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地球的氣溫在數十億年間一直在發(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，既有長達上千萬年的嚴寒，也有持續(xù)數百萬年的酷熱和暴雨。地球的氣溫在數十億年間一直在發(fā)生長時段的周期變化。因此，衡量全球變暖，需在人類視角下進行。我們關心全球變暖，是因為這一問題和人類的生存發(fā)展息息相關。

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（北京）地質學講師吳會婷介紹，在討論地球氣候變化時，“尺度”是非常重要的概念。地質學家把地球歷史上大氣和地表長期低溫導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，至少出現過5次大冰期，每次大冰期持續(xù)時間可達上千萬年。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，地球處于地質學家所稱的溫室期，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”當中尤其典型。“雪球事件”指距今7.5億—5.8億年間，地球經歷了持續(xù)超過千萬年的大冰期，一些科學家推測，在這個時期，地球上的平均溫度一度達到零下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可見一斑。事實上，我們人類今天就處于一個大冰期，即第四紀大冰期中，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時光，也就是溫室期當中，平均溫度都比處于大冰期的當下高得多。而平均溫度更低的情況在歷史上的大冰期內也不罕見。

當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。當前的人類生活在約1.1萬年開始的一次間冰期當中，比起約1.8萬年前的第四紀大冰期最盛時期，如今的年平均氣溫已經高了15℃?？茖W家預計，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

作為古生物學方向的學者，吳會婷補充說，地質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致了真核生物的出現，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，科學家們已經提出了大量假說，其中最有影響力的是以南斯拉夫地球物理學家、天文學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，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)地質證據的支持，已經成為科學界普遍接受的理論。至于大冰期的形成原因，科學界提出的可能影響因素包括板塊運動、太陽系在銀河系當中的位置等。以“雪球事件”為例，科學家推測這次大冰期的成因是板塊運動帶來的巖石風化消耗了過多的二氧化碳，而結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，人類在數千年文明史當中經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一步縮小，站在人類社會的角度進行觀察。

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了——人類也不例外。

安徽省地質博物館、古生物化石科學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。首先出現的是光合作用生物（藻類），它們具備把二氧化碳轉換為氧氣的能力，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，地球上曾經出現過冰室效應，爾后又被化解。

三者中最后出現的人類，在最近200年方才獲得影響氣候的能力——進入工業(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億年來維持的碳循環(huán)，在200年內實現了自然界原本需要數千萬年乃至數億年才能完成的化石碳庫釋放——這就是“全球變暖”的起源。

在科學界，全球變暖問題也曾經歷整整一個世紀的爭議?？茖W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，以及當下的氣候變化是不是自然界周期的正常表達。然而到20世紀末，越來越多的證據表明，人類活動對氣候的影響確實存在，而且這種影響已經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界和政界的共識。

“我們發(fā)現，當下地球上生物物種數量、氣候變化的速率和幅度，實則已經遠遠超過了地質歷史時期曾發(fā)生過的最慘烈、最嚴重的生物大滅絕事件。”吳會婷說，“目前，科學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系，并用大數據分析趨勢。”

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得到國際組織和各國政府重視，野豬活動排碳則是科學家在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因素。

地質學家很少關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重要的意義。保護環(huán)境，努力維持適宜的氣候，力爭實現碳達峰、碳中和，歸根結底是在保護人類自己。

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