自工业革命以来,人类排放到大气中的二氧化碳等吸热温室气体逐年增加,大气的温室效应也增强,引发了一系列问题,引起了世界各国的关注。
原理世界上,宇宙中任何物体都辐射电磁波。物体温度越高,辐射波长越短。太阳表面温度约6000K,电磁波长很短,称为太阳短波辐射。地面受到太阳短波辐射加热,同时一直向外辐射电磁波冷却。地球发出的电磁波长因温度较低而较长,称为地面长波辐射。短波辐射和长波辐射在穿过地球大气层时有不同的体验:大气层对太阳的短波辐射几乎是透明的,但强烈吸收地面的长波辐射。大气吸收地面的长波辐射,同时辐射波长更长的长波辐射。到达地面的部分称为背辐射。地面接受反向辐射后会变热,或者大气会使地面保持温暖。这就是大气温室效应的原理。
温室效应影响气候影响温室气体有效地吸收了地球表面和大气中同样的气体和云发出的红外辐射。大气辐射向各个方向发射,包括向地表以下的辐射。温室气体在地表-对流层系统中捕获热量。这就是所谓的“自然温室效应”。大气辐射与其气体排放的温度水平密切相关。在对流层,温度一般随着海拔的升高而降低。从一定高度发射到空的红外辐射一般产生在平均温度为-19℃的高度,由太阳辐射的入射来平衡,使地球表面温度可以保持在平均温度1 4℃。随着温室气体浓度的增加,大气对红外辐射的不透明度增强,导致有效辐射从较低温度和较高高度向空辐射。这导致了辐射强迫,这种不平衡只能通过地面对流层系统的温度上升来补偿。这就是“增强型温室效应”。如果大气中不存在这种效应,地表温度将下降约33度或更多。相反,如果温室效应继续加剧,全球气温也将继续逐年上升。
环境影响①全球变暖
随着温室气体浓度的增加,红外辐射会减少到空之外,因此需要改变地球的气候,使吸收和释放的辐射达到新的平衡。这种转变可能包括地球表面和低层大气的“全球”变暖,因为它会释放过量的辐射。然而,地球表面温度的轻微升高可能会引起其他变化,例如大气云层和环流的变化。这些变化中的一些会加剧地面变暖,而另一些会减缓变暖过程。利用复杂的气候模型,政府间气候变化专门委员会在其第三次评估报告中估计,2100年全球平均地表温度将上升1.4-5.8℃。预计大气中悬浮颗粒的倾斜对地球气候变冷的影响以及海洋吸收热能的影响已经得到考虑。然而,仍然有许多不确定因素会影响这一计算结果,如未来温室气体排放的预测、对气候变化的各种反馈过程以及海洋吸热的程度等。
②地球上病虫害的增加
温室效应可以使史前致命病毒威胁人类。美国科学家警告说,冰冻10万年以上的史前致命病毒,可能会因全球气温上升导致北极冰层融化而重新浮出水面,引发全球流行病恐慌,严重威胁人类生命。
③海平面上升
如果“全球变暖”正在发生,有两个过程将导致海平面上升。首先是海水受热膨胀,导致水位上升。第二种是格陵兰岛和南极的冰川和冰块溶解,增加海洋中的水含量。预计从1900年到2100年,地球平均海平面将从0.09米上升到0.88米。
⑤土地荒漠化
土地荒漠化是一个全球性的环境问题。自有史以来,中国有1200万公顷土地变成了沙漠,特别是近50年来形成的500万公顷“现代荒漠化土地”。
⑥缺氧
简而言之,温室气体的摩尔质量大于氧气。世界各国都可以安全地提取和利用地球内部的所有能量,那么地球环境的最终状态就和10亿年前的地球差不多了。那时,不仅野生动物不能呼吸氧气,就连人类也无法生存。
经济影响世界上一半以上的人口生活在离海岸100公里以内,其中大多数生活在海港附近的城市地区。因此,海平面的显著上升会对沿海低洼地区和岛屿造成严重的经济损害,如加速海水对沿海海滩的侵蚀,以及海水上升将地下淡水推向更内陆。
①农业
实验表明,在高浓度CO2下,植物会生长得更快、更高。但“全球变暖”的结果可能会影响大气环流,进而改变全球降雨分布和各大洲表层土壤含水量。由于对全球变暖对区域气候的影响缺乏清晰的认识,植物生态的转变尚未确定。
②海洋生态
沿海沼泽的消失肯定会减少鱼类的数量,尤其是贝类。河口水质盐碱化可以减少淡水鱼类物种的数量,相反,该地区的海洋鱼类物种数量也可能相对增加。至于对整体海洋生态的影响,目前还不清楚。
③水循环
全球降雨量可能会增加。然而,区域降雨量的变化仍然未知。一些地区的降雨量可能会更多,但一些地区的降雨量可能会更少。此外,温度的升高会增加水的蒸发,对地面水源的使用造成压力。
④男女比例失调
高温环境容易造出男婴,低温环境容易造出女婴。研究人员担心,在全球气温升高的温室效应下,男婴出生的概率会越来越高,可能会造成男女比例失调。
⑤农田积水和疟疾肆虐
加泰罗尼亚人一直以穿着传统服装的知识生活为乐,数百年来一直保持独立,并一直保持着传统的生活方式。然而,由于人类对环境的破坏导致全球变暖,他们将面临被海水淹没的命运。卡塔里岛上的环保主义者保罗·塔巴斯(Paul Tabasi)说:“他们不断受到海洋力量的袭击,洪水不断。原来的地区被改变和破坏,几乎所有的地方都被海水淹没了。”
⑥亚马逊雨林逐渐消失
位于南美洲,世界上面积最大的亚马逊雨林正在逐渐消失,使全球变暖危机更加严重。
⑦新的冰河时代即将到来
全球变暖的另一个非常严重的后果是冰河时代的到来。
⑧温室气体排放达到临界值
据国际能源署估计,2010年有近306亿吨二氧化碳被“倾倒”到大气中。2009年,二氧化碳的含量已经达到了令人担忧的1.6Gt,按照2010年二氧化碳的生产率,很快就会达到“气候变化危险”的临界值,然后全球气温将上升2摄氏度。从现在开始,这种趋势不可避免。据国际能源署权威经济学家介绍,保持气温上升在2摄氏度以下已经成为一件非常具有挑战性的事情,前景非常堪忧。