人类活动对地球影响几乎可以忽略不计,现在的极端天气不过是地球正常的运行周期,是这样吗?

人类活动对地球影响几乎可以忽略不计,现在的极端天气不过是地球正常的运行周期,是这样吗?

科学有温度魏科,大气科学科研工作者,自然科学与科幻重度爱好者

这个观点显然是错误的,在反对全球变暖的数百个观点里长期排名第一(skepticalscience.com/ar)。甚至国内外很多学者也无法区分古气候变化和现在的全球变化,将现在的气候变化的幅度与几亿年前的“冰雪地球”、古新世 - 始新世极热事件等相比,认为现在的气候变化不值一提,人为人类活动对地球影响可以忽略不计。比较起来,研究和提倡积极应对全球变暖的学者像是没见过“大世面”,对现在的气候变化“大惊小怪”,提出“误国误民”的碳减排措施,属于“自废武功,中了发达国家的阴谋”。

认为地球历史上有自然的气候变化,所以人类活动对地球的影响可以忽略不计的观点,长期在反对气候变化的数百个观点里排名第一,图片截图来自 https://skepticalscience.com/argument.php

这个观点的迷惑性就在于,其中包含了科学事实,又塞进去了不靠谱的观点,用富兰克林说就是:“真话说一半常常是弥天大谎”。地球历史上确实发生过沧海桑田的气候变化,出现过多次冰期 - 间冰期的变化,与之相伴有全球冷暖的交替,并且在地球绝大多数历史中,全球温度远高于现在,甚至两极有冰雪的时间都非常有限。在欧美社会里经常被提到的变化就是,在挪威北极圈的斯匹兹卑尔根岛(Spitzbergen)以前有短吻鳄和热带森林湿地,而现在则冰雪覆盖,这被看做气候变化的典型案例。

提“气候是变化的”本身并没有错,然而经常却被解读为以下两个看法:

  • 地球历史上有各种气候变化,有些气候变化的幅度远超今日,地球生物照样生存了下来,现在的气候变化有什么大惊小怪的?
  • 历史上变化幅度远超今日的气候变化发生过多次,那时候还远远没有人类呢,所以人类不是气候变化的主要原因。

现在的气候变化并非“正常”。如果没有人类活动造成的温室气体的飙升,现在的全球气候变化根本不会发生。从 2001 年 IPCC AR3 发布第三次气候变化评估报告开始,科学家已经对此进行了深刻的评估,将可能引起气候的主要因子都引入数值气候模式中,当仅考虑过去自然因子时,主要是太阳辐射和火山活动,无法模拟出自工业革命以来的全球变暖;而当考虑因为人类活动导致的温室气体升高和气溶胶变化时,可以很好的模拟过去 100 多年来的全球温度升高,升高的幅度和变化都与实际观测值非常接近,表明过去 100 年来的全球增温主要来自人类活动的影响。

只有考虑了人类活动造成的温室气体的飙升,才能模拟出真实观测到(黑色曲线)的全球温度升高趋势,图片来自 IPCC AR6 2021 报告

对于这一问题,全球科学界在过去 20 多年,持续改进数值模式的精度,并增加越来越多的物理过程,对气候变化的认识越来越深刻。像底片一点点地显影一样,从只有轮廓,到细节全面展现,数值模拟的不确定性也不断降低。20 年前,全球只有 10 几个能够进行全面气候模拟的数值模式,到了现在,全球有近 60 多个数值模式能够进行全面的气候模拟,这些模式反复印证 20 多年前的结论:如果没有人类活动,现在的全球变暖就不会发生。因此,现在的气候变化,和地球历史上其他气候变化过程完全不同,并不是自然发生的过程。

地球历史上出现过沧海桑田的气候变化,“冰雪地球”和无冰地球都出现过,然而目前气候变化的速度远超地球历史上,甚至比地球历史上极端的气候变化过程都要快。

在地球历史上确实发生过众多沧海桑田的气候变化,从全球无冰的高温世界到全球被冰雪覆盖的“冰雪地球”(Snowball Earth)。在高温世界里,全球温度比现在高近 20 度,两极完全没有冰雪,海平面比现在高 200 米以上。而温度最低的时候,地表气温比现在低 40 度,地球的陆地和海洋完全为冰雪覆盖,海冰厚度可达一两千米,陆地上的冰川和积雪可达数千米,整个地球变成巨大的冰雪球。目前的气候则处于中间状态,全球存在大陆冰盖和山岳冰川,南极覆盖有厚度达 2000~2500 米的冰盖,最大厚度达 4000 多米,北极的格陵兰岛冰盖厚度达 2000~3000 米,同时,在全球的高原和山脉地区也存在众多雪山,例如青藏高原、帕米尔高原、阿尔卑斯山、安迪斯山脉等地。

然而,地球历史上自然发生的气候变化速度非常慢,例如,大气中二氧化碳的浓度从 5000 万年前约 2000ppm 降低到工业革命前约 280ppm,平均而言降低速度仅为每 1 万年 0.3ppm。根据南北两极冰芯资料,在过去 100 多万年里,从冰期到间冰期,大气中二氧化碳的浓度一般从 180ppm 增加到约 280ppm,需要大约 1-5 万年时间,平均而言,每 100 年才增加 0.2-1ppm 左右。以上这两种幅度的变化过程对气候的直接影响在人有限的生命里几乎不易察觉。

根据南极冰芯资料反演的过去 80 万年里大气中二氧化碳浓度的变化,从冰期到间冰期二氧化碳浓度增加约 100ppm,用时 1-5 万年,这一速度远小于目前的增速(图中最右侧笔直向上曲线),图片来自于 https://keelingcurve.ucsd.edu

与自然过程相比,人类活动引起的温室气体增加速度和幅度都是惊人的,近几年,大气中 CO2 浓度每年增加 2ppm 以上,是过去 5000 多万年自然减少速度的数万倍以上,相差 4 个数量级。因此,尽管喜马拉雅牙山脉还在隆起,继续消耗二氧化碳,但是与人类化石燃烧排放的二氧化碳相比,完全可以忽略不计。这一速度是过去 100 多万年里最快速度的数百倍,因此米兰科维奇循环虽然还继续发挥作用,与人类活动的影响先比,也完全可以忽略不计。

与地球历史上的极端增暖过程相比,现在的速度也是“史无前例”的,根据现有研究,在约 5600 万年前的古新世 - 始新世极暖期(PETM),全球气温迅速升高了约 5~8℃,比 1850~1900 年高 15~21℃——那是一个全球极其温暖的时期,两极完全没有冰雪,一些热带和亚热地的动植物出现在极地地区。在这一时期,在这一时期,在短短的 3000—20000 年里,全球二氧化碳浓度从 800ppm 飙升到约 2200ppm(误差范围 1500ppm~4100ppm)。以此估计,CO2 增加速度约为每年 0.07~0.5ppm,这个增速远低于现在每年约 2ppm 的增速。那时候全球每年的二氧化碳排放量约为 3 亿~15 亿吨,与 2020 年全球化石燃烧的 340 亿吨二氧化碳排放量相比,数值比现在低 7~35 倍。由此可见,今天的人类通过燃烧化石燃料产生的温室气体的规模有多么庞大。这也意味着,如果缺乏有力管控,人类活动引起的温度变化幅度很有可能是地球历史上绝无仅有的变化。

这种速度上的差别跨越几个数量级,是科学上“尺度”的概念,即某个现象时间和空间尺度是多少,时空尺度差一个数量级,事物本质就会发生巨大的变化。就像一个人跑 100 米用时 10 秒,和另一个跑 400 米用 2 小时,其代表的身体条件和运动技能完全不同。或者做个比喻,自然引起的气候变化比较慢,相当于“人活百岁会死”,而人类活动引起的气候变化速度快,相当于“人活两周会死”,对于前者,一般人不会过于担心和忧愁,而对于后者,则需要立刻就医并采取措施。

2000 年,诺贝尔化学奖获得者保罗·克鲁岑(Paul Crutzen)提出“人类世” (Anthropocene)的概念

正因为这个原因,2000 年大气化学家诺贝尔奖获得者保罗·克鲁岑(Paul Crutzen)提出了“人类世”的概念,即我们目前所处的时代,人类活动的影响已经大大超过了自然变化的影响,除非发生小行星撞击这样的全球巨灾,人类未来将始终是影响环境的最主要因子。2016 年 8 月,第 35 届国际地质大会在南非开普敦召开,会议提议第四纪地层学小组委员开启正式命名。2019 年 5 月 21 日,人类世工作组启动投票,多数人支持人类世的定义,并把人类世的起始时间确定在 20 世纪中期,即 1950 年,并启动程序向国际地层委员会提交人类世的正式提案。其官方声明引人深思:

人类活动导致的许多变化将持续数千年或更长时间,有些影响是永久性的,他们正在改变地球系统的轨迹…… 人类世开端确定在 20 世纪中期最为妥当,这与保存在最近沉积的地层中的一系列地学指标信号变化一致,也与人口增长、工业化和全球‘大加速’信息相吻合

尽管目前国际地层委员(ICS)和国际地质科学联合会(IUGS)都未正式批准“人类世”这一地层,但根据最新消息,2023 年,这一标准概念很可能会最终通过。

人类世的概念超越了学科,不仅影响包括地质学、气候变化、地球系统科学等领域,而且已经辐射到环境经济学、政治学、历史学、人类学、哲学、艺术和文学批评等人文科学,促使人类作为整体去认识人与自然的关系,以及人在自然和历史中的价值。正如我国“黄土学之父”著名地质学家刘东生院士指出:“人类世的提出是一个值得考虑的问题,因为它不仅是一个地质学分期的问题,同时还涉及到人在自然界的地位的问题,和人类认识自己的问题”

参考资料

CRUTZEN P J, 2002. Geology of Mankind [J]. Nature, 415: 23. doi: 10.1038/415023a.

Gingerich PD. Temporal scaling of carbon emission and accumulation rates: Modern anthropogenic emissions compared to estimates of PETM onset accumulation. Paleoceanography and Paleoclimatology 2019; 34: 329-335, doi: 10.1029/2018pa003379.

IPCC, 2021. Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [M]Cambridge University Press

Turner SK. Constraints on the onset duration of the paleocene-eocene thermal maximum. Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences 2018; 376: 20170082, doi: doi:10.1098/rsta.2017.0082.