從氣候歷史看人類世變暖
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- 2020-07-04 09:15:29
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主要專家簡介：
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【簡介】
2016年，人類世作為非正式的地質年代被國際大會接受，建議的起點為公元1950年。這表明人類對地球系統的影響，已經超出了全新世自然變化的范圍。大氣中二氧化碳和懸浮微粒的增多、大量的森林砍伐正在戲劇性改變著地球景觀，海洋的酸化、升溫，過度捕撈，以及珊瑚正在迅速消亡，近幾年臺風的頻度及強度的增加。氣候狀況是理解人類世氣候系統特征的重要背景，科學家從第四紀氣候變化中獲得的氣候系統變化過程、動力、規律、理解，也是應對人類世氣候變化的科學基礎。本次沙龍從歷史氣候變化的情況和規律討論人類活動的影響。
【主持人致辭】
滕吉文：唐自華博士是我們所新生代地質與環境重點研究室年輕的副研究員，對新生代主要暖期及其對“人為變暖”做過深入研究，通過大量資料的深入和反復的思考，對當今全球變暖提出了自己的觀點。下面，請唐博士給我們做報告。
【主旨報告】
唐自華：從氣候歷史看人類世變暖
我今天想從歷史的角度、從古氣候的角度，討論如何看待全球變暖這個事情。
先看幾張片子，在非洲埃塞俄比亞首都郊區的一片麥田，幾乎看不到原始的景觀，而是村落和田野。我們的華北平原也是如此。另一張是我國云南元江縣的梯田，從下面的江邊到最高處有1000多米的海拔，有三千多級梯田。這是一張沙特阿拉伯沙漠中的麥田，是從1000多米深的地下抽水灌溉。沒有水的地方，就仍是沙漠。還有一張是西班牙沿海的養殖網箱，我們中國沿海地區也有這種網箱，而且很密。
可以看出，人類不僅改變了山地、也改造了沙漠、平原，甚至海洋。
這是法國巴黎凱旋門及其周邊十二條大街的照片，這里都是房屋，看不到原始的自然景觀。在印度德里的貧民窟，矮小的房屋密密麻麻，已經沒有原始的自然景觀。在肯尼亞的世界上最大的難民營，其面積與我國北京的故宮一樣大，卻居住著四十幾萬人，這些流落街頭、無家可歸的人同樣對環境有著嚴重影響。美國的戴維斯空軍基地淘汰的、廢棄的飛機的亂放亂停，韓國的垃圾填埋場等，都對環境造成影響。
如今，人類對環境的影響已經超過自然過程可能帶來的變化。
圖1.中國元陽縣的水稻梯田，梯田的坡度從15°-75°不等，臺階多達3000級
圖2.法國巴黎，12條大道從凱旋門廣場輻射延伸出去
圖3.美國戴維斯-蒙森空軍基地的飛機墓地
在2000年的一個國際會議上，1995年諾貝爾化學獎得主保羅-克魯岑提出，當今人類活動對自然環境的影響已經超過了自然狀態的變化，應該定義一個新的地質時代，叫人類世。我國科學家劉東生院士參加了此會，回國后就極力推薦這個詞。
我們單位是地質與地球物理研究所，大部分研究人員是研究地質的，其實90%的地質學都是地層學，通過地層學來研究和重建地球的歷史。
1958年，美國的夏威夷建了一個大氣二氧化碳觀測站，從此，世界上有了觀測二氧化碳的連續記錄。1960年發表的觀測記錄發現，二氧化碳濃度在一年里是有變化的。在北半球夏季濃度低，大約是308ppm，而到了冬季，濃度是318ppm。科學家們還指出，二氧化碳濃度年際呈現微弱增加的趨勢。在上世紀60年代，大氣成分中二氧化碳的含量大約是0.03%，而到現在，大氣中二氧化碳的含量達到了0.04%。科學家在南北極的冰層中取樣，當時含有空氣汽包的雪被冷凍成冰，并被沉積成冰層。現在化驗這些冰層中的氣泡，發現，在反映1750年左右的冰層中的氣泡中的二氧化碳濃度是285ppm，這個時代大約是工業革命前后。可以發現二氧化碳濃度在持續增加。在南極3000多米的冰芯可以代表80萬年的情況。測量南極冰芯中的氣泡，在80萬年前，二氧化碳濃度在最高時，低于300ppm，而在最低時，大約在175-180ppm。
在2017年發表的科學文章中，提到現在的二氧化碳濃度已達400ppm。文章還提到，如果人類按現在的生活方式，每年增加2ppm。在本世紀末二氧化碳濃度就有可能達到1000ppm。如果按照幾萬年前的發展水平，需要5000萬年才能達到1000ppm。二氧化碳濃度在1000ppm時是個什么概念，那就像許多人站著擠在一個不通氣的小屋子里兩個小時以上的感覺。
人類從什么時候開始對環境有顯著影響呢？最近有一篇文章，通過樹輪研究干旱的變化。可以發現從20世紀初開始有三個階段的變化，分別是1900-1950年的干旱加劇、1950-1975年的干旱緩解、1975年以后的再次干旱。作者對干旱與人類影響做了歸因分析，認為人類對地球系統的影響至少從20 世紀初就開始了。2018年同濟大學在我國南海的鉆孔中分析了幾十萬年間的孢粉記錄。發現在6000年前后的鉆孔中出現大量的碳屑，原來的闊葉植被減少了，增加了禾本科植物的孢粉。說明華南人類的活動影響了區域植被生長的變化。佛吉尼亞大學的古氣候學家William Ruddiman教授寫了一本Plows, Plagues & Petroleum，書中提到在8000年前后，二氧化碳和甲烷升高就已經出現并影響古氣候。
圖4.全球變暖的不利結果
國際地層委員會的人類世工作組工作了10年，總結了一些現象，如城市化和農業的侵蝕、沉積速率成量級地增加，顯著而突然的對碳、氮、磷循環的人為擾動，產生一些新的化合物，使得生物圈出現快速變化、棲息地的損失帶來植物多樣性的降低、馴化生物種群大規模增加，人類的遷徙活動等等。
人類世工作組寫了一篇文章，認為人類世與全新世在功能和地層上顯著不同。建議人類世從1950年開始。其標志是最明顯的引起全球同時變化，又能同時觀測到的，能夠得到公認的，這個界限就是核爆炸的出現。
看一下1881-2018年間全球溫度的變化。從1997年至今的22年間出現了20個最溫暖的年份，而過去四年是最溫暖的四年。在北半球的高緯度地區經歷了明顯升溫，平均升溫1-2度。
2019年1月7日，美國科學院院刊PNAS的一篇文章說，自1881年以來，海洋變暖的速率相當于每秒向海洋里投擲一顆廣島原子彈，而現在海洋變暖的速率相當于每秒投擲三顆原子彈。
全球變暖，海洋中，深度在2000米以內的海水升溫，將導致在陸坡上存在的可燃冰（固態甲烷水合物）釋放，空氣中的甲烷會迅速氧化成二氧化碳，使二氧化碳濃度急劇增加。
在地質歷史上，曾發生過全球變暖事件。最顯著的一次增溫發生在5600萬年前，上層海水升溫，導致陸坡上存在的可燃冰全部釋放，在空氣中急速氧化，產生二氧化碳。使二氧化碳濃度急劇增加。這一事件導致全球平均升溫5度，北極變成了一個湖，大量的淡水流入北冰洋，海平面上升，海水酸化。海洋洋流的格局也發生徹頭徹尾的變化。
科學家在南極周圍海區地下4000多米的鉆井取樣，發現深海沉積的碳酸鈣已全部被溶解，沉積物變成了紅色的，說明當時的海洋存在顯著酸化。
圖5.可燃冰釋放
圖6雅魯藏布江的冰崩碎屑物堵江
全球氣候變暖可能會帶來一系列變化，甚至會帶來一系列連鎖反應。
在2019年2月對南極海冰面積進行比較，發現比1981-2010年間的海冰面積變小了。北極也如此。在我國西藏的雅魯藏布江色東普溝再次發生冰崩碎屑物堵江。科學家們在冰凍圈評估報告里提出，目前 “冰凍圈告急”，而研究大氣的科學家認為是“病入膏肓”。
看看北京。我們研究所的周圍，在1984年周圍還是菜地和空地。而從2019年2月份的衛星照片看，我們單位周圍是密密的高樓。北京機場在1984年是二條跑道，而現在，其面積增加了20多倍。北京城的建城區的面積，從鴉片戰爭到新中國成立的二百年間，北京城的面積變化不大。過去40年中北京城的面積急速擴張。
棲息地的損失，將給全球的生態系統帶來的后果是生物多樣性的降低，使大量的物種滅絕。單純用古氣候或者古生態討論問題已經不夠了。大約在十年前，科學家們把全球的表生系統分成若干個臨界要素。有的增溫5度就會被觸發，而冰蓋遇到升溫1度就被觸發。
如何應對全球氣候變暖，中國做出了大量工作，退耕還林、還草等大量的綠化工作。上個月NASA發表的報告里，在過去的十幾年間，全球變綠的地方大幅度增加。印度的綠色革命，西班牙的太陽能發電站，丹麥的風力發電站，中國在新疆、內蒙古等地的太陽能和風力發電站，利用清潔能源，對改變氣候會產生積極影響。人類對全球變暖正采取一系列抑制措施。
圖7.全球變綠的地方的增加
【討論與交流】
滕吉文：唐博士給我們做了一個很好的報告，大家有什么問題，都可以提出來。
張維：唐博士的報告很精彩，內容很豐富，數據很多，使我開闊了眼界，我支持唐博士的觀點。我是原地質所搞地層研究的人，在2000年，與地球所整合后，地層室撤銷了。地層學在地質學研究中很重要，對于撤銷地層學還是很遺憾的。如果地層學存在，會對研究創新世、人類世及人類與環境的關系等發揮更大的作用。
人類的歷史，也就是300萬年，與地球的歷史比較，還是很短暫的。對于一個地質事件的解釋，由于我們占有的資料有限，往往有多個解釋，就如同盲人摸象，得出的結論較主觀，很難接近真實性。我們搞地質的人，必須掌握大量資料，才能有說服力。這也是我們搞地質和搞地球物理研究的今后的努力方向。
許榮華：我有二個問題。一個是人類世中提到的二氧化碳變化過程，為什么不從工業革命開始，它應該比1950年更合適。再一個問題，你提到核爆炸的影響。從工業革命以來，人類歷史有幾次大的事件發生，比如發生過三次世界大戰，消耗了大量能源、產生了大量的二氧化碳，也死了很多人。這些事件為什么沒有在你的數據中有反映。
唐自華：為什么不選在工業革命，因為工業革命開始的年代不統一，英國、法國、甚至中國的工業革命，不是同一年代發生的，不易被各國公認。而原子彈爆炸，會對大氣傳播、二氧化碳擴散、對生物，對地震動，會馬上被各國觀測到。會被各國很容易接受，得到公認。關于第二個問題，就是地球上發生的事件在地層中有無記錄，有些記錄不一定引起注意和公認。如在我國山西省的中條山的地層的沉積物中，發現人類在4000年前的活動遺跡。能否把人類活動放在4000年前，就沒有得到公認。
王柏懿：現在接受人類世觀點的地質界的比例是多少。
唐自華：接受這一觀點的人占多數，是主流。
王庚辰：今天唐博士的報告，資料多、信息量大，我要好好的去琢磨和學習。幾點感受，關于全球氣候變暖，研究大氣的人強調環境變化，而研究地質的人員更多的是強調地質年代和自然變化。丁仲禮院士是一位很優秀的地質科學家，他的觀點和見解，我們搞大氣的人還沒有機會和他溝通。
我們搞大氣的人說全球變暖，是指近一百年來的變化，一百年之前的不討論。所以搞氣象的人認為全球氣候變暖是強調了人類活動導致和影響的。今天，唐博士作為搞地質的人，在分析引起變暖的諸多因素中，也強調了人類活動，這是我們搞大氣的人感到很震驚的。我們贊成地質學家的觀點。另外，我們現在強調的全球變暖也好、溫度增加也好，二氧化碳引起的溫室效應、輻射效應等，都具有很大的不確定性。我們國家要發展，我們要努力做到減少碳排放，要做到綠色出行。
國連杰：對于全球變暖的驅動力可分為自然的、地球本身的和人為的。關于二氧化碳的排放量，如何區分出來，如大規模發展農業和發展工業，排放量是不一樣的，能否區分出來。現在提到的是平均值，這缺乏科學依據。全球變暖是一個系統科學問題，它涉及政治、軍事、外交、民族生存等問題，國家應成立一個部門，專門研究這個問題，而不能像現在似地，地質、氣象、農業、工業等各有自己的觀點，總在爭議，不能系統地研究。我們國家研究第四紀是強項，可是你今天讓大家看到的數據和圖表，幾乎都是外國人做的，我有些疑問。根據重力吸引原則，排放的二氧化碳有一部分沉降在地球上，而有些應該外泄，飄落到地球以外的空間，能保存到地球上的二氧化碳可能有多少。
唐自華：關于全球變暖的驅動力的細分，我這里有各種數據，今天我沒有介紹。關于全球變暖的原因，要想說清楚非常難。我是整理了各國科學家的思路，做的今天的報告。研究氣象的和研究地質的科學家，對全球變暖的觀點是有分歧的。氣象記錄已有100多年的歷史，而地質從冰芯中研究，其記錄也就在70-80萬年，氣象和地質的數據如何對接，是很困難的事。我們國家的科學家的一些觀點和數據，繪出一條曲線，能在國際上得到認可和引用，正在逐步增加，尤其是現在。
王庚辰：研究大氣的科學家也發現觀測的數據有對接問題，大氣觀測過去是人工觀測取樣，現在是自動觀測記錄，原來的觀測站在城里，后來搬到了西郊，再后又搬到了南郊。這里面就有數字的對接問題。
孫克忠：國際上對全球變暖很重視，這里把巴黎氣候變化大會上的有關信息介紹如下。
《巴黎協定》是2015年12月12日在巴黎氣候變化大會上通過、2016年4月22日在紐約簽署的氣候變化協定，該協定為2020年后全球應對氣候變化行動作出安排。《巴黎協定》主要目標是將本世紀全球平均氣溫上升幅度控制在2攝氏度以內，并將全球氣溫上升控制在前工業化時期水平之上1.5攝氏度以內。
在各國的努力下，全球氣候變暖問題，應該有一個好的期待。
孫建國：這次沙龍的題目是當前的熱門話題，也是大家非常關心的話題。今天的報告從古氣候發展的自然規律，從歷史上、從根源上挖掘氣候變暖的原因，很有意義。
應該讓更多的人了解，來提高全民素質。我們有能力，也有平臺做好這類科普工作。
滕吉文：今天，唐博士給我們做了一個非常好的報告。氣候變暖的過程和趨勢，對我們人類生存、生活很重要，也很關心。而氣候變暖是一個復雜的巨型的系統工程，它涉及到地質、氣象、生物、天文和物理等。當前人類認識地球的數據也就是5%左右，更多的數據還需我們不斷的努力，不斷的去探索。當今國際上發表的文章中引用的數據，是采用的全球測量的平均值，他們的觀點具有局部性，對這個地方合適，而換一個地方可能就不合適。
【結論和建議】
在 2016年，人類世作為非正式的地質年代被國際大會接受，建議的起點為公元1950年。這表明大氣中二氧化碳和懸浮微粒的增多、海洋的酸化、升溫等，人類影響已經超過地球系統的自然變化，無論是幅度還是速度。人類影響可能誘發連鎖反應，后果嚴峻。當前氣候系統和生物系統服務壓力巨大，人類必須積極作為，才有可能扭轉趨勢。
氣候變暖是一個復雜的巨型的系統工程，它涉及到地質、氣象、生物、天文和物理等，有必要把不同學科的科學家聚在一起，共同探討這個問題。
