“全球变暖”是一个很容易理解的词,也是一个带有一丝价值判断味道的词,但几年前国际气候学界坚持把它改为“全球气候变化”这个听上去很中立的词,虽然貌似更准确了,但也失去了些许力量。气候不是一直在变吗?干嘛要去关心?
今年发生的一系列事件让公众记住了一个新词-“极端气候”。无论是北方的冷冬,西南的大旱还是南方的大雨,都创下了若干历史记录,给老百姓的生活带来了很多不便。那么,这些极端气候事件和全球变暖到底有关系吗?
要想知道答案,必须先来分析一下这些极端气象事件背后的真正原因。不久前,中国气象局国家气候中心气候应用与服务室主任张培群博士接受了我的采访,详细解释了上述这3个极端气象事件的发生机理。
先说北方冷冬。今年冷冬的主要原因是北极上空的气压场偏高,冷空气易于向南方扩散。根据测量,今年北极地区上空的气压场非常高,是有记录以来最高的。于是,原来盘踞在北极的冷空气被挤了出去,从欧亚、北美和中国东部这3个地方向南扩散,造成了北半球很多地方发生了冷冬。
西南大旱的成因稍微复杂些,主要因素在于去年西南地区的雨季结束得太早,这一现象很可能和青藏高原上空的气压太强有关。从去年9月开始,青藏高原上一直存在一个高气压团,这个高气压团的分布范围一直很大,强度很高,直到现在还是如此。这个高气压团将印度洋槽区挤到南边,而这个槽区正是西南地区非常重要的水汽输送通道,于是来自印度洋的水汽进不来,形不成降雨。同样,强大的高气压团还使得来自北方的冷空气无法顺利南下,一来形不成降水,二来使西南地区气温升高,加速旱情。
至于说南方大雨,则与概率有点关系。一般来说,大气温度越高,水分蒸发速度就越快,大气中水汽的含量也会越高,降水自然也就越多,这个因果关系是很好理解的。问题在于,增加的降水分布不均,这才是最要命的。根据IPCC于2007年发布的第4次评估报告,全球变暖产生的最显著影响就是使得地球上的水循环速度加快,蒸腾作用加强,这已是不争的事实。但是空气中的水汽转变成降水则是有条件的,需要让含水的热空气变冷。因为全球变暖的关系,这个条件在很多地方变得越来越不容易满足,于是空气中的水分就变得比以前多,甚至达到过饱和状态还是不下雨。这样的空气一旦遇到好的降水条件,比如有利的地形地势,象高山,或者正好位于冷空气的迁移路径上,就很容易变成暴雨。
由此可见,这3个极端气象事件都是由于某个特定地区的大气温度过高造成的!
至于说局部地区温度偏高是否和全球变暖直接有关,目前还说不好,但可以肯定的是,中国的极端气象事件在最近几年确实有增加的趋势,尤其是高温纪录屡屡被打破。事实上,中国自上世纪80年代以来平均气温一直偏高,高温事件发生的频率、强度和影响范围都有增加的趋势。所谓“全球变暖”在中国主要以冬季变暖为主,但每隔3~4年总要冷一次,今年就是这种情况。不过,冷事件的频率比热事件少多了,只是变冷的强度不见得小,比如今年中国北方的降温幅度就很大,可以算是一个极端气象事件。
总结起来就是一句话:从“全球变暖”到“极端气候”,这个过程很可能已经并正在发生着。再问一句:我们准备好了吗?
每日一歌-《仲夏夜之梦》(少儿不宜):
这是在台东都兰的路边一所小房子里录的,主唱阿伟和伴唱的几个伙伴都是在都兰的艺术家园区里当学徒一帮台湾80后年轻人。
(阿伟)
腾讯网和英国使馆文化教育处合办了一个“气候变化名记谈”博客,请了几个在这方面做过一些工作的记者写博客谈气候变化,很不错,希望大家有空看看。下面是我贡献的一篇:
和温度赛跑
今年是联合国生物多样性年。研究证明,全球气候变化已经在影响生物多样性了,我们不必等到下个世纪就会看到其影响。
你还记得小时候的冬天是怎么过的吗?20年前是否真的比现在更冷?今天的动植物和20年前相比到底有什么不同?这种不同和气候变化有关系吗?
类似的问题很多人都琢磨过,但答案很可能千差万别,因为大多数人对于20年前的记忆都是模糊的,全球气候的变化速度又是那么慢,人类对于逐渐发生的变化完全不敏感。另外,人们身边发生的许多生态变化,比如可察觉的物种迁徙或者树木发芽时间的变更等等,大都可以归因于人类活动的影响或者局部气象异常,和全球气候变化无关。所以,研究气候变化对生态系统的影响,必须在大的时间和空间尺度下进行,这就需要有长期而准确的观测数据做后盾。
众所周知,以数学为基础的近代科学历史很短,职业科学家有组织地对自然界进行系统观测只有100多年的时间。但是,历史上还是能找出很多业余科学家和博物学爱好者做过相对可靠的观测记录,比如有个英国家族自1736年开始每年都记下池塘里听到的第一声蛙鸣的日期,这个习惯一直保留到了1947年为止!
问题是,这些记录大都以日记、地方志或者旧杂志的形式散落在民间,收集起来十分困难。两位美国科学家卡米尔·帕米森(Camille Parmesan)和盖里·佑赫(Gary Yohe)以惊人的毅力收集了大量这类民间记录,范围涵盖1598个物种。两人对这个庞大的数据库进行了“元分析”(Meta-analysis),这是一种对来自不同研究的结果进行汇总分析的统计工具,是数学界公认的进行这类研究的最佳分析方法。结果显示,其中有59%的物种都表现出对全球气候变化有着某种程度的改变和适应。
两人把分析结果写成论文发表在2003年出版的《自然》(Nature)杂志上,这篇文章第一次系统地证明,全球气候变化已经对全球生态系统产生了影响。两人甚至计算了这种影响的程度:物种的栖息地每10年向极地方向移动6.1公里,向高山上移动6.1米(海拔),每年开春后物种复苏的时间每10年提前2.3天。
这样的速度看起来很缓慢,但如果移动的路径被挡住,麻烦就来了。墨西哥北部有一种斑蝶(Checkspot Butterfly),近年来其栖息地一直在向北移动。但当它们迁移到美墨边境时却继续不下去了,因为那边是美国第七大城市圣地亚哥,繁华的城市挡住了它们迁移的路径。研究人员估计,如果人类不帮忙的话,这种蝴蝶活不过本世纪就将灭绝。
如果所有物种都一起改变,问题也许还没那么严重。但是不同物种应对温度变化的能力有所不同,麻烦就来了。北半球有一种蛾子(学名Operopthera brumata),其幼虫只能吃新生橡树叶,因为只有新生的叶子才足够软,大了就硬了,蛾子嚼不动。于是,经过多年的进化,这种蛾子每年春天孵化,正好赶上橡树发芽。实验证明,蛾子是依靠温度感知春天来临的,而橡树则是根据上一个冬天寒冷日子的天数来决定发芽的时间。全球变暖让北半球的春天来得越来越早,蛾子幼虫感受到了温度变化,从卵中钻了出来,可橡树只计算了上一个冬天最冷的那几天的天数,全球气候变化暂时还未影响到这个数字,于是它们仍然按兵不动。刚刚孵化出来的蛾子幼虫没有树叶吃,坚持不了两天就得饿死。蛾子种群数量的下降已经开始影响到鸟类的生存了,因为很多种鸟类靠吃蛾子幼虫为生。
爬行类动物面临的问题更严重,因为很多爬行动物的性别比是由温度决定的。有一种美国鳄鱼,如果孵化温度在32°C以上,孵出来的幼仔就都是雄性的,如果低于31°C,则全部变为雌性。还有一种热带彩龟(学名Chrysemys picta)也是如此,其幼仔的性别比例也是由孵化时的环境温度所决定的。研究表明,这种彩龟的性别比已经受到了全球气候变化的影响,生物学家预计,如果冬季气温再上升一点点的话,新生彩龟将全部是雌性的。
也许有人会说,进化的力量一定会让班蝶慢慢适应高温,让蛾子慢慢改变孵化时间,或者让爬行动物调整性别决定的阈值,这个说法没错,但进化不是一天两天就能发生的,需要漫长的过程。人类活动造成的全球气候变化本身不是什么了不起的事情,问题是它发生的速度太快了,许多物种还没等适应就会被消灭。
最近半年多来,中国的气候一直不正常,先是北方奇冷,接着西南大旱,昨天南方再降暴雨,广州几乎全城被淹。很多人会问:这和全球气候变化有关系吗?你还别说,真有点关系,容我慢慢道来。
先来普及一个常识。如果说温室气体增加导致的气候变化只是温度升高1-2°C的话,相信很多人都会不以为然,甚至会觉得高兴。但是你别忘了,这里所说的气温升高指的是平均温度,如果一年365天每天都比现在高1°C的话,你恐怕就吃不消了吧?
如果你还是觉得无所谓,那么我告诉你:气候变化最直接的后果就是降雨量的巨变。想想西南大旱和广州大涝你就会明白,这可真不是闹着玩的。
通常来说,地球表面温度每上升1°C,降雨量就会增加1%,这个道理很容易懂,温度升高,水分蒸发增加,于是降雨就增加了。你也许会说,我喜欢雨!但问题在于,这1%只是平均数,具体到某个地区,降水幅度的增加往往要远大于1%,你不希望老是淋雨吧?
更糟糕的是,温度升高导致的结果往往是降水分布异常,也就是说,平时一直旱的地方突然连降暴雨,平时雨水充沛的地方却一连几个月不下雨,而这才是最要命的。
那么,全球变暖怎么会导致降水分布异常呢?这就不得不请出两个西班牙语词了,一个叫做El Niño,一个叫做La Niña。前者是小男孩的意思,后者是小女孩的意思。但在气候领域,这两个词指的是太平洋海水温度异常引发的一种极端天气现象。简单来说,当赤道东太平洋海水温度持续地比正常值高0.5°C,就是小男孩。反之,就是小女孩。这俩孩子一贯调皮捣蛋,尤其是小男孩,每次出来活动都会造成极端天气事件频发,比如南美沙漠地区连遭暴雨,或者东南亚持续干旱。近年来最厉害的一次小男孩事件发生在1997-1998年,那一年几乎整个南亚都在忙着扑山火,大火对该地区生态环境造成的影响直到现在都还没缓过来。
幸好小男孩和小女孩不怎么常来,通常情况下平均每5年来一次,而且小男孩来过一次后,下一次通常就轮到小女孩。根据美国大气和海洋管理局(NOAA)的统计数字显示,1976年以前小女孩来的次数多,1976年之后小男孩开始唱了主角。2009-2010年正赶上小男孩出台,于是北半球遭遇严冬,中国西南地区遭遇干旱,南方遭遇暴雨……
至于说将来会怎样,不同的科学家有不同的答案。但主流科学界的研究显示,随着地球温度的逐渐上升,地球的性别比例将严重失调,小男孩甚至有可能常驻地球。以后气象预报就不会说“小男孩又来啦”,而是改说“今年小男孩居然没来”。怎么样,你喜欢男孩啊还是喜欢男孩啊?
今年春节的时候我在家宅了10多天,准备给《读库》写一篇《气候变化中的科学》,我博客上的那个系列可以算是提纲。结果我写着写着就放下了,因为我发现这里面的水太深了,而我泳技不佳,如果贸然下水肯定死得很惨。
前两天《Nature》杂志登了篇文章,进一步证明了这一点。我在博客里曾经写过一个“年轻太阳悖论”,说的是太古时代太阳辐射强度比现在低30%,而地球居然没有结冰,很奇怪。最早试图解答这个悖论的是《魔鬼出没的世界》的作者卡尔·萨根,他认为这是温室气体造成的。但是《Nature》那篇文章作者Rosing测量了当时地球大气温室气体(主要是二氧化碳)的浓度,发现只有900PPM,也就是只有现在的3倍,不足以让地球保温。于是他提出了新观点,认为当时的大陆面积小,生物活动水平低,大气中缺乏足够的“云核心”,云量不足。于是,当时的地球反射太阳光的能力比现在低很多,大量的太阳辐射都被海洋吸收了,所以才没有结冰。
这个例子告诉我们,科学理论正是在不断修正的过程中进步的。气候变化领域最近拿到了大量的研究经费,所以这个领域非常活跃,新理论新观点层出不穷,我作为一个门外汉,实在是有点应接不暇。
但是,这并不等于媒体就可以瞎报。前段时间,央视面对面栏目做过一期关于气候变化的节目(文字稿在这里),我就认为很有问题。这期节目采访了两个专家,一个是北大的钱维宏教授,一个是中科院的丁仲礼教授。两人都是气候专家,在学术上我不是他们的对手,所以我只想从科学规律的角度对这两位的发言做一点探讨。
先说钱维宏。钱教授提出了一个很高科技的观点,明显和IPCC唱反调。但钱教授的这个观点并没有被任何一本经过“同行评议”的科学杂志所接受,这就不得不让我怀疑这是他的一家之言,而且很可能是有问题的。所谓“同行评议”,是科学界施行了很多年的一个行规,它并不要求所有参加评议的专家都同意你的观点,它的主要目的是让第三方监督你的分析方法是否正确、实验设计是否存在漏洞,以及逻辑推理过程是否存在偏差,等等。也就是说,这个过程就像是一次审稿。未经同行评议的观点可以报道,但是必须注明这一点,让读者明白你报道的是一个未经审查的新观点,很可能有错误。
未经同行评议的观点是否有可能是正确的?答案当然是肯定的,只是可能性很低而已。科学界确实存在拉帮结派的现象,但像气候变化这样参与人数众多的领域,要想被所有专家所歧视,其可能性并不高。另外,越是有名的杂志(比如《Nature》和《Science》),就越不会拉帮结派。作为一个记者,尤其是缺乏专业背景的记者,最可靠的办法就是遵循这个同行评议原则,只去报道有名的主流科学杂志上的新发现,而不要轻易相信一家之言,否则犯错误的可能性要远比正确的可能性大。
钱教授不会不知道自己的观点是一家之言,那他为什么还要到处演讲呢?我能想到的唯一理由就是他自认为是个精英,而且不是一般的精英。一般的精英歧视的只是大众的智商,但不一般的精英歧视的是同行的智商,这得精英到多大的份上才行啊?!
其实这种精英气质在某些记者身上也有所体现,这样的记者总是认为自己能够通过学习,掌握足够的知识来和专家对话。恕我直言,这在科学领域几乎是不可能的。我以前说过很多次,如今的自然科学,已经发展到一般人根本无法理解的程度了。一个没有经过科学训练的记者不可能在很短的时间里自学成才。记者所能做的,就是遵循科学研究的普世规律,站在老百姓的立场上请专家解释问题。记者所要鉴别的,就是这位专家是否尊重科学界的普世价值。这样做当然也有可能犯错,但可能性就低多了。至于说到具体的科学问题,记者是很难问到核心点的,肯定会被专家牵着鼻子走。
地震预报是另一个例子。新一期《新知客》上有篇文章,采访了地震局一位年近八旬的老专家强祖基。他自称发明了一种方法,能够把地震预报的准确性提高到90%到100%。但凡你有点“爱心”的话,看到这篇文章肯定会大骂地震局的。可惜的是,这篇文章同样犯了上述毛病,这位强教授的方法也没有发表在经过同行审议的科学杂志上,也就是说,没有被主流科学界所接受。当然你可以指责主流科学界都是吃白饭的,但是如果你这么做,你自己反而是傻逼的可能性就会很高。
这期《新知客》是我朋友暴暴蓝担任执行出版人兼主编所做的第一期,她跟我说了她的苦衷。原来,这位记者找了十几个地震局专家,没一个人愿意出来说话。只有强教授愿意说话,所以就只能上他了。我理解这位记者的难处,但恕我直言,虽然中国的大环境确实不好,但你居然采访不到一个专家,说明你自己也有很大责任。如果我是你,就会放弃这个选题。
这篇文章如果出现在大众媒体上还情有可原,但出现在《新知客》上是绝对说不过去的。暴暴蓝没有理科背景,但她相信自己的商业头脑无比正确,立志要把这本杂志办成大众热门读物。依我看,她如果照这个路子走下去,非把这本杂志办成伪科学大本营不可。一本科普杂志如果失去了公信力,谁会去买呢?
再来说说丁仲礼。丁教授主要对“排放空间”这个概念不满,提出了一个技惊四座的观点:发达国家自愿减排也是不行的!恕我直言,这句话实在是超出了一般人的逻辑。下次如果我生病住院了,能不能用这个逻辑拒绝父母前来探视呢?“爸你别来了,你一来,就等于说下次你生病的时候我也得去探视你,这太不公平了!”—如果我说了这话,我爸早就大耳刮子扇过来了。
当然丁教授的逻辑不至于这么差,说白了他不认为气候变化是一件坏事,所以才会得出这么一个可笑的结论。但是从他说话的语气里,我分明看到了一个民族科学家的身影。以前我们总说民族舞蹈家,民族音乐家……其实科学家也分民族的,这位丁教授就是典型,因为他时刻站在中国的立场上分析问题,他研究科学的目的是为了中国的崛起。如果你看清这一点,他的那些逻辑就都一清二楚了。
民族科学家好不好?我就不说了,你自己去判断。说到这里我想向大家推荐一部好片,就是BBC刚刚播出的一个系列纪录片,叫做《How Earth Made Us》(地球造人,点这里可以下载)。我看这部片子,最大的感触就是结尾出现的那个顾问名单。这样的片子难的不是拍摄技术或者拍摄经费,难的是大视野。BBC为什么牛?牛就牛在英国有一大批具有国际大视野的科学家做顾问。央视的科教频道为什么办不好?正是因为中国的科学家大都是丁教授这样的民族科学家。
还有一个原因:如果我告诉你这期面对面节目是应上级要求而做出来的,你会是什么心情?
每日一歌:Fyfe Dangerfield-《Firebird》:
Firebird come into me tonight
Stay awake with me through this dark night
We can ride til the morning light
On a bicycle made for two
On a bicycle made for two
Hush for the baby he’s asleep in the hay
And if we should wake him we’ll be turned stony grey
Silence is golden and it’s ours [...]
(九)
很多反对气候变化的人都会搬出冰河期理论,认为地球曾经经历过那么多次冰河期,那时不也没人吗?凭什么说人类就有那么大能量让地球温度升高?还别说,这个说法还真挺唬人的。
关于冰河期的问题困扰人类很久了,不少科学家曾经试图解释冰河期的成因,但直到上世纪40年代才终于被一位名叫米卢廷•米兰科维奇(Milutin Milankovic)的塞尔维亚工程师彻底解决了。
米兰科维奇出生于1879年,原来的专业是土木工程,但他继承了东欧人的传统,精于数学,对冰河期这种带点哲学色彩的问题特感兴趣。第一次世界大战时他成了战俘,但因为他有学问,被允许在布达佩斯的匈牙利科学院图书馆服刑。那时没有微博,米兰科维奇只能靠钻研数学公式来打发时间,这才终于为人类做出了一点贡献。
1941年,米兰科维奇把自己的研究成果总结成一本巨著,取名为《地球日照原理及其在冰河期理论中的应用》(Kanon der Erdbestrahlung und seine Anwendung auf das Eiszeitenproblem)。原书以德文写成,直到1969年才被翻译成英文出版,很多人正是通过这个英文版本知道了米兰科维奇取得的成就。
国际学术界把该理论正式命名为米兰科维奇循环理论。这个理论认为地球轨道有3个周期性变化,是决定冰河期的主因。第一是地球公转轨道偏心度(即椭圆程度)的变化,当轨道变得更加椭圆时,地球在远日点接受到的太阳光会偏弱。第二是地轴倾角的变化,地球自转轴的倾斜角度介于21.5度到24.5度之间,角度越大,高纬度地区的冬季就越寒冷。第三是地球的岁差,即当地球位于近日点时北半球有时处于夏天,有时处于冬天。如果近日点时北半球刚好处于夏季,则会更热一些。
这3个周期性变化的时间分别约为10万年、4万年和2万年,它们同时作用于地球,分别对太阳辐射的季节和地理分布造成一定的影响。但是如果你仔细想想的话就会发现,无论怎么变,每年地球接受到的太阳辐射总量都是不变的,变的只是夏季和冬季的温差。而且有人计算过,即使是最极端的情况,因为米兰科维奇循环造成的差异也不到0.1%,难道这么一点变化就会让地球结冰?
正是因为这个疑问,使得该理论刚提出时遭到了广泛的质疑。但是上世纪70年代开始的海底泥芯钻探,以及后来的极地冰芯研究却都证实了米兰科维奇循环的存在。起码在最近的这100万年里,地球温度变化曲线大部分都与米兰科维奇循环理论的预言相吻合。具体地说,从地球温度的变化曲线上能隐约地看到10万年、4万年和2万年这3个周期的存在。
但是,大部分时间里的温度变化幅度都不大,不足以引发冰河期。目前主流科学界认为,地球大气的温度系统存在很多正反馈机制,放大了米兰科维奇效应,只有放大到一定程度,才会导致地球温度变得极端寒冷,引发冰河期。其中最主要的正反馈机制是极地的冰雪对太阳光的反射,这个很好理解,当极地冰盖面积增加时,白色的冰雪把太阳光反射回了外太空,使得地球吸收太阳辐射的能力变弱,地球平均温度就会变得更低些,导致冰盖面积进一步扩张。
另一个正反馈机制就是地球的碳循环。通常情况下碳循环是负反馈的,比如二氧化碳增加导致光合作用效率增高,等等。但当把海洋考虑在内时,碳循环有时也可以变成正反馈的。地球表面三分之二的面积是海洋,海洋的威力远大于陆地,海洋浮游生物的光合作用效力远大于陆地上的绿色植物。研究显示,米兰科维奇循环会影响到海洋吸收二氧化碳的能力,当大气中的二氧化碳浓度增加时,温室效应相应变强,进一步导致海洋释放出更多的二氧化碳,继续给地球加温。也就是说,二氧化碳通过正反馈机制放大了米兰科维奇循环的效力,是影响地球大气温度变化的一股不可忽视的力量。
事实上,二氧化碳产生的温室效应甚至有可能盖过米兰科维奇循环的影响,比如有人认为恐龙时代的地球之所以格外温暖,并且延续了很长时间,就是因为那段时期地质活动频繁,火山喷发出的大量二氧化碳改变了米兰科维奇循环的正常周期。
据计算,地球目前正好处于间冰期。通常情况下间冰期都很短,但目前这个间冰期恰好属于比较长的一个,而人类正好利用了这段很长的间冰期,发明了农业,并最终进化出了文明。
必须指出,米兰科维奇循环的时间尺度是很长的,一般人不必担心受其影响。比如,地轴倾角的变化将导致北极星不再指向正北方,但起码我们这辈子根本不用担心,因为这个变化的周期是4万年。
下一个冰河期的到来至少还要再等上几万年,但因人类活动造成的二氧化碳浓度上升速度太快了,如果不加控制,其温室效应导致的地球大气温度上升速度将是近几十万年来最快的,地球上的生态系统(包括人类)将很难适应。这才是主流气象学家们担心的事情。(未完待续)
作为一个吃了好多年洋奶粉的人,我这次终于在牛津见到了几头洋奶牛:
从左到右分别是《卫报》、《BBC》、《金融时报》和《太阳报》的资深环境记者,他们四位是应邀来牛津大学环境学院和师生交流报道气候变化心得体会的。你们看,这四位的模样和他们服务的媒体是多么地像啊,《卫报》是新锐左派报纸,《卫报》记者则是一身休闲打扮的帅哥;BBC是老牌资深媒体,BBC记者则是一个大肚秃顶中年大叔;《金融时报》是一份准确性很高可读性很差的严肃刊物,记者则是一个一口伦敦口音的眼镜女;《太阳报》是英国最有名的娱乐八卦报纸,以裸体三版女郎闻名,其记者也是一个一身西装的猥琐男。
身份介绍的时候,BBC记者调侃说:“我们三家都是国际知名媒体,但不知《太阳报》在外国有没有名啊?”那个西装猥琐男倒是一点也不生气,看来他也知道自己报纸是什么德性。不过,《太阳报》居然也专设了一位环境记者,可见环保这件事有多么重要。况且《太阳报》的发行量是《卫报》和《金融时报》的好几倍,这位西装猥琐男的影响力恐怕是这4人里最大的也未可知哦。
这个研讨会完全是为了“气候门事件”而来。很多科学家抱怨媒体误导读者,但他们四人异口同声地说,“媒体不必承担教育公众的责任,我们只负责报道事实真相。”可BBC记者一不小心说漏了嘴:“但是你们要知道,英国的媒体都是商业机构,我们这些做记者的只对老板负责,不对事实负责。我记得伊拉克战争刚开始的时候,《每日镜报》致力于报道真相,但读者不喜欢,销量直线下降,于是报纸只好修正了报道口径,这才挽回了损失。”
然后《卫报》记者就对台下的一帮研究气候的科学家建议到:“你们要想上头版,就得把事情搞大,比如搞个集体签名什么的,让这个故事继续发展下去。虽然我也不喜欢这样的方式,但不幸的是英国媒体就是这么工作的。”
最后一个科学家终于急了,说:“如果科学只能以这种方式面对公众,这难道不是民主的悲哀吗?”我当时就坐在第一排,听到这里笑死了,心想,您这就不满意啦?来试试我们中国的民主吧。
参加这种研讨会挺好的,能增加自信心。你看,外国科学记者多么难当啊,既要准确,又要煽情,这姿势好难拿。还是我们中国的科学记者好,尤其是党媒的,可以不管销量,埋头做学问。
你也想增加一点自信心吗?那就请看本周出版的《三联生活周刊》,里面有我写的关于这次大会的详细报道。
每日一歌:再贴一首Jack Savoretti的歌《Northern Sky》:
(八)
上篇文章说到,火星和地球的条件最接近,而且差一点就具备了进化出生命的条件,于是NASA在上世纪60年代的时候计划发射一艘无人驾驶宇宙飞船去火星寻找生命,并雇佣了一个叫James Lovelock的英国人为NASA制造探测器,分析火星的化学成分。这个Lovelock是个鬼才,擅长制造化学仪器,但却不属于任何官方科研机构,按照现在的说法应该算是一个“业余科学家”。他接了NASA的活儿,却通过自己的思考,得出结论说NASA肯定是白忙活,因为从地球上就可以看出,火星的大气成分是惰性的,不可能有生命存在。
他接着发挥想象力,认为地球之所以变得如此舒适,完全是因为生命“主动”地改变了地球的大气成分所至。他把这个想法总结成“盖亚理论”(Gaia),这个奇怪的理论认为地球是活的,地球上的生命是一个有机整体,“主动”地调控地球温度,使之永远满足生命存活的条件。
这个理论太像“伪科学”了,以至于主流科学界一直没有接受他的论文。后来还是卡尔·萨根接纳了他,把他的论文发表在自己担任主编的Icarus杂志上,这才被广泛传播开来。顺便插一句,西方科学界出过好几个像Lovelock这样的怪才,其中一个比较有名的人叫Thomas Gold,他认为石油不是来自动植物尸体,而是源自地心。Gold的理论虽然在主流科学界不招人待见,但他的这本书至今仍然可以在书店买到,可见科学是一个非常开放的体系,只要有人买,任何人都可以发表自己的见解。
再回来说Lovelock。他的Gaia理论在西方颇有市场,一个原因是Lovelock本人是个有口碑的科学家,提出了很多数据支持自己的理论。他还说过一句很有名的话,大意是:地球之所以如此舒适,实在是太幸运了,这就好比一个人蒙上眼睛在繁忙的高速公路上开了一圈,居然没有撞上任何一辆车!
不过,目前的主流科学界并不支持这个理论。一方面NASA早就证明碳循环不需要生命的参与就能运转起来,另一方面地球的温度曾经发生过很大的波动,生命在其中扮演过好几次“杀手”角色,一次是25亿年前,地球上首次出现了能够进行光合作用的微生物,它们产生的氧气让地球生物经历了第一次大屠杀,绝大部分厌氧菌都被氧气毒死了。另一次出现在23亿年前,因为光合作用把二氧化碳消耗光了,地球进入了一个大冰期,并持续了大约1亿年。在此期间整个地球都被冻住了,像个大冰球。不用说,地球生物经历了第二次大灭绝,差点没缓过来。
著名生物进化学者理查德•道金斯曾经说过,Lovelock的错误就是相信了“目的论”。世间万物的存在并不都有特定的目的,生物体是不可能在大尺度范围内进化出任何集体形式的利他行为的。
关于这场争论,我曾经写过一篇《生命八卦》,题目叫做《外国也有天人合一》,有兴趣的可以找来看,我就不多说了。
别看Gaia理论不是主流,但当气候变化这个问题出来后,很多人援引该理论认为,“生命总会自寻出路”。但是后来连Lovelock本人也站出来说话,认为人类不能坐以待毙,因为“如果地球确实在拯救自己,那么最好的办法就是消灭人类。”显然,没人愿意看到这个结果。
从历史的角度看,Gaia理论虽然不正确,但起码它提出了一个新的哲学观点,即“世间万物都有联系”。这个观点被很多环保主义者采纳,成为很多人的座右铭。
从这个例子可以看出,西方哲学界已经告别了古典时代,新的哲学观点不再来自人文领域,而是更多地来自自然科学界。可惜中国在这方面相差甚远,无论是学界还是媒体都没有对这一新趋势作出足够的介绍和公正的评价。
最后,我想引用生物学家W. Ford Doolittle的一句话来反驳Lovelock的那个著名的“盲眼司机”比喻。Doolittle说:这个盲眼司机活下来的可能性确实很小,但也不是完全不可能的。假如有一亿个盲眼司机都这么做,大多数人肯定都被撞死了,因此他们也就没有机会反思自己的行为。只有那个幸运地活下来的司机才有机会慨叹自己的运气,并认为这是天意。
怎么样,科学家们的争论很有意思吧?不过平心而论,这种思路显得很“冰冷”,缺乏励志效果,但没办法,事实就是如此。(未完待续)
(七)
上回书说到,氨气没能拯救地球上的生命。那么,生命的恩人是谁呢?答案是:运气。
地球的运气有多好?只要看看地球的两个近邻就知道了。太阳系在形成初期,金星地球和火星是在同一时间,以同样的方式形成的,比较这三兄弟的不同命运就可以知道,为什么只有地球上才出现了生命。
先科普一下:三兄弟的成分大致相同,它们刚出生的时候,大气中都含有大量的二氧化碳,也都有大量的水存在。其中金星和地球的体积差不多,但金星距离太阳比地球近,接收到的阳光大约是地球的1.9倍。火星距离太阳比地球远,也比地球小很多,体积只有地球的15%左右。正是这两个差别,导致了三兄弟截然不同的命运。
先看金星。金星很热,大气中的水蒸气含量很高。处于大气层上方的水蒸气遇到太阳光后会被分解,成为氧气和氢气。氢气很轻,逃离了金星的重力作用,散发到了外太空。于是金星上的水便越来越少,直至全部消失。没有了水,碳循环也就无法进行,于是金星大气中充满了二氧化碳,约占金星大气的95%。这么多的二氧化碳产生了极强的温室效应,使得金星表面温度约为500°C,没有生命能够存活下来。
再看火星。火星表面也一直有水,前几天NASA不还发现火星上有冰吗?但火星的问题是它太小了,内核冷却得很快,大约在太阳系形成10亿年后火星上的火山便都死掉,不再喷发,碳循环便也停止了。于是,火星大气中的二氧化碳越来越少,温室效应越来越弱,在生命还未进化出来之前火星的温度便降到了零度以下。换句话说,如果火星和地球一样大,便很可能会有足够的时间进化出生命来!
那么,地球距离太阳多近才不会重蹈金星的覆辙呢?根据NASA的计算,如果地球的轨道比现在小5%,那么只需几亿年地球上的水蒸气就会全部丢失!事实上,因为太阳正处于壮年,其强度每1亿年增加1%,所以1亿年后地球就会变为金星,到那时人类就必须另谋高就了。
现在地球大气中的二氧化碳浓度为387ppm,这个数字相比于地球初期小很多了。也就是说,地球努力地把二氧化碳浓度从刚开始的几乎100%降到了0.0387%,才终于止住了温室效应造成的灾难!你说人类有多幸运?
换个角度看:如果人类迟一些进化出来,比如说迟1亿年,那么就不会有人对什么温室效应感兴趣了,因为人类压根就不会出现!(未完待续)
(六)
如果地球是活的,就没那么多球事儿了。
看看我们人类,天一冷就主动哆嗦,一热就自动冒汗,想都不用想,为啥?这就是多年进化得来的条件反射,学名叫做“负反馈”。任何系统,如果负反馈占主导地位,这个系统就一定是稳定的,不用党中央管就能实现和谐社会。
可惜,气候系统充满了正反馈,所以天气才会这么不稳定,忽冷忽热的。比如,水循环就是一个典型的正反馈,气温越低结冰越多,就会反射更多的阳光,气温就变得更低。气温高了,冰融化成水,吸热,于是气温就会越升越高。另外,水蒸气是很强的温室气体,气温越低,大气中的含水量就越少,温室作用就越小,气温就应该变得更低……如此说来,地球应该比现在更热或者更冷才对,为什么还能保持现状呢?因为有个很强的负反馈在起作用,这就是大名鼎鼎的碳循环。
碳循环的细节很复杂,简单来说,气温越高,水蒸发得越厉害,降雨也就越多。雨水把空气中的二氧化碳溶解,变成碳酸降到海水里,碳酸结合了钙形成碳酸钙,慢慢沉积到海底,再被地热重新溶化成二氧化碳,由火山带回大气中。如果气温降低,那么上述过程就减缓。
换句话说,碳循环的目的就是通过水循环和火山作用,维持大气二氧化碳浓度不变,从而把温室效应维持在一定的水平,大气温度也就稳定住了。
可是,根据天文学家的估算,太阳系刚刚诞生的时候,年轻的太阳比现在要弱很多,亮度至少比现在低30%。如果二氧化碳浓度是现在的水平,地球应该是个大冰球才对,不会有生命的。可是地球上的生命大约在35亿年前就有了,这是怎么一回事?
最早试图回答这个问题的是卡尔·萨根,对,就是写《魔鬼出没的世界》的那个萨根。他认为是氨气(也是温室气体)为地球保了温,因为太阳系的行星在形成初期,大气中是充满了氨气的。但是后续研究证明,即使是年轻的太阳仍然足以把氨气分解成氮气和氢气,所以地球上的氨气很快就没了。想想看,今天的大气当中含量最多的成分是什么?正是氮气!这些氮气就是当初的氨气被分解后剩下来的。
氨气既然靠不住,那么究竟是谁拯救了地球上的生命呢?(未完待续)
(五)
中青报《冰点周刊》刊登了一篇很有意思的文章,题目叫做《人文学科能拯救我们吗?》,推荐大家好好读读。
在中国的现实语境下,这篇文章显得有点突兀,但其实这是一场已经持续了整整50年的争论。1959年,英国科学家兼小说家C.P.Snow在剑桥做了一次演讲,题目叫做《两种文化》,第一次系统地描述了人文科学和自然科学之间的种种矛盾。后来Snow又修正了他的观点,提出了“第三种文化”这个新概念。1995年,美国图书经纪人John Brockman出版了一本科学作家访谈录,标题就叫《第三种文化》。在这本书里,Brockman通过一大批已经在欧美文化界占有一席之地的科学传播者之口,预言科学即将取代人文科学,成为人类新思想的来源。
关于这场争论我以后慢慢再讲,今天我就想说一件事:气候变化这个概念就是“第三种文化”的一个极佳范例。这个概念来自少数科学家的推理和实验,是纯理性思考的产物。而且这是一个只在大的时间尺度下才成立的命题,人类的日常经验远远不足以解释它,更不用说做出适当反应了。对于气候变化的应对,将是对人类理性思维的一次大考验。
气候变化这个概念的萌芽,来自法国应用数学家傅立叶(Jean-Baptiste Fourier)于1827年写的一篇论文。傅立叶对科学的主要贡献是找出了热传导的数学规律,大名鼎鼎的“傅立叶变换”就是以他的名字命名的。他第一次提出地球的大气层很可能是一个巨大的温室,否则的话地表温度不可能有现在这么高。
第二个大事件发生于1863年。英国科学家John Tyndall第一次指出所谓“温室效应”的真正原因来自二氧化碳对红外辐射的吸收,他甚至提出冰河期就是大气二氧化碳浓度的降低所导致的,当然这个观点现在看起来并不完全正确。
第三个大事件发生于1896年,瑞典科学家Svante Arrhenius第一次推算出,如果大气二氧化碳浓度增加一倍的话,大气温度将会上升5-6°C!想想看,这样一个至今仍然不太过时的结果居然早在100多年前就已经被算出来了,当时欧洲的科学研究确实已经达到了很高的水平。
要想推算出这个结果,必须测出大气二氧化碳对红外辐射的吸收能力。这个测量是由美国天文学家Samuel Pierpoint Langley做出来的,他测量了不同高度的月亮发射的红外辐射的强度,稍有想象力的读者就可以知道这么做的目的:地平线附近的月亮和头顶的月亮发出的光线经过的大气层厚度是不同的,只要测出两者的差,就可以推算出大气层吸收红外辐射的能力了!
有了这几位的工作,全球变暖的理论基础就已经确定下来了。但是科学家们并没有立刻行动起来,因为有两个关键问题还没有答案:第一,大气二氧化碳浓度究竟会不会因为化石燃料的燃烧而增加呢?要知道,二氧化碳浓度的增加会加速光合作用的速率,海洋吸收二氧化碳的能力也是个未知数。第二,二氧化碳浓度的增加是否会直接导致温度上升?是否会有某个未知因素抵消了这个温室效应?这两个疑问都需要有实际测量的数据来解答。
第一个疑问被美国科学家Charles Keeling解决了。他发明了精确测量大气二氧化碳浓度的方法,并于1958年在位于夏威夷的莫纳·鲁阿天文台(Mauna Loa Observatory)设立观测点,开始测量二氧化碳浓度。这是人类迄今为止观测时间最长,也是最精确的二氧化碳浓度数据,所有关于气候变化历史的书中都不会少了这张图表:
从这张图可以看出,大气二氧化碳浓度确实在上升。那么,为什么上升曲线不是平滑的,而是波浪型呢?这个问题留给大家去思考吧。
第二个疑问最早是被美国科学家James Hansen解决的。他是美国NASA的一个研究小组的负责人,这个小组利用NASA强大的数据网络,于1981年发表了第一份具有权威性的研究报告,指出地球温度虽然在近100年里有升有降,但总的趋势是上升的。
1988年6月23日,Hansen在美国参议院听证会上做了一次报告,提醒政治家们注意全球变暖现象。这次听证会具有里程碑式的意义,受到触动最大的反而不是美国人,而是当时的英国首相撒切尔夫人。她阅读了Hansen的报告后非常激动,立刻在英国皇家学会发表演讲,责成英国科学家注意这一问题。几天之后,英国外交大臣Geoffrey Howe向联大提交了一份报告,建议联合国常任理事国组成专家委员会讨论这件事。1992年,联合国在里约热内卢召开会议,通过了“联合国气候变化框架公约”(UNFCCC)。
接下来的事情,想必大家就都知道了。(未完待续)
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