去年十一月二十三日,即 在举世瞩目的哥本哈根气候峰会的前两周,网络黑客 侵入 英国 东英吉利大学 气象研究单元(University of East Anglia, Climate Research Unit) 的 计算机网络,窃取了 该气象研究单元的 1000多份电子信件、2000多件文件 以及 用于气象研究的计算机源程序。黑客 宣称 这些文件和电子信件 事关重大,所以 随机地挑了 一部分电子信件 在互联网上 公布于众。
黑客的行为 是 非法的,公布这些电子信件 也侵犯了 版权,可能 已经构成了 事实上的犯罪。可是信件的内容 却让 世人 感到震惊。东英吉利大学气象研究单元 涉及 人为地修改、删除和藏匿气象数据,使之有利于 全球暖化论。反对全球暖化论的 怀疑论者 则 兴奋不已,似乎 终于找到了 一个 击破全球变暖论的 突破口。
全球暖化论者 认为:由于 人类的煤炭和石油的工业燃烧等活动,排放 大量的二氧化碳气体。这些气体 产生了 一种温室效应,使 全球的气温 升高;如果 这种情况 继续下去,将会 给 人类 带来 毁灭性的灾难,包括:海面 上升,海水 淹没 沿海城市 和 极端的自然灾害等。因此 有必要制订 一个全球规划 来限制 全世界的二氧化碳排放量。
瑞典化学家 斯凡特·阿伦尼乌斯(Svante Arrhenius)于十九世纪 指出 增加二氧化碳的含量会引起 温度的增加。阿伦尼乌斯 研究 温度对化学反应速率的影响,建立了 著名的 阿伦尼乌斯方程,因此 荣获 1903年 诺贝尔化学奖。二十世纪四、五十年代,光谱技术的发展 证实了 二氧化碳的红外吸收作用。我们所说的全球暖化论 形成于 上世纪七十年代,经过 八十年代的发展,于九十年代得到了 广泛的普及。现在,全球暖化论 已经是 家喻户晓,深入人心。它 似乎是 科学界的共识。近几十年来 各种媒体 进行了 无数的报道;《京都议定书》、 哥本哈根气候峰会、联合国、世界政要乃至各国首脑 都在 为 各自国家的 二氧化碳减排计划 寸土必争地讨价还价,全球暖化论的科学基础还有 什么值得怀疑的 么?
然而,怀疑论者 认为:全球暖化论 非但不是 什么科学结论,而且是 一场 骗局,一场 地地道道的骗局,一场 人类历史上的最大骗局!
究竟 谁是谁非 呢?这场争论 涉及 大量的专业知识,正反双方 各 有 各的依据,文献浩繁,千头万绪,使 读者 难以 从科学的角度 进行判断。为此,我们 有必要 对三个最核心、最本质的科学问题 进行 一个简明的讨论。抓住了 关键,我们 就 高屋建瓴,一目了然了。这三个科学问题 是:
一.全球暖化 的 福与祸
二.二氧化碳 的 功与过
三.究竟是 都市暖化 还是 全球暖化
我们 只要也只有 把 这三个问题 搞清楚了,才能充分把握 这场绝无仅有的科学争论的 谁是谁非。
一、全球暖化 的 福与祸
全球暖化论的倡导者 告诉 人们 全球暖化 将给 人类 带来 种种的灾难,如 极端的气候灾难等等。其中最令人惧怕、最具有威慑力的 也许是 海面升高,海水淹没 城市。就像 好莱坞电影《后天》 所描写的 那样,汹涌澎湃的滔滔海水 无情地涌入 纽约,吞噬着 夹在摩天大楼之间的 大街小巷的一切。惊慌失措的男女老少争先恐后地竞相逃命。美国前副总统戈尔 在他的记录影片《一个不便的真相》(An Inconvenient Truth)里 告诉 大家:如果 处于北极的 格陵兰冰原(Greenland Ice Sheet) 融解,海面将上升 六米;大部分沿海城市 例如 旧金山、纽约(当然 也包括 中国的上海)将淹没于 海水 之中。
怀疑论者 指出:这 是 戈尔的 吓人战术。格陵兰冰原 是 覆盖在冰岛上的 巨大冰片,大约长 二千四百多公里,宽 一千一百多公里,平均厚度 2-3公里。如果 格陵兰冰原 全部融解,毫无疑问 其水 必然流入大海,海面确实要升高6米。联合国 政府间气候变化委员会(IPCC) 在 它的第四次报告《气候变化2007 – 物理科学基础》 为决策者做的摘要的 表5.3 中 提到:1993-2003十年间 海面的总升高速率 是 每一百年0.31米;而 格陵兰冰原融解所导致的 海面升高速率是 每一百年0.21米。也就是说 即便 按照 联合国政府间气候变化委员会 的 说法,升高6米 也得要 大约三千年的时间。而 怀疑论者 认为:这几十年海面 升,过几十年 海面 降,只是 大自然的调整过程 而已。
戈尔 只是 从冰和水的体积的角度 计算了 海面升高。格陵兰冰原 已经存在了 十一万年,必然有 它的热力学上的稳定性。它处于 一个动态的稳定结构。冰 融解成 水 时,吸收 热量,使得 气温 下降;水 结成 冰 时,放出 热量 使得 气温 上升。格陵兰冰原的表层冰 一直处于 融解-结冰、结冰-融解的动态平衡 之中。全新世温暖期(Holocene Warming Period)持续了 三千年,也没有融解 格陵兰冰原。格陵兰海岸的气象记录 表明,格陵兰 从1880年 开始变暖,但是 从1955年 开始变冷。1995-2005十年间 又变暖,但 其变暖速率 跟 1920-1930十年间的变暖速度 相比 要小50%。没有 证据 可以表明 格陵兰冰原 已经进入了 全面的融解过程。
我们 可以进行 一个热力学的计算。根据 格陵兰冰原的体积 可以计算 它的冰的总重量。然后根据 冰的融解热,就可以计算 融解整个格陵兰冰原,使 它 从零度的冰 融解成 零度的水 所需要的 热容量(=2017 x 1021 焦耳)。
这 是 多大的热容量 呢?我们 比照 大气 来进行计算。整个地球大气层 有 五千万 亿吨 空气(5.1480x1018 kg),环绕着 整个地球,一直伸展至 130公里的高空。五千万 亿吨空气 乘以空气的比热,再乘以 温度升高 就是 整个大气层 所增加的热容量。我们 发现:融解整个格陵兰冰原所需要的 热容量 等于 将整个大气层加热390°C度所需要的 热容量。表1 概括了 这个计算过程。
表1 融解格陵兰冰原所需要的热容 和 大气层温度升高所增加的热容
格陵兰 冰原 | 长宽高 L,W,H Km | 体积 V 1015 m3 | 比重 ρ kg/m3 | 重量 W 1018 kg | 融解热 ΔH kJ/kg | 热容 Q 1021 J |
2400 1100 2.5 | 6.60 | 916 | 6.05 | 333.55 | 2017 | |
大气层 | - | - | 温度升高 ΔT °C | 重量 W 1018 kg | 比热 cp kJ/kg K | 热容 Q 1021 J |
- | - | 389.76 | 5.1480 | 1.005 | 2017 |
* 空气的比热 随 温度升高 而降低,此表使用的 是 空气 在20°C时 的 比热
联合国政府间气候变化委员会 给出的 另一个 使得海面升高的原因 是 热膨胀。海水 因 热膨胀 而增加 体积,导致 海面升高。整个海洋的海水 每升高1°C度,海面 就得升高75厘米。问题的关键 仍然是 热容量。整个海洋 有 1.4x1021公斤海水,让 它 升高1°C度 谈何容易,需要 5866x1021焦耳的热容量。根据 海洋的表面积、体积 和 体积热膨胀系数,我们 可以得到: 要使海面升高1米,整个海洋的海水的 平均温度 必须升高 1.34°C度。将它 乘以 重量 再乘以 比热 就得到 热容量(= 7861x1021焦耳)。这个热容量 可以将 整个地球大气层加热1519°C度。表2 概括了 这个热膨胀的计算过程。
表2 海面因热膨胀升高1米所需要的热容 和 大气层温度升高所增加的热容