温室效应为什么会造成极端气候

人类经济活动大量消费煤炭、石油和天然气等矿物燃料，向大气中排放温室气体所发生温室效应，导致的地球表面平均温度上升。这是当前学者们普遍认同的解释。这一解释使得人们对解决环境气候问题似乎有了针对性，然而认识不够深刻，且过分简单，认为只要人类不再排放或者减少排放就能够解决问题。多年的实践证明抑制人为排放的道路很难走得通。而且把气候等生态环境的恶化，完全归结为人为原因，这一普遍思维限制了学者进一步更为深刻地对自然规律的探讨。其实 CO2的排放尽管是当前生态环境的一个主要问题，但并非是根本问题所在。CO2的产生是以氧来氧化还原性碳素导致的结果，排出一份CO2必定消耗两份氧，大量的CO2的排放，人们只是见到了CO2的增多，却没有见到氧的减少，而且自然界的氧化势越来越高，大面积森林大火越来越频发，也没有人担心持续地氧化燃烧会使氧消耗而减少。其实地球上的氧气是有来源的，植物的光合作用分解水，放出氧，光合作用合成的有机物可以在微生物的活动中放出氢或是甲烷，甲烷可以离解出氢来，氢只要游离于大气，就会上升而逃逸出地球大气，于是多余的氧气不会再转化成水，于是氧气与氧化物在地球上是持续地增多，地球物质因此而被氧化变质，这是地球生态环境从古至今演化的主因。

极端的气候更发生在太阳系岩质内行星的水星、金星和火星上，水星的黑夜的表面温度低达-173℃，在白昼温度则高达427℃；金星表面的高温可达480℃ 左右，水星与金星的高温都足以熔化铅；火星表面温度为-130~30℃之间。这样的气温使得这些星球无有生命生存。太阳系的岩质内行星应当有着同一的演化发展，由于距离太阳的远近和自身的质量等原因，它们的演化又有一些自身的不同。这些岩质内行星上的还原性氢首先逃逸出大气，由此而引起的星球的氧化大概是这些星球演化的动力。金星上的碳与硫被严重氧化，形成CO2和硫酸，因此金星大气中CO2多，占97％以上，此外还有一层厚达20到30公里的由浓硫酸组成的浓云，这造成金星有严重的温室效应。其它行星上也存在极端气候和温室效应，表明行星具有同一的形成演化机制，看来这种机制就是行星上的还原性氢的逃逸，导致行星物质的氧化变性所致。

近50年来全球气温上升速度比过去100年快了一倍多。以此推测，未来的全球气候可能会更加极端化，或可达到人们难以承受的地步。造成天气气候异常的原因很是复杂,但最直观的直接原因还是大气环流的异常和全球气候变暖的影响。但是，对全球气候的变化趋势的认识，不应是简单线性外推的，在全球物质氧化逐步增强的大背景下,温室气体的排放即使不是根本问题，也是一个重要问题。今天极端天气变得越来越频繁，至于每一次极端气象灾害是否都可以归咎到全球气候变暖, 目前尚不能下结论。影响气候的原因是错综复杂的,太阳活动、海洋状况、火山活动、地表生态以及人类活动等等都会影响气候,人们对其认识还十分有限。
水是气候变化的稳定剂

水是降低极端气候灾害的稳定剂，由于，水分子的极性很强，分子间的引力也比较强，因此要提高水的温度，使水分子克服引力、加快热运动的速度就会需要更多的能量。由于水的比热容比沙石或干泥土大,在白天，陆地温度升高得快，海水温度升高得慢，陆地的温度高于海水的温度。晚上，陆地温度降低得快，海水温度降低得慢，那么，陆地的温度低于海水的温度。陆地上空的空气受热膨胀，上升，空气就变少了。海面上的空气温度相对较低，就会流向陆地进行补充，形成风。所以，白天的风是从海面吹向陆地；而夜间的风是从陆地流向海面。水的比热大，在同样受热或冷却的情况下，水的温度变化小一些，因此水是气候变化的稳定剂。白天沿海地区比内陆地区气温上升慢，夜晚沿海温度降低少；在一天中沿海地区温度变化小，内陆温度变化大，一年之中夏季内陆比沿海炎热，冬季内陆比沿海寒冷，因此大量的海水具有稳定气温的作用。

稳定气温不仅是大洋的水体，含有大量水分和水蒸气的森林等植被也具有很大气候稳定作用，茂密的植被不仅能把太阳能吸收储备在有机质中，植被还吸收许多水分，茂密的森林相当于陆地的水库，森林树冠可以截留20％左右的雨水，另有7％左右的雨水被树干、树干上的苔藓和林下的枯枝落叶层所吸收。林地土壤有较强的蓄水能力，渗入土壤的雨水有50%～80％被储存起来。据测定，每公顷林地比每公顷无林地多蓄水300平方米，所以森林相当于水库。森林吸收降雨，变地表径流为地下径流，避免了雨水一下子流入河流，它将水分贮存在林下的土壤中，到了干旱的时期，水分从林下渗出来，不仅降低洪峰流量，还避免发生河流的干涸。森林使水分居留在林内茂密的植物空间，居留在枯落叶层和潮湿的土壤中，使林间气候潮润。因此，森林可以改善和调节气候，具有防止水、旱灾害的双重作用。森林之所以具有良好的生态效益，是因为森林保有大量的水分和水汽。然而，随着人类的文明的发展，森林的面积越来越萎缩。地球陆地面积大约是130亿公顷，陆地森林面积是由人类文明初期的80亿公顷，减少到目前的28亿公顷了，而且正以每年1 800万～2 000万公顷的速度减少着。[1]一方面森林的面积萎缩，森林的质量也越来越降低，森林的生态效益日益降低，且干枯的林地成为星星之火可以燎原的灾害发生地。森林调节着大地的气候，保持着水土，阻挡雨水冲刷土地，森林是大气的净化器，是碳的储藏室，森林吸收二氧化碳的能力比其他任何植被都强，目前世界森林吸收二氧化碳量约占整个陆地植被生态系统90％，全球每年有大约150亿吨碳由二氧化碳转化为木材。特别热带森林是最大的二氧化碳的吸收源，森林的面积的增减直接关系到大气CO2的含量。

地球水的变迁

原始海洋盐分很少，与现在的淡水差不多，水易于蒸发，天空云量多，天气潮润。后来含盐高的海水逐步形成，含盐高的海水水蒸汽压低，蒸发量减少，大气这才干燥起来。大气云量逐渐减少，才形成了今天的烈日当空的天气。在中生代中期和晚期，因为云量大以及温室效应，世界大部分地区都属于热带和亚热代气候，季节性变化小。尼古拉·拉曼发展了俄罗斯自然科学家米哈伊尔·戈连金在20世纪初提出的看法——在白垩纪中期以前地球上没有灿烂的阳光，密云平均分布，空气潮湿，同样的温度（极地和赤道一样的温度，没有温差）、气压、湿度，没有风和水分的转移。由于密云有利于阳光的平均分布，植物不需要与其邻居争夺阳光。于是裸子植物形成了“不晓得”如何争夺阳光的习性，后来进化出来的被子植物才具有了倾向阳光生长的机理，它们能对阳光的微小变化作出反应。这说明当时的历史时期大气非常潮润，没有干旱。科学家在两极的基地发现恐龙化石也说明了恐龙时代的地球气候特点。

氢是宇宙间最多的元素，是地球上最为重要的还原剂，氧是地球上最为丰富的元素，是地球上最为重要的氧化剂，氢与氧的氧化还原反应成为水，水又可以分解为氢和氧，氢通过某些途径持续地逃逸出地球的大气，进入太空，一去不返。地球还原性氢的丢失，使地球逐步被氧化。植物的光合作用分解水产生氢和氧，氢逃逸了，氧则留存在地球上，氧持续地氧化地球上的物质，使氧沉积在地壳中，地壳物质因为氧化而变性。过去的学说认为：植物吸收CO2放出氧，动物吸入氧而放出CO2，这样平衡的物质循环，不会造成环境恶化。然而事实上由于地球水分解的氢逃逸了，氧必定持续地增加，地球的氧化势也就必定持续地提高，于是地球物质因氧化而变性。非金属的碳、氮、硫等因氧化而变成酸性氧化物，而金属（钾、钠、钙、镁等）的氧化成为碱性氧化物，酸碱氧化物在水中成为盐，随着降雨淋洗，盐分不断地由陆地集中到内陆湖泊和海洋，当水蒸发降雨时，却不能把盐分带往陆地，在亿万年的日积月累中，内陆湖泊变成了盐湖，海水变成了咸水。据估算，世界海洋中盐分的总量足有5万兆吨，如果铺在陆地上，将会有大约150米厚，足有40层楼的高度[2]。大海盐分越高蒸汽压越低，水的蒸发量越少，气候就会越来越干旱。这是因为当水分子变成水蒸气时，就需要在争脱其他水分子吸引的同时，还需要摆脱钠离子和氯离子等盐分离子的束缚，这样蒸发量减少了，大气也就因为海水盐分高而越来越干燥了。一方面地球水在减少，另一方面海水因为盐分增多而降低了水作为气候稳定剂的活性，这是地球生态演化与环境恶化的根本原因。人类应当及早认识环境恶化的最为本质的问题是氢的逃逸与水分解而产生的氧化问题。

在远古时期地球就存在着大量的水，地球被水包围，没有陆地，后来水逐渐丧失，陆地才显露出来。太阳系除地球外的其他内行星（金星、水星、火星）也都经历过这种水的丧失过程。水的丧失已经使一个水分丰富的地球变成为一个缺水的地球。据推测，过去的6亿年中，地球的海洋下降了5000米左右，丧失了大约目前海洋中2倍的水量。[3]在未来的演化中，地球将消耗掉所有的水分，演变成一个干涸的地球。地球本来并不缺水，且今天也存在着大量的海水，但是在巨量的蕴藏中只有2.5%是淡水，而这其中又只有0.3％的地表水可以利用，余下的或者结成冰，或者深埋地下。

地球物质最轻的元素氢是持续地逃逸出地球，氢是直接或间接地来自水的分解，还原性氢逃逸出地球大气，多余下来的氧就会引发持续性氧化作用，于是地球上的氧化物越来越多。事实上碳的氧化物——CO2没有人为的氧化燃烧的排放，自然界也会自行氧化燃烧而释放出来，今天许多森林大火和煤田火灾是自行起火燃烧的自然进程，土壤中的有机质也会因微生物的呼吸与发酵而释放CO2。地球上只要有足够的氧，就会有氧化燃烧作用。今天大火易于发生是因为大气干燥，土地和地被物的含水量越来越少而促使氧化燃烧作用易于发生。

根据古生物的研究，陆地环境也是由潮湿向着干旱演化。从化石看，早期植物大都是喜水湿的植物。世界上最古老的藓类和地衣出现在泥盆纪，针叶林出现于二叠纪，侏罗纪时期繁盛。栎树及其他阔叶树出现于白垩纪。禾本科草原和耐干旱的艾蒿草原出现于第三纪。肥沃的黑钙土向贫瘠干旱的栗钙土和棕钙土的转化中，耐干旱的艾蒿繁盛起来。[4]马的演化历史也表明了生态环境是向着干旱化演化：从牙齿的状况判断始祖马是食草动物，始祖马化石的地层情况说明当时气候温暖潮湿，生长着丰盛而多汁的植物。后来潮湿的气候变得比较干燥，植被状况也改变了，出现了空旷的草原，柔软多汁的草逐渐转变为干燥而粗糙的草，马的祖先也就逐渐地改变了食物习性和身体结构，牙齿也转变成有皱襞适宜吃枯草的。由于在大面积地区寻找食物的迁徙活动，作为支柱的中趾由于快跑经常使用，于是多趾的始祖马转化成单趾的现代马了。所以，马的进化史是地球大面积环境越来越干旱的演化史，是生态环境的衰退史。

在密封的实验箱内，纯水汽的饱和度既使达到300%～400%，水汽也不会凝结，但加入少许尘埃后，水汽便马上会“成云致雨”，尘埃在自然降雨中起着凝结核的作用。尘粒在大气中增多，成为降雨的凝结核，引起降雨。如果大气十分清洁，没有凝结核，水汽达到饱和或过饱和也不会降雨。在白垩纪及其以前的期间大地植物覆被率高，空气清洁，很少有尘埃的微粒，空气湿度很高，可能很少有大雨和暴雨。近代以来随着城市化建设，矿山开发，大量的运输车辆，以及人口增多，使尘埃在大气中增多起来。这些颗粒物还有来自天然过程的火山爆发、岩石风化、海浪飞扬蒸发后留存的盐粒等。目前大气中颗粒物已为100年前的2～3倍。据报道，“每年约有数百亿吨的粉尘进入大气”[5]，于是给大雨和暴雨提供了条件。有这样的现象：四川省北部松潘高原某一海拔高度为4 000米的平坦区域，植被繁茂青翠，风起无尘；高原以西全是南北走向的大山，阻止了中亚大沙漠的沙尘输入，因此空气内缺少凝结核，加上空气平静，无上下对流，也无水平流动，故水汽很难凝结降落。但是，当人大喊一声，声浪振荡，虽然天晴无片云，却能降落一些大雨滴，而且屡试不爽。声浪引起过饱和气层内水汽迅速凝结，化为雨点，这是这一地区的特有现象。[6]远古时期地被物丰富，海水又是淡水，海浪的浪花不会蒸发形成大气中的盐粒，天空可能很少有微尘和干盐粒，因此缺少亲湿性的凝结核，使得大气湿润，这大概正是远古时代普遍的气候特征。当大气中温室气体增加时，气温明显上升，水体蒸发量增高，大气蕴涵更多的水蒸气。今天又因大气凝结核灰尘增多，再加上气流异常，降雨可能多以暴雨的形式降下，于是高湿度，就暴雨成灾，水土流失；高湿过后就是大气干燥，于是很快造成旱灾。这是一幅反差极大令人不安的极端气候场景。

美国的降雨趋势表明，全年的降雨量增加了,全国范围夏季的暴雨次数自1911年以来增加了2％～3％，全国各地平均每2~3年增加一场暴雨。[7]美国的一些气候学家对分布在六大陆地上的5 000多台雨量计所测出的整个20世纪降雨量的统计数据分析表明，从20世纪起至今，地球上年平均降雨量增长了22毫米。在北美洲、北欧、亚洲以及阿根廷和澳大利亚等地区，年均降雨量增长了40毫米以上，只是在近20年内，大部分热带地区的降雨量有所减少。[8]这表明随着地球的转暖，降雨量在增加。但是缺水和干旱不仅仍然是严重世界性的灾难问题，而且这些灾难还越演越烈。以暴雨形式增加的降雨，并没有使气候变得更为湿润，且呈现出越来越干旱的大地。

地球在形成之初就保有许多水分，近年来美国航空航天局发射的极地卫星拍摄到的照片，表明地球大气层外围存在着持续的太空降水现象。地球外层空间聚集着小雪球，重量约为20~40吨，每3秒便有一个撞向地球，为地球送来的水每隔1万~2万年便可覆盖整个地球表面2~5厘米厚。这种太空降水现象在地球40亿年的漫长历史中持续出现的话，给地球带来的水量足以填满地球上的海洋。[9]外太空以陨冰或其他分子态水的形式持续地给地球增加水分，并不能根本解决地球的干旱。由于氢的逃逸，这种增水迟早只是增加了地球的氧含量，增强了地球的过氧化的环境。生物需要一个适当的氧化还原环境，在缺氧的高度还原环境中不适宜生命的生存；在过度氧化的环境中，许多物质因氧化而变性，导致环境恶化。地球土壤的荒漠化与沙漠化是氧氧化（包括微生物的呼吸和发酵）分解了土壤中的有机质与腐殖质，使土壤荒漠化、贫瘠化并进一步沙漠化；由于氧使地壳碳类物质氧化，造成气温升高，使得生物圈的氧化势越来越高，这是当前森林、煤田、城市越来越易于起火而造成火灾的原因。
温室效应与干旱的恶性循环

地球上的碳有还原态和氧化态，单质碳素很少。碳可以表现为负价而被4个氢还原成甲烷，也可以表现为正价而被2个氧氧化为CO2。煤、石油和甲烷是还原态的碳素，氧化性的碳素主要是CO2及CO2的沉积物。在地质演化史上，CO2是持续不断地因还原性碳的氧化和生物的呼吸（也是氧化）而产生。一些CO2被植物吸收，后来被埋藏为煤，此外的CO2则是不断地以碳酸盐形式沉积为碳酸盐岩。地壳中沉积的碳总量有2.7×1016吨，主要是以碳酸盐的形式存在，约占地球碳总量的99.9％，成为地球最大的碳库。按体积CO2占大气各种气体的0.035%，大气仅是碳的一个很小的贮库，大气圈中的碳量仅是海洋中无机碳量的2％。沉积物和沉积岩中无机和有机形式的碳量是所有其他碳库中全部碳量的1 800倍，因此其他碳库中的碳量很小的变化，将严重影响大气中的碳量。

传统生态学认为通过“物质循环” 地球物质可以无限使用，因此无需担心生态恶化，这些认识仅是人类一相情愿地推论，缺乏严格的实验验证，在碳的循环中“物质循环”说忽略了CO2是持续沉积埋藏于在CaCO3一类的岩石中，每沉积一份碳就会沉积一份钙，同时还沉积3份的氧。原始地球是没有沉积岩的，地球上所有沉积岩都是地球形成后逐渐沉积的。地球上光合作用所产生的氧气，氧化了还原性碳，然后逐渐沉积于巨量的岩石中，如果没有这种沉积埋藏，大气中大量CO2的温室效应早已发生，大气存在的巨量氧气的氧化作用也早已经使地表的一切氧化燃烧殆尽了。然而，科学家当前只是测定出CO2的增多，并没有测定出氧因为沉积埋藏而减少，这是因为氧在自然界因植物的光合作用而有极快的产生速度。在历史环境中，CO2是因为以岩石的形式沉积埋藏于地下，因此而没有过早地发生严重地温室效应。今天地壳表层钙质类盐分在几十亿年的期间被CO2沉积成盐岩，已经消耗殆尽，海洋中珊瑚的成礁成岩作用也降低，大陆土壤又陷入缺钙的境地，CO2的沉积埋藏作用减弱，使得CO2过多地留存于大气，这是今天大气CO2增多和发生严重温室效应的原因。因此，深埋CO2，并且与地壳深部的钙类盐分结合，可能是暂时消除CO2方法。温室效应诱发大气高温，高温导致干旱，干旱又进一步导致氧化燃烧的温室气体的排放，于是成为越来越恶化的循环。自古以来氧化（燃烧、呼吸）形成的CO2是依靠了钙类盐基性物质沉积成岩石而消除了大气中的过量存在，当今CO2沉积埋藏作用下降是导致大量CO2累积于大气的原因。

气候变化是关系到全人类命运的大事，世界各国应该齐心协力，共同应对。然而，还原性碳素物质的燃烧是人类发展经济不可少有的能源，大气中一大部分的CO2温室气体是人类发展经济而排放的，人类无法超出人类的天性而停滞发展，这是气候问题难以达成共同的协议的原因，学者们对气候变化的原因有错误的和不深刻的判断，人类又迟迟不能达成共同的协议，于是全球温室气体排放总量还在继续增长，气候恶化的步伐还在加快。结果严重灾害频频到来时，各国只能单独面对，“大难临头各自飞”的局面将会到来。未来极端气候严重威胁全人类安全的情况下，也许人类有一定妥协，而达成一些协议，那时恐怕已经是杯水车薪，难以解决问题，就目前的气候演化趋势看来，未来的全球气候很可能会更加极端化，人类越来越难以承受，这大概就是人类从诞生，发展到衰亡的全过程。
参考文献

[1]中国林业科学研究院编.面向21世纪的林业.中国农业科技出版社,1998.249、252

[2]杨建新.海水中的盐是怎样形成的?百科知识.2004(6):33~34

[3]刘本林.海平面下降：地球水陆变迁的历史趋势——兼论前寒武纪生物大爆发的成因，世界科学.2004(5):39~42

[4]黄瑞采.土壤学.科技卫生出版社,1958.151~152、245、227

[5]杨宝根.未来1000年人类科技发展方向.百科知识.1996(12):16~17

[6][美] 邹豹君.大环境地理学.中国友谊出版公司,1991.16~17

[7]参考消息.暴雨增多与全球变暖相吻合.1995-9-26

[8]科技文摘报.本世纪年均降雨量呈上升趋势.1999-07-23

[9] 科技文摘报.地球之水天上来.1997-06-06温室效应产生的危害,温室效应对人类的影响,温室效应产生的主要原因,温室效应产生的原因,气候变暖的主要原因,臭氧层破坏的防治措施,全球变暖的主要原因,造成温室效应的原因,温室效应的原因,全球气候变暖的原因及危害,温室效应的成因,导致全球气候变暖的主要原因是