气候和工业革命
这个星球上的气候既不会冰冷刺骨也不会炽热炎炎，是因为地球有大气层提供保证。用高度简练的话来说，就是几乎1/3的太阳辐射被立即反射回太空。到达地球的2/3多一点儿的太阳入射辐射被地表、海洋或大气吸收，并被转化为红外能（热量），还要向四面八方进行再辐射。有好几种温室气体（GHGs），它们吸收了大部分的红外（或长波）能量。自然产生的温室气体包括水蒸气、甲烷、二氧化碳和一氧化二氮。还有几种不属于自然产生，但是由人类创造的温室气体。其中最重要的氯氟烃（CFCs），是最先于20世纪20年代在实验室中被发明出来的。每一种气体捕捉不同波长的能量，而且每一种气体都具有不同的特性，例如它们在大气中的吸收能力和持续时间都有所不同。此外，每一种气体在大气中是以不同浓度存在的，并且每种气体的浓度随着地质年代的不同而差异很大。在工业革命兴起之初，自然产生的浓度是：甲烷，约0.7ppm ；二氧化碳，280ppm；一氧化二氮，288ppb[1]。从那时起，每一种温室气体的浓度均有所上升。[2]
大气气体浓度并非气候的唯一决定因素。其他因素影响着到达地表的太阳辐射总量以及被吸收和被反射的总量。在地球内部和地球表面发生的变化对于气候也具有一种影响。这些反过来能够与温室气体的浓度发生复杂的相互作用。太阳本身的输出量可能会有变化，这影响了到达地球的太阳辐射总量。影响气候的其他因素还有地球绕轴自转和绕日公转轨道的轻微摆动。这些摆动被称为米兰科维奇循环（Milankovic’s cycles），亿万年来一直存在并且协助塑造了地球冰期的出现时机。到达地表的太阳辐射总量也受到气溶胶的影响，气溶胶是阻挡入射辐射的大气颗粒物。火山喷发可以影响全球气温。火山喷发的灰烬和烟尘可以到达平流层并且环绕地球，使气溶胶的总量有所增加。如果规模足够大，就算是暂时的（几年），一次火山喷发足以使全球气温下降，直到雨水将大气中的颗粒物涤荡一清为止。世界历史上有案可查的几次规模最大的火山喷发就是以这种方式产生了重大的短期温度效应，像是1783年（冰岛）拉基火山喷发、1815年坦博拉火山喷发和1883年喀拉喀托火山喷发（后两次都发生在印度尼西亚）之后的情况一样。
尽管比起从前，全新世的气候（约略始于1.2万年以前）更加稳定，但它还是具有明显的波动。全新世早期的气温比起之前冰期的整个低谷期的气温差不多要温暖5°C。在全新世里，最高点出现在8000~5000年前，当时的最高（最北端）纬度地区的气温高出全新世平均温度3°C之多。在较为晚近的历史时期，也发生了自然的温度变化。从公元1100年到公元1300年，欧洲经历了一段温暖的天气，这被称为中世纪的气候异常期，随后而来的则是小冰期，它大约从1350年一直持续到1850年，气温比当前的平均气温几乎低了1°C。
有关人为造成的气候变化的忧虑，主要集中于工业时代的人类对自然的碳循环所施加的干扰上面。世界上储存的碳在岩石圈、土壤圈、生物圈、大气和海洋之间循环。然而，自从工业革命以来，人类的活动已经改变了碳在这些圈层中的分布。人类用比自然发生的速度更快的速度将碳从地球移走并置于大气圈中，这一事实本质上引发了气候变化问题。人类也造成了其他含碳温室气体浓度的增高。甲烷（CH4），也被称为天然气，燃烧时变成二氧化碳和水。然而，甲烷的主要问题源于它被直接释放到大气中。以每个分子来计算，甲烷的吸热本领比二氧化碳要强得多。[3]
人类有两种基本方式来增加大气层中的碳。第一种，森林砍伐让碳得以释放，经由燃烧或腐烂的木材以及来自刚刚暴露的富含碳元素的土壤。森林砍伐是一个古老的现象，但是，全球层面的森林砍伐的最大一次加速却是从1945年才开始的。反之，成长的森林吸收大气中的碳。因此，通过森林砍伐向大气中添加的碳的总量一直是净数值，实际上是森林砍伐减去植树造林的结果。目前，森林砍伐的净值与其他土地利用的变化，向大气中增加了约15%的人为造成的碳排放量（截至2015年）。[4]
第二种，也是更加重要的，化石燃料的燃烧释放出碳。人类已经把（以煤、石油和天然气的形式）储存在岩石圈中的碳转移到了大气圈，并且由此使其进入了海洋。那么，考虑一下经由化石燃料的燃烧释放到大气圈中的碳的总量。在工业革命开始以前的1750年，人类每年以这种方式可能向大气中释放了300万吨的碳。在一个世纪后的1850年，这一数字约为5000万吨。又经过了一个世纪，到第二次世界大战结束之时，它已经增加了20倍多，达到约12亿吨。接着，在1945年以后，人类开始了燃烧化石燃料的狂欢。在“二战”结束后的15年里，人类每年向大气圈散播25亿吨的碳。这个数字在1970年增加至超过40亿吨，在1990年增加至超过60亿吨，在2015年增加至95亿吨左右——约为1750年的3200倍和1945年总量的8倍。截至20与21世纪之交，化石燃料已经成为大气中约85%的人为碳排放量的来源。[5]
增加的人为碳排放量提高了大气二氧化碳浓度。现在的二氧化碳浓度约为400ppm，相对而言，工业化以前的基线则只有280ppm。这是过去几十万年且有可能是过去2000万年里二氧化碳所能达到的最高浓度。1958年，当首个可靠的、直接的和连续的大气中二氧化碳含量的测量方法开始被采用的时候，浓度水平达到315ppm。自那时起，测出的浓度逐年增长。在漫长的大气历史中，二氧化碳浓度在其他任何时候都不可能在50年内增加25%这么多。
最近的排放趋势尤其值得注意。21世纪头十年的二氧化碳排放量的增长率是20世纪90年代的两倍多（全球年增长率是3.3%:1.3%）。对此，全球经济持续的不平衡增长只能提供部分的解释。全球经济的碳强度（每单位经济活动的二氧化碳排放量）问题则更加令人感到困扰。全球经济从20世纪70年代左右开始脱碳，但是到了2000年以后，这一进程却有所逆转。经济增长变得更多而不是更少地依赖重碳燃料，尤其是中国的燃煤。[6]
截至20世纪的最后几十年，似乎世界上的气候的确由于大气中增加的二氧化碳、甲烷和其他温室气体而出现了转变。气温数据显示，平均地表大气温度变暖，比20世纪的平均值高了约0.8°C。20世纪末的变化率最大。大体上，其中3/4的升温发生在20世纪70年代中期以后，其余的升温发生在1940年以前。从20世纪70年代起的每一个连续的10年都比所有先前有记录的10年更加温暖；2010年，美国国家航空航天局宣布，2000年以来的10年是有记录以来最为温暖的10年。根据气候模型的预测，两极地区变暖最为明显，而热带地区变暖最不明显，同预测相符，北半球的高纬度地区的气温升高是最为显著的。[7]
大气中增加的二氧化碳对全球海洋也具有重要的影响。就大气而言，测量结果显示，海水在20世纪的下半叶变得更加温暖。海洋上层300米的水温在1950年以后变暖了近0.2°C，同时，海洋上层3000米的水温只变暖了不到0.04°C。听起来或许变化不大，但是假如考虑到水的密度和海洋的巨大体积，这些小小的增加象征着大量的热能。从1950年起，海洋上层3000米的海水吸收的总热量超过了陆地吸收的总热量的14倍。
逐渐升高的海洋温度开始产生实质影响，对于海平面和海上浮冰而言，尤为如此。在20世纪里，海平面有小幅度上升——约15厘米，大体上其中一半来自水的受热膨胀，另外一半则来自像是格陵兰之类的地方融化的冰盖。北极海冰也开始融化。在20世纪下半叶，春夏季节的北冰洋的海冰覆盖可能减少了10%~15%。至于大气的温度，在接近20世纪末和21世纪初的时候，变化率最大。南极周围海冰融化的趋势不太明显。在2009年的时候，发生了一起令人不安的事件，庞大的威尔金斯冰架在那一年发生部分崩塌，但是，尽管大陆周围的某些区域正在不断地去冰，其他地区似乎正在不断地获冰。从1970年起，南极海冰的总量甚至可能有所增长。[8]
对全世界海洋而言，逐渐升高的温度并非唯一后果。土壤、森林、海洋和岩石都充当了这个世界上的“水槽”，大气中一部分的二氧化碳被它们所吸收。“水槽”的确切作用仍有待争论，但是大体上，在燃烧化石燃料排放出的二氧化碳中，约有半数最终汇入了各种各样的“水槽”之中。海洋约接收了其中的一半。若无海洋提供此项服务，大气中二氧化碳的浓度将会远远高于目前的水平。不幸的是，此项服务并非没有后果。到21世纪初，有充分的证据证明，这些累积的、附加的二氧化碳溶解在海洋中，已经开始改变其化学性质了。越来越高的二氧化碳浓度令海洋酸化，使得其中的一些有机体更加难以生成骨骼和外壳。这些生物陷于危险的境地，其中有一些还是鲸和鱼类的重要食物来源。更加糟糕的是，有些证据证明，海洋和诸如森林之类的其他“水槽”，可能正经历着一个日益困难的时期，此时的它们越来越难以吸收大气中的二氧化碳了。这是有可能的，某些“水槽”可以转变成二氧化碳的净生产者，而不再是吸收者，如果热带森林由于更高的气温而变干，就会出现这种情况。[9]
气候变化的潜在风险数不胜数，但几乎没有哪种风险比改变世界上的水源更加危险的了。越来越高的大气温度可能会对世界生态系统造成很多的改变：改变区域降水模式，导致更加频繁和极端的天气事件；升高海平面并侵蚀海岸线；危害世界生物多样性；加剧传染病的传播；导致更多与热相关的人类的死亡；以及许多别的影响。截至21世纪之初，大多数科学家相信不断升高的气温已经开始产生这样的影响。冰川消融即是一例。在20世纪中，有越来越多的证据证明世界上的冰川正在消退，其速率在世纪末比世纪初要快得多。例如，从1975年至2000年间，欧洲阿尔卑斯山的冰川以每年1%的速率融化，在2000年以后，它们则以2%~3%的速率融化。这是一种全球趋势。对全球各地的30条“参照”冰川的科学追踪显示，1996年之后融化的冰川是1976-1985年间的4倍之多。[10]
有关冰川消退的忧虑或许看似深奥难懂。从心理和地理上，冰川都远在天边。世界上绝大多数的冰都被封存于极地，位于覆盖格陵兰和南极洲的冰川内部。几乎人人都听说过这些极地冰川消融导致海平面升高的风险，但是这一特殊问题似乎是对于遥远未来的担忧。至于说世界上位于极地之外的冰川，如果它们融化了，有什么关系呢？举个例子，对于大多数美国人而言，他们的那座即将名不副实的冰川国家公园（位于蒙大拿州）的冰川几乎消失了，这对他们有多重要呢？也许并不是很重要，当然一些出于审美而发的哀叹除外。然而，在世界多数地区，春夏的冰川融化确实关乎生死。喜马拉雅山脉和附近的中亚山脉为此提供了重要例证，那里拥有除极地之外最大数量的冰。这些山脉是亚洲最重要河流的发源地，包括印度河、长江、湄公河、恒河、黄河、雅鲁藏布江和伊洛瓦底江，它们共同养育了超过20亿人。喜马拉雅山脉特别是在高海拔地区的气温升高，意味着在过去几十年里冰川融化的加剧。令人担心的是，冰川面积和积雪层的减少会改变河流的水量和季节性时序，下游的社区依靠这些河流发展灌溉农业，提供饮用水，以及发挥许多其他用途，河流的变化将给他们造成巨大的负面影响。这一供养了20亿人的生态系统很可能经历重大变化，这是千真万确的。[11]
人们已经赖以为生的冰川正在融化，这让一些观察者满怀对于未来的不祥预感，而无数对气候变化漠不关心的人可能也已感受到它的间接影响。大气变暖的一个间接影响是空气容纳水蒸气的能力有所提高。自相矛盾的是，这同时提高了干旱和暴雨的发生概率。在世界上干旱的地区，温暖的空气能够容纳更多的水分，所以降雨量减少了。而在那些对于下大雨习以为常的地方，空气变暖将带来更多的降雨，因为云中将可以挤出来更多的水分。因此，像美国西南部一样的地区已变得更易出现干旱的现象，而连绵的雨季已为喜马拉雅山麓带去更大的洪水。[12]与此同时，更高的海洋表面温度很可能生成更多的热带气旋。不管是2005年的卡特里娜飓风，还是2010年的巴基斯坦特大洪水，即使无法将任何特殊的天气事件归咎于气候变化，但是随着时间的推移，这些事件变得更可能是由于温度升高所致。据说（很可能是错误的）托洛茨基说过这样的话：“也许你对战争不感兴趣，但战争会对你感兴趣。”气候变化和世界上的弱势人群之间的互动关系也是如此，无论身处新奥尔良地势低洼的选区，还是身处印度河沿岸地带，人们可能对气候变化并不感兴趣，但气候变化却会对他们感兴趣。
由于尼泊尔境内喜马拉雅山脉的南安纳布尔纳冰川的消退，遗留下来一处干涸的峡谷，2012年。从19世纪末期开始，世界各地的许多冰川由于平均气温的升高而消退。1980年以来，喜马拉雅山脉的冰川迅速后退，这可能即将造成南亚、东南亚和东亚的水源短缺。（©阿什利·库珀/考比思）
[1]ppb，parts per billion，表示十亿分率。书中用它来表示大气中污染物质浓度。是比ppm更小的量级，ppb=1/1000ppm。——译者注
[2]接下来的讨论出自Jonathan Cowie, Climate Change: Biological and Human Aspects (New York: Cambridge University Press,2007),1-16,22-31,126-167。
[3]有关地球上碳循环的探讨，见Bert Bolin, A History of the Science and Politics of Climate Change: The Role of the Intergovernmental Panel on Climate Change (New York: Cambridge University Press,2007)一书的第2章。
[4]Michael R.Raupach et al., “Global and Regional Drivers of Accelerating CO2 Emissions,”Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 104, no.24(June,12,2007): 10288.关于热带森林砍伐对于全球碳排放量的影响的估算，见Wolfgang Cramer et al., “Tropical Forests and the Global Carbon Cycle: Impacts of Atmospheric Carbon Dioxide, Climate Change and Rate of Deforestation,” Philosophical Transactions of the Royal Society: Biological Sciences 359, no.1443(March,29,2004): 331343。关于历史背景下的森林砍伐，通常见Williams, Deforesting the Earth。
[5]T.A.Boden, G.Marland, and R.J.Andres, “Global, Regional, and National Fossil-Fuel CO2 Emissions,” in Trends: A Compendium of Data on Global Change (Oak Ridge, TN: Carbon Dioxide Information Analysis Center, Oak Ridge National Laboratory, U.S.Department of Energy,2009), doi: 10.3334/CDIAC/00001; Raupach et al., “Global and Regional Drivers,”10288.CDIAC data at: http://cdiac.ornl.gov/trends/emis/meth_reg.html.
[6]Joseph G.Canadella et al., “Contributions to Accelerating Atmospheric CO2 Growth from Economic Activity, Carbon Intensity, and Efficiency of Natural Sinks,” Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 104, no.47(November 20,2007): 18866-18870; Raupach et al., “Global and Regional Drivers,”10288-10292.
[7]James Hansen et al., “Global Temperature Change,” Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 103, no.39(September 26,2006): 14288-14293; P.D.Jones, D.E.Parker, T.J.Osborn, and K.R.Brifa, “Global and Hemispheric Temperature Anomalies: Land and Marine Instrumental Records,” in Oak Ridge National Laboratory,Trends, doi: 10.3334/CDIAC/cli.002; John M.Broder, “Past Decade Was Warmest Ever, NASA Finds,” New York Times, January 22,2010, A8.
[8]Andrew E.Dessler and Edward A.Parson, The Science and Politics of Global Climate Change:A Guide to the Debate (New York: Cambridge University Press,2006), table 3.1; Edward L.Miles, “On the Increasing Vulnerability of the World Ocean to Multiple Stresses,” Annual Review of Environment and Resources 34(2009): 18-26; Ian Simonds, “Comparing and Contrasting the Behavior of Arctic and Antarctic Sea Ice over the 35-Year Period 1979-2013,”Annals of Glaciology 56(2015): 18-28.
[9]Scott C.Doney and David S.Schimel, “Carbon and Climate System Coupling on Timescales from the Precambrian to the Anthropocene,” Annual Review of Environment and Resources 32(2007): 31-66; Miles, “On the Increasing Vulnerability,”26-28.
[10]United Nations Environment Programme, Climate Change Science Compendium,2009,15-16.
[11]Jianchu Xu et al., “The Melting Himalayas: Cascading Efects of Climate Change on Water,Biodiversity, and Livelihoods,” Conservation Biology 23, no.3(June 2009): 520-530.
[12]M.Monirul Qader Mirza, “Climate Change, Flooding and Implications in South Asia,”Regional Environmental Change 11, suppl.1(2011): 95-107; Katherine Morton, “Climate Change and Security at the Third Pole,” Survival 53(2011): 121-132.
