即使没有工业革命，地球温度也一直在上升？

科普中国中央厨房 2021-02-25

　　气候变暖导致冰川融化等一系列问题。｜Jeremy Harbeck/NASA

　　作者｜于淼西奈山伊坎医学院

　　气候变化一直是公众舆论的讨论焦点，甚至美国大选时，总统候选人都要对这个议题进行明确表态。

　　虽然无数证据都确凿无疑地表明，全球气候在变暖，但关于气候变化的谜团仍有很多。比如，我们正在经历的气候变暖在漫长的地球历史上是独特的吗？它是人为因素导致的吗？

　　1月27日，发表在《自然》杂志上的一项研究确认，地球已经持续升温12000年。不过这并不表示，我们不需要对气候变暖负责，更不表示我们可以无视目前的气候变暖问题。学界普遍认为，温室气体，特别是人为来源的温室气体，是最近50年来气候变暖的祸首。

　　一直存在的全球气候变化

　　我们现在讨论的气候变化，主要证据包括但不限于全球气温上升、海洋升温、冰盖消融、冰川后退、积雪时间减少、海平面上升、极端天气增多，以及海洋酸化等。这些证据都有可靠的数据支撑，表明气候变化真实存在，并可能改变我们未来的生活方式。

　　不过，气候变化其实并非最近才出现的问题。古气候学研究告诉我们，如果放到漫长的地质年代，只有大约四万年历史的智人所经历的气候变化可以说不算什么，全球气候变化一直存在，且直接或间接造成过地球物种大灭绝或大爆发。

　　了解过去的气候变化对于理解我们正在经历的全球变暖至关重要。古气候学主要依赖保留过往气候信息的载体，如冰芯、树木年轮、海洋沉积物、钟乳石等，来重构前现代社会的气候变化规律。但有时候，这种地质数据重构会与计算模拟存在分歧。这也导致了一个困扰气候科学家多年的难题——“全新世温度变化之谜”。

　　全新世是我们目前所处的间冰期，始于11700年前。当科学家用地质记录重构全新世的温度变化时，发现全球年平均气温大概在10000～6000年前达到一个峰值，之后大气温度开始下降，直到后工业时代才重新上升。而根据气候变化规律进行的计算模拟则表明，由于温室气体和冰盖融化的影响，全新世的温度只表现出一个趋势，那就是，持续变暖！这种分歧，被称为“全新世温度变化之谜”。

　　间冰期是大冰期中相对温暖的时期，这时冰盖消融、冰川后退，致使海平面上升。我们目前所处的全新世，就是一个始于11700年前的间冰期。｜ArcticToday

　　那么地球温度到底是怎么变化的呢？是本来就持续变暖，还是被工业革命扭转了冷却趋势？

　　破解全新世温度变化之谜

　　最近发表在《自然》杂志上的论文解开了这个谜团。研究人员发现，在消除地质数据中的偏误后，地质数据重构与计算模拟的结果取得了一致。全球年平均气温确实是持续上升的。

　　研究人员认为，之前地质数据重构与计算模拟之间的分歧来自季节性偏误。这是因为，之前人们主要用海洋表面温度来重构全新世温度变化，而这个温度是存在季节性偏误的，这就导致温度重构实际只反映了季节温度的变化趋势，而非年度平均气温。

　　在新研究中，科学家开发了一种方法来识别这种季节性偏误，并从季节性温度来推导年平均气温。他们使用了上一个间冰期（128000-115000年之前）的数据。这个地质时期太阳辐射的季节性差异很大，比温室气体或冰盖的影响更强，使得识别季节性偏误更容易，从而可以根据数据特征去除其影响。

　　他们首先把这个矫正方法用到了巴布亚新几内亚一个海洋站点，通过有孔虫类（一种单细胞海洋生物）化石的镁钙比数据，来重构过去30万年的海洋表面温度变化。选这个站点是因为，这里的季节性气温与年平均气温均是已知的。结果显示，新的矫正方法可以很好对应模拟数据。

　　研究人员进一步将该方法用到其他地质记录站点，覆盖了全新世与上一次间冰期。这些地质记录数据源于有孔虫类化石的化学组成，以及烯烃标记物——由海藻合成并沉淀到海洋沉积物中的生物标记物。结果发现大多数被检测的记录都存在季节性偏误。

　　基于此，研究人员推论，之前基于未矫正季节性偏误的重构记录所得出的全新世早期的温度峰值并不存在，那其实是北半球夏季日照峰值所造成的季节性特征。整个全新世，全球平均温度应该是一直上升的，且在后工业时代达到顶峰。全新世温度变化之谜被有效解决。

　　矫正季节性偏误后，地质数据重建与计算模拟结果一致，表明整个全新世全球温度一直上升。｜图源：Nature

　　并且，当季节性偏误可以分离出来后，研究人员认识到，全新世早期（12000~6500年前）的全球性增温是由于冰盖消融引起的，而从6500年前开始的持续升温，则是由温室气体排放导致的。二氧化碳等气体因为产生温室效应导致全球气温上升。冰盖融化导致气候变暖则是因为，冰雪覆盖的地球反射率更高，一旦融化后，地球会吸收更多热量而增温，而这又会进一步促进冰盖融化。

　　这项研究不仅解决了全新世温度变化之谜，更重要的是，它提供了一种通用方法，来矫正一直困扰古气候学家的季节性偏误问题。这个方法使用的有孔虫类化石的镁钙比与烯烃标记物，可以覆盖更广的地质年代，后续可以矫正的数据还有很多。不过当前方法也存在局限，它只能用到南北纬40度之间的区域，高纬度地区缺少可以用来矫正的间冰期数据。由于其在大气循环中的重要作用，未来还需要将这些区域包括进来。

　　气候变化是人为因素导致的吗？

　　解开这个谜团并不意味着关于气候变化的谜团都解开了，当前对气候变化的质疑声仍不绝于耳。主要争论点并不在于是否存在气候变化，因为所有数据都证明，气候一直都在发生变化。更多的讨论在于，气候变化是不是人为导致的，或者人为因素是不是主要因素。

　　地质年代里确实存在比现在温度更高的时期，但那时还不存在智人这个物种，所以讨论气候变化没办法上升到保护地球家园的层次，地球怎样都能转。但具体到人类社会特别是现代社会，气候变化的影响就关系到很多人的生存问题。例如，海平面上升对很多沿海城市是持续存在的风险。

　　另一方面，气候变化也会改变当前的贸易格局：如果北冰洋存在一条四季通畅的航线，很多港口可能就要衰落或兴起；西伯利亚冻土如果解封，俄罗斯可能成为农业大国；更长的夏天，或改变的降水模式，可能对全球农业产区产生影响；增多的极端天气会提高所有人的生存成本。因此，探讨气候变化的原因、寻找对策就变得至关重要。

　　那么，气候变化是人为导致的吗？上世纪70年代，学术界的主流意见一度是全球在变冷，这个观点主要依赖古气候学上万年的周期趋势。但最近几十年的气候事件显然并不支持这个看法。当前学术界认为，温室气体，特别是人为来源的温室气体，例如二氧化碳、甲烷、水蒸气、氮氧化物与氟氯烃等，需要对最近50年来的气候变暖负责。

　　温室气体，特别是人为来源的温室气体需要对最近50年来的气候变暖负责。｜INCAMERASTOCK/ALAMY STOCK PHOTO

　　此外，曾有人认为，太阳辐射强度变化是全球变暖的主要因素，这个观点可以用来解释历史上的一些气候现象，例如明朝的小冰河时期，但观测数据并未发现特别明显的辐射增强，即使有辐射增强，放到模型里去算，似乎也无法与温室气体排放的作用相抗衡。

　　现在我们倡导低碳生活，其实是希望通过减少温室气体排放来延缓变暖趋势，但这个趋势目前来看已经不可逆转，所以要探讨普通人减排对气候变化会有多大影响，是比较困难的。然而，气候变化根本上会提高未来所有人的生存成本与风险，从这一点上而言，全球需要在公平公正公开条件下达成共识，减少温室气体排放，而这种共识需要所有人的努力。