar 就已经推测地球轨道的岁差是冰河时代的原因。 Croll 的计算在 1920 年代由塞尔维亚天文学家 Milutin Milanković 独立改进。[67] [68] [69] 三十年后,三名研究人员使用过去 450,000 年的气候记录到从分析海洋沉积物开始来检验假设。1976 年,他们在《科学》杂志 [52] 上发表了一篇文章,证实了在 65°N 处由于轨道周期引起的日照变化与第四纪冰河时代之间的联系。这种联系目前已经扩展到 14 亿年前,在元古代。[70] 虽然事实是没有关于放大日照效应产生冰川周期的机制的综合理论。[42] [71] [ 49] [72] 轨道变化可能与人类在非洲气候中的进化密切相关 [73] 研究这些轨道变化的作用对于了解未来的气候至关重要 [49]。如果二氧化碳排放量保持在工业化前水平(低于约 300 ppmv),轨道参数的变化将导致当前间冰期在未来 10 千年内结束。[74] 随着工业排放量的增加,终止间冰期很可能至少在接下来的 50,000 年内不会发生。[75] [76] [77] [78]

陨石撞击

在极少数情况下,会发生永远改变地球面貌的灾难性事件。这些是巨大的陨石撞击。最后一次此类全球灾难性和有据可查的事件,称为 K/T 影响的希克苏鲁伯事件(在墨西哥尤卡坦州)发生在 6600 万年前 [79],并导致了大规模灭绝,许多物种也因此灭绝[80] [81] 罪魁祸首,一颗直径约 10 公里的小行星,创造了一个约 200 公里的陨石坑,并发挥了约 10 亿吨的能量,[82] [83] 相当于与我们的星球从太阳获得的能量相比一整年。毫无疑问,由于物质的喷射,此类现象会向大气中释放大量气溶胶(主要是产生硫酸的硫氧化物)、灰尘、水蒸气和二氧化碳,从而对气候产生破坏性影响,两者都来自[83] [84] [85] K/T 撞击后提出的经典气候模型包括最初释放的灰尘和二氧化硫,在第一个十年中使阳光减少多达 20%,并在接下来的十年中全球降温至可能低于冰点的温度,[86] [87] [88] 通常被称为核冬天的情景。随后,碳酸盐岩粉末撞击产生的二氧化碳引起的温室效应增加将占主导地位。据估计,这些排放量与当前工业排放量相差大约 10 年,[89] 首先导致轻微的全球变暖,然后导致显着的长期变暖(约 10 万年),最近有证据表明这一点。 [ 90 ] [ 91 ] 但是可能有其他机制导致变暖 [92] 并且如果没有准确的事件年代,很难区分下落的火球和大规模火山活动的影响。 [93 ] 已经进行了尝试将至少两个重要的天气事件与小行星的坠落联系起来。其中之一可能对应于 2.52 亿年前发生的二叠纪-三叠纪大灭绝。[94] 已经提出了几个候选陨石坑 [95] [96] [97] 尽管直径 40 公里的阿拉瓜因哈陨石坑(巴西)似乎,目前,考虑到它的年代在 250 到 2.56 亿年之间,与大灭绝的日期重叠。[98] 那个陨石坑的大小不应该造成长期的常规影响,[83] ] 但已经提出了一种替代机制,包括产生在大陆范围内发生的大震级(里氏 9-10 级)地震,并影响焦油砂和富含物质的岩石的沉积物。有机,这会产生大量的甲烷排放,从而导致气候突然变化。[99] 与可能的火球影响相关的其他气候变化可能发生在最近,也就是全新世开始前不久。最近在格陵兰冰层下发现了一个直径为 31 公里的陨石坑,对应于一个直径为 1.5 公里的火流星,这为被称为 Younger Dryas 的气候事件中的撞击假设重新提供了依据,[100] 大约 12,800 年发生的突然冷却[101] 然而,这个陨石坑并没有确定年代,尽管估计它发生在过去的 100,000 年,[100] 所以争论仍然存在。在全新世开始前不久。最近在格陵兰冰层下发现了一个直径为 31 公里的陨石坑,对应于一个直径为 1.5 公里的火流星,这为被称为 Younger Dryas 的气候事件中的撞击假设重新提供了依据,[100] 大约 12,800 年发生的突然冷却[101] 然而,这个陨石坑并没有确定年代,尽管估计它发生在过去的 100,000 年,[100] 所以争论仍然存在。在全新世开始前不久。最近在格陵兰冰层下发现了一个直径为 31 公里的陨石坑,对应于一个直径为 1.5 公里的火流星,这为被称为 Younger Dryas 的气候事件中的撞击假设重新提供了依据,[100] 大约 12,800 年发生的突然冷却[101] 然而,这个陨石坑并没有确定年代,尽管估计它发生在过去的 100,000 年,[100] 所以争论仍然存在。[100] 大约 12,800 年前发生的突然冷却,显然得到了新物理证据的积累的支持。[101] 然而,该陨石坑尚未确定年代,尽管估计它发生在过去的 100 000 年, [100] 所以辩论仍然是开放的。[100] 大约 12,800 年前发生的突然冷却,显然得到了新物理证据的积累的支持。[101] 然而,该陨石坑尚未确定年代,尽管估计它发生在过去的 100 000 年, [100] 所以辩论仍然是开放的。

内部影响

大陆漂移

大气成分

原始大气的成分与最初的星云相似,失去了较轻的成分,双原子氢 (H2) 和氦 (He),取而代之的是来自地球火山排放物或其衍生物的气体,尤其是二氧化碳 (CO2) ),营造出二代氛围。在这种大气中,火山中自然排放的温室气体的影响很重要。另一方面,火山释放的硫氧化物(SO、SO2和SO3)和其他气溶胶的量则相反,使地球冷却。两种效应之间的平衡导致确定的辐射平衡。随着地球上生命的出现,生物圈的总数被添加为事件代理。最初,自养生物通过光合作用或化学合成从原始大气中捕获了大量丰富的二氧化碳,而氧气开始积累(来自水光解的非生物过程)。由蓝藻及其后代质体进行的含氧光合作用的出现导致了大量氧气 (O2) 的存在,就像当前大气的特征一样,甚至更多。大气成分的这种改变导致了新的有氧生命形式的出现,它们利用了空气的新成分。因此,氧气消耗增加,净CO2消耗减少,达到平衡或高潮,从而形成目前的第三代大气。排放量和吸收量之间的这种微妙平衡在 CO2 循环中很明显,它的存在根据植物的生长季节全年波动。

洋流

洋流或海流是气候调节因素,起到缓和剂的作用,软化欧洲、加拿大和阿拉斯加西海岸等地区的温度。气候学已经清楚地确定了一直保持的不同气候类型的热极限。没有太多关于这种气候的雨量限制的讨论,因为传统的地中海作物得到灌溉的帮助,而当涉及到雨养作物时,它们或多或少地以平坦的地块(梯田栽培)呈现,以便使有利于降雨的更有效在土壤中的渗透。此外,地中海灌木的典型作物适应了比最近登记的那些更强烈的气象变化:如果不是这种情况,则必须重新绘制不同气候类型的地图:地中海盆地温度升高约 2 摄氏度意味着可能会增加向北约 200 公里的许多作物的纬度(例如已经提到的橙子的种植)。当然,这个想法从经济的角度来看是不可行的,因为柑橘生产已经过剩了一段时间,而不是因为高纬度地区的种植增加(这在某种程度上证实了全球变暖),但由于滴灌和其他栽培技术,在从沙漠(摩洛哥和其他国家)开垦的地区发展这种作物。地中海盆地气温升高约 2 摄氏度,意味着有可能增加向北约 200 公里的许多作物的纬度(例如已经提到的橙子作物)。当然,这个想法从经济的角度来看是不可行的,因为柑橘生产已经过剩了一段时间,而不是因为高纬度地区的种植增加(这在某种程度上证实了全球变暖),但由于滴灌和其他栽培技术,在从沙漠(摩洛哥和其他国家)开垦的地区发展这种作物。地中海盆地气温升高约 2 摄氏度,意味着有可能增加向北约 200 公里的许多作物的纬度(例如已经提到的橙子作物)。当然,这个想法从经济的角度来看是不可行的,因为柑橘生产已经过剩了一段时间,而不是因为高纬度地区的种植增加(这在某种程度上证实了全球变暖),但由于滴灌和其他栽培技术,在从沙漠(摩洛哥和其他国家)开垦的地区发展这种作物。由于橙子产量在相当长的一段时间内一直过剩,不是因为高纬度地区的种植增加(这在某种程度上证实了全球变暖的想法),而是因为在开垦地区种植了上述作物由于滴灌和其他栽培技术,来自沙漠(摩洛哥和其他国家)。由于橙子产量在相当长的一段时间内一直过剩,不是因为高纬度地区的种植增加(这在某种程度上证实了全球变暖的想法),而是因为在开垦地区种植了上述作物由于滴灌和其他栽培技术,来自沙漠(摩洛哥和其他国家)。

地球磁场

就像太阳风可以直接影响气候一样,地球磁场的变化也会间接影响气候,因为根据其状态,它会阻止或不阻止太阳发射的粒子。过去已经证明其强度出现极性反转和巨大变化,有时几乎为零。众所周知,虽然磁极往往靠近地理两极,但有时会接近赤道。这些事件不得不影响太阳风到达地球大气层的方式。

人类活动

回馈

预测不确定性

应强调模型预测中存在的不确定性(错误)。大多数这些错误的基本原理是,许多重要的小规模过程无法在模型中明确表示,但当它们在更大范围内相互作用时必须近似。这部分是由于处理能力的限制,但也是科学知识的限制或某些物理过程的详细观察的可用性的结果。[115] [116] 特别是,存在水平。与表示相关的相当大的不确定性[117] Edward N. Lorenz,气候研究员,发现了一种革命性的混沌理论 [118],如今已应用于经济学、生物学和金融(以及其他复杂系统)领域。在数值模型中,未来的状态是根据今天的气象观测(温度、降水、风、压力)的输入并使用微分方程组计算的。 Lorenz 认为,如果气象观测(输入数据)存在较小的容差,在预测计算过程中容差会急剧增加。可预测性(可靠的预测持续时间)据说最多需要 7 天才能在原位(在本地范围内)进行定量讨论。积分时间越长(7 天、1 年、30 年、100 年),预测结果的不确定性就越大。尽管如此,“组装”技术(计算具有不同输入的模型的多个输出的平均值)减少了不确定性,并且根据科学界的说法,通过这种技术可以定性地讨论月平均值的状态。在讨论降水量、温度等问题时,必须要考虑到不确定性的存在和气候的混沌性。同时,为了做出与气候变化问题相关的政治决策,重要的是要考虑一个多模型标准温度等,你必须有不确定性的存在和气候的混沌属性的想法。同时,为了做出与气候变化问题相关的政治决策,重要的是要考虑一个多模型标准温度等,你必须有不确定性的存在和气候的混沌属性的想法。同时,为了做出与气候变化问题相关的政治决策,重要的是要考虑一个多模型标准

过去的气候变化

弱太阳悖论

从恒星演化模型,可以相对精确地计算出太阳亮度的长期变化,这就是为什么我们知道,在地球存在的最初时刻,太阳发射了70%的能量流和平衡温度为 –41 °C。然而,有证据表明海洋和生命存在了 38 亿年,所以弱太阳的悖论只能用二氧化碳浓度比现在高得多且温室效应更大的大气来解释。

过去的温室效应

大气从根本上影响气候;如果它不存在,地球上的温度将是 –20 °C,但大气的行为取决于辐射的波长。太阳由于其高温,发出的辐射最大为 0.48 微米(维恩定律),大气允许辐射通过。地球的温度要低得多,并且在大约 10 到 15 微米的更长的红外线长度上重新发射吸收的辐射,在这个距离大气不再透明。 2017 年 3 月,大气中超过 405 ppm 的二氧化碳吸收了这种辐射。[119] 吸收这种辐射也是如此,而且在更大程度上,水蒸气也是如此。结果是大气升温并将部分能量返回地球,因此地表温度约为 15°C,与没有大气的平衡值相差甚远。这种现象称为温室效应。过去,二氧化碳和其他重要温室气体(如甲烷)的浓度是从冰层中的气泡和海洋沉积物样本中测量出来的,观察到它随着年龄的变化而波动。尽管有几个假设正在研究中,但这些减少和增加的确切原因尚不清楚。平衡是复杂的,因为虽然捕获二氧化碳的现象和排放二氧化碳的现象是已知的,但这些与最终平衡之间的相互作用很难计算。众所周知,二氧化碳在气候历史中发挥了重要作用的案例不少。例如,在元古代,大气二氧化碳水平的显着下降导致了所谓的雪球地球事件。同样,在二叠纪-三叠纪大灭绝期间,二氧化碳的大量增加导致海水过度加热,从而导致海床甲烷水合物沉积物中捕获的甲烷排放。这种现象将变暖过程加速到极限,并导致地球经历了有史以来最严重的大规模灭绝。这导致了被困在海底发现的甲烷水合物沉积物中的甲烷的排放;这种现象将变暖过程加速到极限,并导致地球经历了有史以来最严重的大规模灭绝。这导致了被困在海底发现的甲烷水合物沉积物中的甲烷的排放;这种现象将变暖过程加速到极限,并导致地球经历了有史以来最严重的大规模灭绝。

二氧化碳作为气候调节剂

在过去的几十年里,不同气象站的测量表明地球一直在变暖。过去 10 年是有记录以来最热的十年,一些科学家预测未来会更热。绝大多数专家一致认为,这一过程具有人为起源,通常称为温室效应。随着地球变暖,山区和极地地区的全球冰层减少;例如,北极浮冰或格陵兰冰盖就是如此。矛盾的是,正如模型预测的那样,南极冰层的范围略有增加。由于雪具有高反照率,因此会将大部分落在其上的辐射返回到太空。因此,这些上限的减少也会影响地球的反照率,这将导致地球进一步升温。这产生了所谓的“放大器效应”。同样,由于蒸发增加导致的云量增加将导致反照率增加。冰的融化还可以切断北大西洋的洋流,导致该地区局部平均气温下降。这个问题很难预测,因为可以看出,有正反馈和负反馈。冰的融化还可以切断北大西洋的洋流,导致该地区局部平均气温下降。这个问题很难预测,因为可以看出,有正反馈和负反馈。冰的融化还可以切断北大西洋的洋流,导致该地区局部平均气温下降。这个问题很难预测,因为可以看出,有正反馈和负反馈。

生命出现在地球上

随着蓝藻的出现,地球上开始了含氧光合作用。藻类以及后来的植物吸收并固定 CO2,并排放 O2。它在大气中的积累有利于好氧生物的出现,这些生物利用它来呼吸和返回二氧化碳。大气中的 O2 是生命过程的结果,而不是相反。人们常说森林和丛林是“地球的肺”,尽管最近有人质疑这一点,因为几项研究证实它们吸收的气体量与它们排放的气体量相同,因此它们可能只是这些气体的交换器。然而,这些研究没有考虑到 CO2 的吸收不仅在植物生物质的生长和生产中进行,而且在能量的生产中,植物的重要功能成为可能,能量以热量的形式进入大气或海洋,并有助于水文循环过程。无论如何,在创建这些大型森林生态系统的过程中,存在大量的碳固定,这确实有助于降低大气中的二氧化碳水平。

侏罗纪最大值

目前热带森林占据了地球的赤道地区,赤道和极地之间存在 50°C 的温差。6500万年前的温度比今天高得多,赤道和极地之间的温差只有几度。整个星球都是热带气候,适合那些形成当时生态系统尖端的恐龙。地质学家认为,当时地球经历了全球变暖,在下侏罗纪期间,平均气温上升了5°C。研究 [120] [121] 表明,这是岩石侵蚀加速高达 400% 的原因,在这个过程中,二氧化碳值需要 150,000 年才能恢复到正常水平。

古新世-始新世热最大值

更新世冰川作用

现代人大约在三百万年前出现。自大约 200 万年以来,地球经历了冰川期,北美、欧洲和北亚的大部分地区多年来都被厚厚的冰层覆盖。然后很快冰消失了,导致了我们生活的间冰期。这个过程每 100,000 年左右重复一次。最后一个冰河时代在大约一万五千年前结束,人类习惯发生了根本性的变化,从而发展了驯化植物(农业)和动物(牲畜)(如狗)的必要知识。大约一万年前,热条件的改善促进了从旧石器时代到新石器时代的过渡。然后,人类已经能够在相当复杂的社会框架内建造小村庄。直到 1941 年,塞尔维亚数学家和天文学家米卢廷·米兰科维奇才提出地球轨道变化导致更新世冰河时代的理论。他计算了北半球高纬度地区各个季节的日照。他的论文肯定,冰河时代的开始必须存在寒冷的夏天,而不是严寒的冬天。他的理论在他那个时代并没有被接受,需要等到五十年代初,在芝加哥大学实验室工作的切萨雷·埃米利亚尼(Cesare Emiliani)提出了第一个完整的历史,展示了上次冰层期间冰层的进退岁月..他从一个不寻常的地方得到它:海底,比较化石壳中重同位素氧 – 18 (O – 18) 和氧 – 16 (O – 16) 的含量。

蒙德极小值

当前的气候变化

全球暖化

农业

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科学观点

激进主义

世界各地有许多关于气候变化的公开示威,很大一部分环保运动认为这个问题是主要和最严重的环境问题,是公民调查和动员的重点之一。[205]自2018 年夏天,由年轻的 Greta Thunberg 领导的“星期五为未来”运动开始了她的抗议活动,她每天在瑞典议会前进行政治行动示威,并在全球蔓延。[206] 该运动促进了学生罢工和动员在国际层面,其中最引人注目的是气候罢工,该罢工于 2019 年 3 月 15 日举行,随后在西班牙 58 个城市举行。[207] 2019 年 5 月 24 日举行的第二次全球气候罢工 [208] 和 2019 年 9 月 20 日至 27 日举行的全球气候周。 [209]

邻近行星的气候

如前所述,二氧化碳在我们的星球上起着基本的调节作用。然而,二氧化碳不能共轭任何漂移,有时甚至可以通过反馈过程促进失控的温室效应。金星的大气压力是地球的 94 倍,由 97% 的二氧化碳组成。缺水阻止了从大气中提取二氧化碳,它积累并引起强烈的温室效应,使地表温度升高到 465°C,能够熔化铅。可能与太阳的距离更小对于将地球置于其今天生活的地狱状态具有决定性意义。必须记住,小的变化可以触发反馈机制,如果它足够强大,它可能会失控,支配所有其他因素,直到出现像金星这样的极端条件,对可能出现的未来发出完整警告为它储存。到地球。火星的大气压力只有 6 百帕斯卡,虽然它由 96% 的二氧化碳组成,但温室效应很低,无法阻止温度在 55°C 量级的昼夜波动,也不能阻止达到最低温度的低表面温度中纬度地区 –86 °C。但在过去,它似乎享有更好的条件,水在其表面流动,众多渠道和山谷的侵蚀证明了这一点。但这是由于其大气中的二氧化碳浓度较高。气体将来自火星大火山的喷发,这会导致类似于我们星球上发生的脱气过程。实质性的区别在于火星的直径是地球直径的一半。这意味着内部热量要低得多,并且很久以前就已经冷却了。如果没有火山活动,火星就注定要毁灭,二氧化碳很容易从大气中逸出,因为它的重力也比地球小,这促进了这一过程。也有可能是某些矿物类型的过程吸收了 CO2 并且没有被火山释放物补偿导致其急剧减少。结果,地球逐渐冷却,直到冻结当前极地帽中的少量二氧化碳)

多学科学科

气候变化研究的特点是主要采用自然科学方法:气象学、物理学、化学、天文学、地理学、地质学和生物学。但鉴于气候变化是一种改变自然和社会环境的重新分配,近年来其研究已成为一个多学科领域。对气候变化相关问题的充分认识或不认识,其后果对人类社会的生存有着深远的影响,必须从经济、政治、历史、社会学、人类学等不同的角度来看待。这样,来自不同学科的研究往往会产生多种策略来减轻和适应这种环境现象。

也可以看看

附件:接近海平面的城市名单针对气候变化的个人行动地球产能过剩日政府间气候变化专门委员会气候战争极端天气现象全球变暗门户:地球科学。与地球科学相关的内容。

参考

参考书目

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外部链接

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