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地球的氣溫在數(shù)十億年間一直在發(fā)生長時段的周期變化

2021-08-19 11:52:02 來源：科技日報

地球因其宜居環(huán)境成為我們的家園，但實際上，它并不是一顆溫馴的星球，而只是在最近的幾十萬年當(dāng)中恰好處于適合人類生存的狀態(tài)而已。在地球的歷史上，既有長達(dá)上千萬年的嚴(yán)寒，也有持續(xù)數(shù)百萬年的酷熱和暴雨。地球的氣溫在數(shù)十億年間一直在發(fā)生長時段的周期變化。因此，衡量全球變暖，需在人類視角下進(jìn)行。我們關(guān)心全球變暖，是因為這一問題和人類的生存發(fā)展息息相關(guān)。

地球尺度下的氣候變化

人類如今正處于一次大冰期中

中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地質(zhì)學(xué)講師吳會婷介紹，在討論地球氣候變化時，“尺度”是非常重要的概念。地質(zhì)學(xué)家把地球歷史上大氣和地表長期低溫導(dǎo)致極地和山地冰蓋大幅擴展，甚至覆蓋整個大陸的時期稱為大冰期。衡量大冰期的時間尺度是百萬年。從地球形成以來，至少出現(xiàn)過5次大冰期，每次大冰期持續(xù)時間可達(dá)上千萬年。在大冰期的極盛期，南北極冰蓋的覆蓋面積非常廣，可超過地表總面積的30%。與之相對，在大冰期之間，地球處于地質(zhì)學(xué)家所稱的溫室期，溫室期的地球上沒有任何大陸冰川（包括南北極）。

科學(xué)家估計，在地球46億年的歷史上，超過85%的時間是溫室期。從這一角度來說，大冰期只是溫室期的“插曲”，但正如前文所說，“插曲”一詞是對數(shù)十億年的時間尺度而言的。

吳會婷舉例，大冰期的寒冷在“雪球事件”當(dāng)中尤其典型。“雪球事件”指距今7.5億—5.8億年間，地球經(jīng)歷了持續(xù)超過千萬年的大冰期，一些科學(xué)家推測，在這個時期，地球上的平均溫度一度達(dá)到零下50℃，整個地球都被冰凍了起來。在“雪球事件”時期，只有少量生活在火山附近或未結(jié)冰海域的生物得以幸存。

雖然并不是每個大冰期都像“雪球事件”發(fā)生時這般寒冷，每個大冰期也都有自身的演化周期，并非一直處于盛期，但是地球氣候的演化周期之長和波動幅度之大已經(jīng)可見一斑。事實上，我們?nèi)祟惤裉炀吞幱谝粋€大冰期，即第四紀(jì)大冰期中，南極洲和格陵蘭的冰蓋就是這一冰期的象征。在地球歷史上的大多數(shù)時光，也就是溫室期當(dāng)中，平均溫度都比處于大冰期的當(dāng)下高得多。而平均溫度更低的情況在歷史上的大冰期內(nèi)也不罕見。

當(dāng)我們把觀察尺度從百萬年降低到十萬年時，就可以觀察到大冰期內(nèi)較小的冰期和間冰期。大冰期本身由許多較短的周期組成，其中相對較寒冷的時期被稱為冰期，相對較溫暖的時期則是間冰期。當(dāng)前的人類生活在約1.1萬年開始的一次間冰期當(dāng)中，比起約1.8萬年前的第四紀(jì)大冰期最盛時期，如今的年平均氣溫已經(jīng)高了15℃。科學(xué)家預(yù)計，下一個冰期將在約9萬年后到來，“千里冰封”的世界到那時會再度降臨。

氣候變遷周期受多因素影響

地球軌道變化、板塊運動等均作用其中

作為古生物學(xué)方向的學(xué)者，吳會婷補充說，地質(zhì)史上氣候變遷對生物演化有著重大影響。例如20多億年前的全球性成氧事件導(dǎo)致了真核生物的出現(xiàn)，2.5億年前的超大型火山爆發(fā)事件，使得全球氣溫增高、海水缺氧和酸化等，造成當(dāng)時地球上的生物大量滅絕，顛覆了全球海洋生態(tài)系統(tǒng)的面貌。

地球上為何存在大冰期—溫室期這種以百萬年計的周期，大冰期內(nèi)部又為何存在冰期—間冰期這種以十萬年計的循環(huán)？為了解釋這些問題，科學(xué)家們已經(jīng)提出了大量假說，其中最有影響力的是以南斯拉夫地球物理學(xué)家、天文學(xué)家米蘭科維奇命名的“米蘭科維奇循環(huán)”。米蘭科維奇推測，冰期與間冰期的形成與地球軌道的變化有關(guān)，取決于離心率、地軸傾斜度、北半球夏至位置等因素。米蘭科維奇提出的假說得到了后續(xù)地質(zhì)證據(jù)的支持，已經(jīng)成為科學(xué)界普遍接受的理論。至于大冰期的形成原因，科學(xué)界提出的可能影響因素包括板塊運動、太陽系在銀河系當(dāng)中的位置等。以“雪球事件”為例，科學(xué)家推測這次大冰期的成因是板塊運動帶來的巖石風(fēng)化消耗了過多的二氧化碳，而結(jié)束的原因則是成千上萬年的火山噴發(fā)又釋放積累了大量的二氧化碳。

和地球歷史上這些漫長的周期和劇烈的變化相比，人類在數(shù)千年文明史當(dāng)中經(jīng)歷的氣候變化顯得微不足道。比起天體和板塊運動，人類活動對地球氣候造成的影響看起來也像是滄海一粟。那么，全球變暖對我們來說為什么重要？“懷疑論者”“陰謀論者”的觀點為何不可取？說到底，要理解這些問題，我們必須把觀察尺度進(jìn)一步縮小，站在人類社會的角度進(jìn)行觀察。

人類尺度下的全球變暖

我們的活動已改變氣候正常變化軌跡

從長時段來看，天體和板塊運動對地球氣候變化的統(tǒng)治力是絕對的，比起它們的力量，地表生物就如同浮塵一般。然而，頑強的地球生命還是在自身演化中發(fā)展出了影響氣候的能力。在氣候變化以百萬年尺度衡量的大張大合當(dāng)中，作為整體的生物起到的作用或許只能說是重在參與。但是對于這些壽命只有幾分鐘到幾百年不等的生物本身來說，一丁點氣候變化就可以說是性命攸關(guān)了——人類也不例外。

安徽省地質(zhì)博物館、古生物化石科學(xué)研究所工作人員向科技日報記者介紹了人類在氣候變化史上的地位：在地球的歷史上，有三類生物通過改變碳循環(huán)影響到了氣候變化。首先出現(xiàn)的是光合作用生物（藻類），它們具備把二氧化碳轉(zhuǎn)換為氧氣的能力，固定了原始大氣中90%以上的二氧化碳。隨后出現(xiàn)的是分解者（土壤微生物），它能夠分解植物纖維，把二氧化碳放回大氣，使得碳循環(huán)得以建立。正是因為這兩者的先后出現(xiàn)，地球上曾經(jīng)出現(xiàn)過冰室效應(yīng)，爾后又被化解。

三者中最后出現(xiàn)的人類，在最近200年方才獲得影響氣候的能力——進(jìn)入工業(yè)時代的人類挖掘出地下的化石燃料，并通過大規(guī)模消費使其釋放出二氧化碳。人類活動打破了地球生物數(shù)億年來維持的碳循環(huán)，在200年內(nèi)實現(xiàn)了自然界原本需要數(shù)千萬年乃至數(shù)億年才能完成的化石碳庫釋放——這就是“全球變暖”的起源。

在科學(xué)界，全球變暖問題也曾經(jīng)歷整整一個世紀(jì)的爭議。科學(xué)家們難以論斷，人類活動是否有能力對地球氣候造成哪怕比較微小的影響，以及當(dāng)下的氣候變化是不是自然界周期的正常表達(dá)。然而到20世紀(jì)末，越來越多的證據(jù)表明，人類活動對氣候的影響確實存在，而且這種影響已經(jīng)大到了改變正常變化軌跡的地步，全球變暖由此才成為科學(xué)界和政界的共識。

“我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)下地球上生物物種數(shù)量、氣候變化的速率和幅度，實則已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了地質(zhì)歷史時期曾發(fā)生過的最慘烈、最嚴(yán)重的生物大滅絕事件。”吳會婷說，“目前，科學(xué)家正在深入研究地球早期生命的起源演化過程同氣候變化的關(guān)系，并用大數(shù)據(jù)分析趨勢。”

近年來的一些研究表明，牛羊打嗝、放屁釋放甲烷，野豬覓食破壞土壤都會增加碳排放。其中，畜牧業(yè)排放溫室氣體的問題已經(jīng)得到國際組織和各國政府重視，野豬活動排碳則是科學(xué)家在2021年新發(fā)表的研究成果。不過，比起這些動物活動，人類對化石能源的消費才始終是溫室氣體排放的主導(dǎo)因素。

地質(zhì)學(xué)家很少關(guān)注十萬年以下尺度的研究問題。對于存在了46億年的地球來說，一百萬年也不過是須臾而已。但是對于人類社會自身來說，百萬年尺度上的氣候劇變是遙不可及的，9萬年后才會到來的下一個冰期也無須擔(dān)憂，但是，接下來一千年乃至一百年的生存和發(fā)展問題才可謂迫在眉睫。正是在屬于人類的時間尺度上，人類造成的全球變暖才有至關(guān)重要的意義。保護(hù)環(huán)境，努力維持適宜的氣候，力爭實現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和，歸根結(jié)底是在保護(hù)人類自己。

標(biāo)簽：宜居環(huán)境氣候變化全球變暖人類生存環(huán)境