二氧化碳为什么对全球气候影响如此巨大？

关于气候

气候与天气不同，天气预报可以精确到分钟级别，而气候的研究是以年为单位的。按照世界气象组织的规定，每30年就是一个标准的气候计量时间段。简单来说，气候学研究的是全球范围内多年来的平均天气状况。

气温、降水等气候要素及各种均值、极值等统计量是表述气候的基本依据。比如二十四节气表，就是中国古人依据长期的经验对气候做出的总结。影响地球气候的因素很多，包括：太阳活动、地表植被、大气环流、洋流、海陆分布、地势地形、地球的运动等，如今还要加上一个人类活动。因为随着人类的全球扩张以及工业化进程，人类已经拥有了能够影响地球气候的能力。

上图为不同地理区域对应的气候带

太阳活动是影响气候的关键因素，比如在某一个时期节点，太阳的活动比较活跃，地球上的气候就会产生较大波动。

不过从短时间内来看，比如100年，人类对地球局部气候的影响已经超过了上面的其它因素。在当代，人类文明的能力已经能够影响到地球表面植被的分布情况，能够使曾经的绿洲变成荒漠。在大规模人口聚居的城市，由于人类活动所产生的热量堆积起来，使市区的温度比郊区高上好几度，这被称之为热岛效应。

热岛效应示意图

人类活动除了会在局部地区产生热岛效应，还会使地球平均气温上升，而导致地球平均气温上升的主要原因就是大量的温室气体排放。全球变暖是人为因素导致的，这并不是骗局或者谎言，这是多国科学家经过长时间的研究得出的结论。从上世纪末，联合国等国际组织都为全球变暖表达了忧虑，并采取了具体行动，比如达成了《京都议定书》等协议。

什么是温室气体？

温室气体具有保温的作用。温室气体对太阳光中的可见光（波长较短）具有高度的穿透性，而对地面反射的红外光（波长较长）具有高度的吸收性。它们能大量吸收太阳光中的红外线辐射，并将之释放到大气中，还能拦截地球表面反射回太空中的辐射。

当太阳光照射到地球表面时，会使地表升温，地球表面同样会将大量的太阳光再次辐射回外太空，而大气中的温室气体能够截留地球表面的辐射，阻止了地球散热，使地球表面变得更暖，就像给地球盖了一层棉被。这种温室气体使地球表面温度上升的效应，就被称之为温室效应。世界上最早论述相关问题的是法国科学家及数学家傅里叶。

目前地球大气中主要的温室气体有水汽（H2O）、二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）等。不同温室气体吸收红外线的能力与其分子结构有关。

《联合国气候变化框架公约的京都议定书》中规定要控制6种温室气体，它们是二氧化碳、甲烷、氧化亚氮（N2O）、氢氟碳化合物（HFCs） 、全氟碳化合物（PFCs）、六氟化硫（SF6）。其中，后三类气体产生温室效应的能力最强，但由于二氧化碳在空气中的含量较多，对地球升温的贡献占了近一半。

二氧化碳是主要的温室气体

地球大气是混合物，主要由78%的氮气、21%的氧气、0.94%的稀有气体、0.03%~0.04%的二氧化碳构成，余下0.03%则是水蒸气、臭氧、甲烷和其它大气悬浮微粒。可以发现，地球大气中二氧化碳含量其实很少，连0.1%都不到。不过就是这小小的二氧化碳增幅，就足以使全球平均气温上升。

古气候学家综合多方面的测量数据，发现在工业革命以前大气中的二氧化碳含量大约为0.0275%。据科学家统计，在上世纪50年代，那时地球大气中的二氧化碳含量达到了0.0315%，而到了70年代就增加至0.0325%，并且二氧化碳浓度的增长速率还在加快。

大气中二氧化碳浓度增加的主要原因有两方面。一是工业革命以来化石燃料的广泛使用。19世纪中叶以来，随着化石燃料的广泛使用，二氧化碳的排放量逐年升高，平均每年的增长率估计在4%左右。过去一个世纪的二氧化碳排放量超过了人类上千年的二氧化碳排放总量，不仅是全球人口的暴涨，还在于个人的碳排放量需求增加了数倍。

二是人类对植被的破坏速度大大增加。地球表面的绿色植物就是一个巨大的造氧工厂，还具有固定碳的作用。据估计，每平方米的森林可以转化1~2公斤的二氧化碳。由于人类的居住以及农业、工业生产需要，大量的森林被砍伐。上世纪70年代每年约有24亿立方米的木材被采伐，其中有一半都被烧掉了，使空气中的二氧化碳含量增加了很多。植物的减少将使大气中的二氧化碳得不到及时转化。

研究表明，自工业革命以来，地球表面的平均温度就一直在上升，特别是最近半个世纪，地球表面平均温度的增幅与大气中二氧化碳浓度的增幅几乎同步。

上图为地球表面温度和二氧化碳浓度的趋势变化

温室效应的危害

由此可见，如果不采取行动，人类的二氧化碳排放量迟早会打破自然界中的碳循环平衡。

如果按照现有二氧化碳浓度的增长水平，到了2050年，大气中高浓度的二氧化碳会使地球表面平均气温上升好几度。可能有的人觉得没什么，平均气温不就上升几度吗？没什么大惊小怪的。要知道，平均气温上升会导致某一时刻的极端气温出现大幅度波动。比如，全球平均气温虽然上升了1℃，夏天就要比过去热好几度。

上图为最近100多年的全球平均气温变化示意图

气温的急剧变化，会使全球各地出现极端气候的频率增加。除了全球降水量将会重新分配，全球变暖会使高山及两极地区的冰盖融化，海平面上升，许多海拨较低的地方会变成泽国，世界地图会因此而改变。此外，高浓度的二氧化碳还有可能使海水中的二氧化碳含量上升，让海水酸度增加，危害海洋生物的生存，不过考虑到冰川融化，具体情况还有待考量。另外，全球温度急剧上升，绝对会加速地球上的物种灭绝速度。全球变暖带来的危害还不止这些，就不细说了。

如图所示，由于全球变暖，北极圈的冰盖开始融化，北极熊失去了赖以生存的家园，以后我们也许就只能在动物园看到北极熊了。

从上世纪70年代开始，美国科学家就利用卫星研究北冰洋的海冰覆盖情况，那时北冰洋的海冰覆盖率在50%以上，而到了2007年海冰覆盖率最低时只有29%，2012年最低值达到了24%。可能过不了多久，当北半球到了夏季，北冰洋上就完全没有冰了。

上图为北极圈卫星照片

金星就是最好的例子

如果人类现在尽快采取行动，扼制大气中二氧化碳含量的增长趋势，上面描述的场景可能就不会出现。不过我们可以从别的星球上感受一下温室效应的可怕。

金星是位于水星和地球之间的一颗行星，表面平均温度高达475℃。更靠近太阳的水星，其表面温度在白天最高也才427摄氏度。为何离太阳远的行星表面温度反而比离太阳近的行星的表面温度更高呢？关于金星表面高温的成因，美国科学家卡尔·萨根最先给出了解释，他认为这是金星大气产生的温室效应造成的。

上图为金星表面火山喷发模拟图，图片来源于欧洲宇航局。

通过金星探测器传回的数据，我们发现金星上的大气主要由二氧化碳构成，还含有少量的氮气。金星与地球的大小差不多，但金星表面的大气比地球浓密，表面大气压大约是地球表面大气压的92倍。正是因为大量二氧化碳的存在，才使得金星表面的温室效应异常恐怖，如果没有二氧化碳，金星表面的平均温度将下降300多度。

地球大气中的二氧化碳含量若继续升高，地球表面的平均温度必然会持续攀升，虽然达不到金星那样的恐怖程度，但对人类以及地球上面的生命将会是个严重的威胁。

结语

综上所述，地球大气中二氧化碳含量虽然不到0.1%，但因为二氧化碳是重要的温室气体，所以才会对地球气候产生巨大的影响。二氧化碳浓度的上升是全球升温的主要助力，这已经成为了科学界的共识。

正因为如此，世界各国才大力倡导低碳生活、减少碳排放。在经济发展与减少碳排放这个两难问题面前，终究还是要依靠技术变革来打破僵局，新能源无疑是发展的重点。

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