大氣溫室效應和全球變暖

1、大氣溫室效應和全球變暖_生物論文作者：佚名  來源：不詳  發(fā)布時間：2006-12-14 15:29:52  發(fā)布人：yujklj68kfg減小字體 增大字體 人類早期的活動能力、也就是破壞自然的能力很弱，最多只能引起局部地區(qū)小氣候的改變，所以幾百萬年間人與自然還能相安無事。但是工業(yè)革命以來情況發(fā)生爭劇變化。工業(yè)化意味著大量燃燒煤和石油，意味著向地球大氣排放巨量的廢氣。其中二氧化碳氣體造成大氣溫室效應，使全球變暖、極冰融化、海平面上升；二氧化硫和氮氧化物可以形成酸雨；氯氟烴氣體能破壞高空臭氧層，造成南極臭氧洞和全球臭氧層變

2、薄。此外，工業(yè)化排放的污染氣體也使人類聚居的城市成了濃度特高的大氣污染島人類在發(fā)展經(jīng)濟、提高生活質(zhì)量的同時也闖下了彌天大禍。不少災害看起來似乎是天災，而實際上卻往往是屬于人類自己造成的人禍。被破壞的地球大氣正在對人類進行可怕的報復，大自然是絕不會因為人類的無知而原諒人類的。1992年6月，世界各國元首、政府首腦云集巴西里約熱內(nèi)廬，在聯(lián)合國氣候變化框架公約上簽字。為什么氣候變化這樣一個普普通通的科學問題，會變得如此令人關注？原來，工業(yè)革命以來，由于人類大量燃燒化石燃料和毀滅森林，使全球大氣中二氧化碳（CO2）含量在百年內(nèi)增加了25。如果按目前CO2濃度的增加速度，到2100年大氣中CO2含量將增

3、加一倍。據(jù)聯(lián)合國發(fā)布的評估報告，那時全球平均氣溫會比現(xiàn)在上升1.03.5，這將引起極冰融化、海平面上升1595厘米，從而淹沒大片經(jīng)濟發(fā)達的沿海地區(qū)，還可能引起其他一系列嚴重問題。世界各國政府開始重視這種狀況及其危害后果，共同商討削減CO2排放量的問題。什么叫溫室效應全球的地面平均溫度約為15。如果沒有大氣覆蓋，根據(jù)地球獲得的太陽熱量和地球向宇宙空間放出的熱量相等的原理，可以計算出地球的地面年均溫度為18。這33的溫差就是大氣像被子一樣保護地球造成的。這就是溫室效應。宇宙中任何物體都輻射電磁波。物體溫度越高，輻射的波長越短。太陽表面溫度約6000K，它發(fā)射的電磁波的波長很短，稱為太陽短波輻射（其

4、中包括從紫到紅的可見光）。地面在接受太陽短波輻射而增溫的同時，也時時刻刻向外輻射電磁波而冷卻下來。地球發(fā)射的電磁波因溫度較低而具有較長的波長，稱為地面長波輻射。短波輻射和長波輻射在經(jīng)過地球大氣時的遭遇是不同的：大氣對太陽短波輻射來說幾乎是透明的，而它卻強烈吸收地面長波輻射。大氣在吸收地面長波輻射的同時，它自己也向外輻射波長更長的長波輻射（因為大氣的溫度比地面更低）。其中向下到達地面的部分稱為逆輻射。地面接受逆輻射后就會升溫，這也可以說是大氣對地面起到了保溫作用。這就是大氣溫室效應的原理。地球大氣的這種保溫作用，很類似于種植花卉的暖房頂上的玻璃（溫室效應也可稱為暖房效應或花房效應），因為玻璃也具

5、有透過太陽短波輻射和吸收地面長波輻射的保溫功能。溫室效應源自溫室氣體我們知道，并不是大氣中的每種氣體都會強烈吸收地面長波輻射的。地球大氣中起溫室作用的氣體稱為溫室氣體，主要有二氧化碳、甲烷、臭氧、一氧化二氮、氟里昂以及水汽等。它們幾乎吸收地面發(fā)出的所有波長的長波輻射，只有一個很窄的區(qū)段吸收很少，這個區(qū)段被稱為“盲區(qū)”。地球主要通過這個盲區(qū)把從太陽獲得的熱量中的70又以長波輻射形式返還宇宙空間，從而維持地面溫度不變。我們所說的溫室效應，主要是指由于人類活動增加了溫室氣體的數(shù)量和品種，使這盲區(qū)即能返回宇宙空間的70的熱量的數(shù)值下降，使留下的余熱增多而使地球變暖的情況。不過，CO2等溫室氣體雖然吸收

6、地面長波輻射的能力很強，但它們在大氣中的數(shù)量卻極少。如果把壓力為一個大氣壓、溫度為0的大氣狀態(tài)稱為標準狀態(tài)，那么把地球整個大氣層壓縮到這個標準狀態(tài)，它的厚度是8000米。目前大氣中CO2的含量是355ppm即百萬分之355（ppm為百萬分之一），把它換算到標準狀態(tài)，就是2.8米厚。在8000米厚的大氣中就占這2.8米厚的這一點點。甲烷含量是1.7ppm，相應是1.4厘米厚。臭氧濃度是400ppb（ppb為ppm的千分之一）換算后只有3毫米厚。一氧化二氮是310ppb，2.5毫米。氟里昂有許多種，但大氣中含量最多的氟里昂12也只有400ppt（ppt是ppb的千分之一），換算到標準狀態(tài)只有3微米

7、。由此可見大氣中溫室氣體是極少的。正因為如此，所以人為釋放的溫室氣體如不加限制，很容易引起全球迅速變暖。早在1938年，英國氣象學家卡林達在分析了19世紀末世界各地零星的CO2觀測資料后，指出當時CO2濃度已比世紀初上升了6，并指出從上世紀末到本世紀中葉全球存在變暖傾向，在世界上引起了很大反響。為此，美國斯克里普斯海洋研究所的凱林于1958年在夏威夷的冒納羅、亞山海拔3400米的地方建立起了觀測所，開始了大氣中CO2含量的精密觀測。夏威夷位于北太平洋中部，幾乎未受陸地大氣污染的影響，觀測結(jié)果有相當高的可靠性。從冒納羅亞山觀測到的1958年4月到1991年6月大氣中CO2濃度的變化曲線可以看出1

8、958年時大氣中CO2含量不過315ppm左右，而1991年已經(jīng)達到了355ppm。問題的嚴重性還在于，人類每年燃燒55億噸化石燃料（每噸約產(chǎn)生4噸CO2）中，大約只有一米進入了大氣，其余一米主要被海洋和陸地植物所吸收。一旦海洋中CO2達到飽和，大氣中CO2含量將成倍上升。從圖上還可發(fā)現(xiàn)CO2含量還有季節(jié)變化，冬夏可以相差6ppm。這主要是由于北半球廣闊大陸上植被冬枯夏榮的影響，因為植物在夏季大量吸收CO2因而使大氣中CO2濃度相對降低。根據(jù)對南極和格陵蘭大陸冰蓋中密封的氣泡中空氣的CO2濃度測定，古代大氣中CO2含量一直比較穩(wěn)定，大體是280ppm左右。只是從18世紀中葉，即工業(yè)革命前后開始

9、逐步上升。人類用了240年時間，使大氣中CO2濃度從280ppm上升到355ppm。甲烷是僅次于CO2的重要溫室氣體。它在大氣中的濃度雖比CO2少得多，但增長率卻大得多。據(jù)聯(lián)合國政府的氣候變化委員會（IPCC）1996年發(fā)表的第二次氣候變化評估報告的資料（簡稱報告），從17501990年共240年間CO2增加了30，而同期甲烷卻增加了145。甲烷也稱沼氣，是缺氧條件下有機物腐爛時產(chǎn)生的，例如水田、堆肥和畜糞等都會產(chǎn)生沼氣。一氧化二氮又稱笑氣，因為呼入一定濃度的這種氣體后會引起面部肌肉痙攣，看上去像在發(fā)笑一樣。它主要是由于使用化肥、燃燒化石燃料和由生物體所產(chǎn)生的。大氣中的臭氧含量，在平流層中雖有

10、減少，但在對流層中是增加的。氟里昂氣體是氯、氟和碳的化合物，它在自然界里本不存在，完全是人類制造出來的。由于它的溶點和沸點都比較低，不燃、不爆、無臭、無害、穩(wěn)定性極好，廣泛用來生產(chǎn)制冷劑、發(fā)泡劑和清潔劑等。地球大氣中濃度最高的氟里昂12和氟里昂11含量雖都極少，但這些年增長率卻很高，均達到年增5。根據(jù)1987年國際蒙特利爾議定書，它在大氣中的濃度將在21世紀初開始逐漸減少。應當說明，CO2以外的其他溫室氣體在大氣中的濃度雖比CO2小得多，有的要小好幾個量級，但它們的溫室效應作用卻比CO2強得多，它們對大氣溫室效應的作用，根據(jù)IPCC第二次報告，都只比CO2低一個量級。這是值得注意的。溫室效應的

11、后果如前所述，工業(yè)革命前大氣中CO2含量是280ppm，如按目前增長的速度，到2100年將增加到550ppm，即幾乎增加一倍。全世界的許多氣象學家都在努力研究，CO2含量增加一倍以后，到2100年全球的平均氣溫會增高多少？目前采用的具體辦法是，根據(jù)大氣運動規(guī)律和物理狀態(tài)變化規(guī)律，設計成數(shù)值模式進行計算。但由于人們對大氣運動變化規(guī)律的認識還不夠完善，采取的簡化設計辦法也不同，因而各個模式的計算結(jié)果常相差很大。為此80年代美國科學院組織了評估委員會，對這些模式的結(jié)果進行研究和綜合評詁，最終得出CO2倍增后全球平均氣溫將上升1.54.5。這就是對本問題最有權(quán)威的組織聯(lián)合國IPCC第一次報告中采用的數(shù)

12、字。近年來，氣候模式的模擬能力有了重大改進，這主要是考慮了大氣中氣溶膠（空氣中懸浮的微小顆粒）的作用。因為在燃燒化石燃料放出CO2的同時也釋放了巨量的硫化物等氣溶膠。這種氣溶膠顆粒會遮擋部分陽光使之無法到達地面，使地面氣溫降低，起到冷卻作用。其數(shù)值據(jù)IPCC估計可達0.5瓦平方米，即相當于CO2增溫效應（1.56瓦平方米）的13，比甲烷的增溫效應（+0.47瓦平方米）還略大。主要根據(jù)這個改進，IPCC1996年公布的第二個報告中，把2100年CO2倍增后全球平均氣溫的升溫值從1.54.5，修改為1.03.5。評估報告中還指出，由于海洋的巨大熱慣性，到2100年這個增溫值中大約只有5090得以實

13、現(xiàn)。模式計算結(jié)果還說明，全球平均增溫1.03.5并不均勻分布于世界各地。赤道和熱帶地區(qū)不升溫或幾乎不升溫，升溫主要集中在高緯度地區(qū)，數(shù)量可達68甚至更大。這一來引起另一嚴重后果，即兩極和格陵蘭的冰蓋會發(fā)生融化，引起海平面上升。北半球高緯度大陸的凍土帶也會融化或變薄，引起大范圍地區(qū)沼澤化。還有，海洋變暖后海水體積膨脹也會引起海平面升高。IPCC的第一次評詁報告中預計海平面上升20140厘米（相應升溫1.54.5），第二次評估報告中修改為1595厘米（相應升溫1.03.5），最可能值為50厘米。即比第一次評估結(jié)果降低了約25。IPCC的第二次評詁報告還指出，從19世紀末以來的百年間，由于全球平均氣

14、溫上升了0.30.6，全球海平面相應也上升了1025厘米。全球海平面的上升將直接淹沒人口密集、工農(nóng)業(yè)發(fā)達的大陸沿海低地地區(qū)，后果十分嚴重。1995年11月在柏林召開的聯(lián)合國氣候變化框架公約締約方第二次會議上，44個小島國組成了小島國聯(lián)盟，為他們的生存權(quán)而呼吁。此外，研究結(jié)果還指出，CO2增加不僅使全球變暖，還將造成全球大氣環(huán)流調(diào)整和氣候帶向極地擴展。包括我國北方在內(nèi)的中緯度地區(qū)降水將減少，加上升溫使蒸發(fā)加大，氣候?qū)②呌诟珊祷?。大氣環(huán)流的調(diào)整，除了中緯度地區(qū)干旱化之外，還可能造成世界其他地區(qū)氣候異常和一些災害，例如低緯度臺風強度將增強，臺風源地將向北擴展等。氣溫升高還會引起或加劇一些傳染病流行。以疾為例，過去5年中世界痰疾發(fā)病率已翻一兩番，現(xiàn)在全世界每年約有5億人得痰疾，其中200多萬人死亡。但是，溫室效應也并非全是壞事。最寒冷的高緯度地區(qū)增溫最大，農(nóng)業(yè)區(qū)將向極地大幅度推進。CO2增加也有利于植物光合作用而直接提高有機物質(zhì)產(chǎn)量。還有的專家指出，在我國和世界歷史上溫暖期多是降水較多