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地球的节奏

(2020-03-31 05:48:50)
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气候变化

全球变暖

地球的节奏

 图片来自https://earthobservatory.nasa.gov/features/CarbonCycle/page4.php

本图显示大气二氧化碳含量同南极气温的对应关系


上图是地球南极大气温度和地球大气二氧化碳含量在过去八十万年中的变化图,我们发现它们竟惊人的相似。这种相似性表明两者是相互关联的。


上图说明了两种可能性。第一种是大气温度为决定因素,大气中二氧化碳的含量随着大气温度的升降而升降。第二种是大气中二氧化碳的含量为决定因素,大气的温度随着二氧化碳含量的升降而升降。


到底哪个是正确的呢?我坚持大气二氧化碳含量是决定因素。但这同二氧化碳是温室气体无关,因为二氧化碳在空气中的含量太低。


地球的节奏

地球的节奏



地球大气二氧化碳的含量决定着生物圈中植物的生长状况。每当二氧化碳含量增高时,地球上的植物就会变得更强壮更茂密。上面的两张图就显示了植物状况和二氧化碳含量之间的关系。生物体内含量最多的三种元素是氧碳氢,生物可以在空气和水中获得大量的氧和氢,但碳的来源却只有空气中的二氧化碳。而空气中的二氧化碳含量极低,在当前情况下,每一百万个空气分子中才有三四百个二氧化碳分子,这就导致空气中二氧化碳含量成为了制约生物发展的瓶颈。


植物种群状况随着二氧化碳含量的涨落而涨落。随着二氧化碳含量的增高,植物种群会不断发展壮大,从而可以征服沙漠,逼退冰山,而地球的温度也会随之增高。植物种群靠光合作用吸收太阳能,这是一种直接存储太阳能的方法,植物通过呼吸作用可以把大部分通过光合作用储蓄的能量缓释出来,呼吸作用还可以在空气中释放水蒸气。森林特别是雨林本身具有蓄能的功能,阳光照射在森林上,同薄薄的沙漠沙面和冰川冰面不同,森林可以把光能反射进内部而储存起来,即几米至几十米高的森林地带从地下到地上具有整体蓄能功能,这些储蓄的能量会被缓释出来。森林中较高的水蒸气含量可以帮助保温,因为水蒸气是非常高效的温室气体。


第一张气温和二氧化碳含量关系图主要表现了在人类文明大规模出现之前的二者关系图。从十九世纪中期开始,煤和石油燃烧后产生的二氧化碳被大量排入大气,从这时起大气温度和二氧化碳含量之间的关系开始被打破。


首先二氧化碳升高,植被会更强壮更茂盛。这本会提高地球大气的气温。但过多的工农业以及住宅等用地,导致植被大面积减少。而地下水的超量开采导致部分植被变得稀疏。这两点使植物因二氧化碳含量而提高的增量被完全抵消或部分抵消,所以现在大气温度开始变得难以预测。


目前大气中二氧化碳含量是400ppm左右,这个值在过去几十万年中是最高的。如果人类现在完全消失了,那么地球上的植被会获得巨大的发展,结果是沙漠消失,冰川后退,南级冰帽大规模融化,地球会快速升温。


当然人类还会继续存在和发展。面对已经被我们改变的地球,我们需要做出选择。


第一张关系图表明,地球气候以冰期为主,而间冰期是非常短暂的。原因是植被残留物会不断被埋入地下而最终形成岩石,这些碳在短时间内是无法被释放出来的。地球从火山爆发和外太空陨石中会不断有碳补充,但数量很少。由于大量的碳被逐年埋入地下,导致大气中二氧化碳含量越来越少,因此现在的地球一定会进入下一个大冰期。这是不可避免的。


如果我们站在冰期时代来看待碳问题,我们就会具有不一样的态度。从第一张图我们可以看到在冰期的最高峰,地球上二氧化碳的含量会低至100ppm,这个值会使地球上大片的森林消失。可能到时只是在赤道地区才有一些稀树林。在这时农业的收成会非常低。处于冰期时代来看问题,我们就会发现碳其实是我们人类的食物。庄稼吸收二氧化碳而生长,而我们人类依靠从庄稼而来的粮食。所以说我们现在把碳作为燃料,其实是在燃烧我们后代子孙的口粮。


既然大冰期不可避免,我们现在就要早做准备。我们第一步要做的就是实现碳的基本零排放。二百年前的人类可以基本实现碳的零排放,现在的人类也应该具有这个能力。第二个要做的就是减少工农业和住宅用地,并逐渐实现地下水的零抽取。


我们需要以非常快的速度使二氧化碳含量、植被和大气温度这三者的关联关系重新建立。我们要调整自身来适应这种关系。第一张图显示了地球温度具有一条非常规律的折线,它是地球的节奏。我们需要维护这个节奏,然后我们才能够长久地存在下去。


地球的节奏



上面这张图是一万两千年来地球的气温变化图。最靠近右边的蓝色区域是明清小冰期时代,在它的高峰期间,中国正处于明末,中国因长期内乱而被满清统治,而在欧洲也正在发生着三十年战争。倒数第二个蓝色区域的高峰是五胡乱华时期,当时中国北方竟不似人间世界。倒数第三个蓝色区域是春秋战国时期,数百年间中国战乱纷争。倒数第四个蓝色区域在中国已经是史前了,历史记载不详。


最前面的那个大蓝色区域是上个冰期,人类在之前的十万年竟然几乎在考古学上消失。如果类似的冰期再来,我们将何以应对?


在地球的生物历史上,有很多灾害远超大冰期。比如大陨石撞击事件,以及太阳系过类星体端面事件等等。但们人类的祖先以及无数的物种都存活了下来。为什么呢?


原因是生物圈的所有生物作为一个整体是具有生命的。这个生物圈尽全力维护着自身的存在。我们人类也是生物圈中的一种生物,我们人类要想长久存在下去,我们要保持生物圈的活力。我们人类目前信奉以人为本而把生物圈中的很多生物折腾的奄奄一息,其实我们是在挖自己的坟墓。


在第一张图中,地球气温显示了一个完美的曲线,它是地球生命奏响的不朽乐章。我们人类需要努力使它继续演奏下去。地球上的生物在冰期和间冰期内不断地进化着,基因在不断完善,从而地球上的生物越来越善于应对各种灾害。


一个个远比大冰期严重的灾害就等在了前面,只有携手这个星球上的所有生物,我们人类才能走得更远。


金光年












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