近两年全球变暖：关注火山地震和山火的增温作用

                               吉林大学：杨学祥，杨冬红

      疫情使温室气体污染水平退回到14年前

     全球人类2020年4月每天产生的二氧化碳量比2019年的每日平均水平下降了17％。根据今天《自然气候变化》杂志发表的估算，温室气体急剧下降的原因是COVID-19大流行。这使世界达到了与2006年相同的全球变暖污染水平。

    由于新冠肺炎疫情爆发导致经济增速放缓，2020年美国温室气体排放量同比下降10.3%，创二战以来最大降幅。

　　独立研究机构荣鼎集团（Rhodium Group）在一份报告中表示，由于新冠肺炎疫情爆发，导致交通、电力、工业等主要行业温室气体排放量大幅下降，超过2009年经济衰退时期6.3%的降幅。

　　报告显示，2020年，运输业是带动温室气体排放量下降的主要因素，由于居家令导致外出减少，特别是去年3月份疫情刚开始爆发期间，使得美国运输业温室气体排放量较2019年下降14.7%。另外，由于电力需求下降，去年电力行业温室气体排放量同比下降10.3%。

      最新数据显示，2020年4月至6月，受新冠疫情影响，“封城”之后澳大利亚的温室气体排放已降至1998年以来的最低水平，二氧化碳排放量减少了1000万吨。

       新冠肺炎疫情导致全球消费减少3.8万亿美元、1.47亿人口失业，并带来温室气体排放有史以来的最大降幅。

    北极地区的年地表空气温度也达到了1936年以来的最高记录

       根据北极气候论坛第六届会议上发布的最新季节性气候展望，预计2020年11月至2021年1月北极大部分地区的气温和降水都将高于正常水平。

       此前，北极大部分地区的夏季平均地表气温已经突破了平均水平，西伯利亚东部更是出现了创纪录的高温和野火现象。而另一项关键性气候指标——夏季的北极海冰最小范围——则是达到了历史第二低的水平，仅次于2012年的观测数据。目前，北极气温将继续以超过全球平均水平两倍的速度上升。

       过去5年 (2016-2020年)，北极地区的年地表空气温度也达到了1936年以来的最高记录。对于未来北极气候的演变状况，特别是事关全球海平面状态的海冰演变趋势，北极气候论坛认为，2021年北极大部分地区的最大海冰范围预计将低于或接近正常水平。对于已经岌岌可危的北极气候系统而言，这场“暖冬”的到来则更凸显了形势的严峻性。

       WHO：新冠疫情与工业生产的放缓未遏制温室气体排放

      在全球新冠疫情最严格防控期间，由于各国对人口流动的管理和工业生产的停滞，全球碳排放可能会出现下降趋势。据全球碳项目（The Global Carbon Project）估计，这一时期全球每日二氧化碳排放量可能减少了约17%。

      但是，2020年11月23日，世界气象组织称，新冠疫情大流行所导致的工业放缓事实上并没有遏制温室气体排放。根据该组织所发布的温室气体公报，全球二氧化碳排放水平在2019年又出现了增长高峰，全球年均值突破了410 ppm（百万分之410）的重要门槛，而在2020年这一趋势仍在继续。

    新冠疫情与工业生产的放缓未遏制温室气体排放，这表明人类活动并不是温室气体增加的唯一原因。

    近两年山火肆虐：碳排放全球总量是最高的

    天灾人祸，永远是无法避免的，人类能够做的也只是减少损失，尽量避免。2020年是地球最为多事的一年，人类遭受了各种各样的自然灾害。

2019年7月8日开始，澳大利新南威尔士州爆发了山火，由于当地天气的炎热，加上澳大利亚政府的救援不力，很快整个澳洲燃起了大火。山火像恶魔一样吞噬着澳大利亚的森林和草地，一直持续了整整7个月。

在这场大火中，大约400公顷的土地被烧毁，十亿野生动物死于大火，连澳洲的考拉也死了百分之三十，此外，鸭嘴兽直接成为了濒危动物。在七个月的燃烧期中，澳大利亚有33个人死于大火。而更为可怕的是，这场大火所造成的生态危害。

从小的方面来说，澳大利亚当地的物种生态得到大肆的毁灭，势必会造成当地各种的生态负面影响。一米长的蝙蝠开始进入城市，堪培拉、墨尔本的天空被大火染成了红色，城市中充满了灰烟。

最让人担忧的是，南极洲和澳洲的距离十分的近，七个月的大火，让本来就温室效应的世界气候变得更加的高温。常年堆积冰川的南极洲由于全球变暖，使得大量的冰川融化，冻土苏醒。全球的水平面急剧的增长，据科学家研究发现，在南极洲发现了很多的远古病毒。这些病毒都是被封印进去的，如今气候变暖，自然也是开始慢慢的苏醒。

而今，澳大利亚的山火早已经被扑灭，官方也是表示：将投入五千万的澳元用于生态恢复。几个月来，在被烧毁的地方也是重新长出了植物，虽说几年之后这里依然会是一片绿油油，但是这场大火所造成的各种危害是无法改变的。

科学家表示，2021年7月是2003年开始有卫星记录以来全球山火最严重的7月。在北美洲、西伯利亚、非洲和欧洲南部，山火持续肆虐。

　　2021年7月全球各地的山火共释放出343兆吨碳，比2014年出现的上个7月全球峰值高出约五分之一。

　　欧盟哥白尼大气监测局资深科学家马克·帕林顿说：“自2003年我们开始有记录以来，今年7月的（山火碳排放）全球总量是最高的。”

      化石能源燃烧加速推动温室气体排放

      发生在大约2.52亿年前的二叠纪-三叠纪生物大灭绝，在短短几万年的时间里，使96%的海洋生物和约70％的陆地生命从地球上永远消失。

      当时，位于如今西伯利亚地区的古老火山喷出了大量岩浆，覆盖了相当于美国表面积三分之一甚至一半的土地，这一过程持续了大约一百万年。然而，火山爆发不是导致大灭绝的根本原因。

       据两个独立的科学家团队发布的最新研究论文，正是由于西伯利亚火山岩浆燃烧了大量地下石油和煤炭沉积物，燃烧过程中释放出二氧化碳和甲烷等温室气体，进而导致了大灭绝的发生。日本东北大学的地球化学家Kunio Kaiho团队发现两起火山爆发事件与二叠纪末陆地与海洋生物灭绝时间吻合。而苏格兰圣安德鲁斯大学生物地理化学家Hana Jurikova团队在大灭绝边界的贝壳化石中发现了海洋酸化的证据，证实了化石燃料燃烧和温室气体释放造成海洋酸化，从而导致珊瑚等海洋生物溶解死亡。

       这些研究发现进一步证实了气候变化对地球生命的影响。如果将大灭绝与如今全球变暖进行类比，大灭绝期间排放的温室气体总量远远超过人类产生的温室气体。然而，当时火山释放出二氧化碳的速度比今天人类的排放速度要慢14倍。因此，我们目前每年燃烧产生的碳量比大灭绝时期的任何时候都高得多。如果不能遏制温室气体排放，未来气候变化对生物的严重影响或许可以预见。https://www.163.com/dy/article/FSE687EN05149AIR.html

       英国科学家的最新研究称，在距今大约2.5亿年前，大规模火山喷发毁灭了全球的森林，使得地球到处是以树木为食的真菌。

　　这项研究证实，即便是生命力极强的树木，也未能在二叠纪物种大灭绝事件的浩劫中幸免，那也是已知地球上最具破坏性的物种灭绝事件之一。在这次灭绝事件中，超过95%的海洋生物物种和70%的陆地生物物种从地球上永远消失，它们极有可能毁灭于集中在当今西伯利亚一带的长期火山喷发喷射的有毒气体。

　　火山喷发在全球范围内形成了大量酸雨，并破坏了臭氧层，使得更多有害的紫外线到达地面。在此之前，研究人员并未发现大灭绝期间地球状况的实物证据，于是，很多人推测二叠纪的森林相对完整地幸存下来。不过，最新研究表明，地球上的森林植被那时同样遭受重创。

　　领导实施此项研究的英国伦敦帝国学院地球化学家马克·塞普敦(Mark Sephton)说：“火山喷发以后，世界可能变成一片片奇特的绿地，到处是类似石松的结构简单的植物，还有大量死去的树木。”在接下来的400万年中，地球上仍极少看到树木，但是，由于可以适应这种酸性的新环境，真菌得以幸存下来。

　　科学家在二叠纪大绝灭时期的岩层中发现的真菌孢子化石显示，一种称为Reduviasporonites的远古生物在全球范围内的生长却在那个时期达到顶峰。从此，科学家一直在争论这种已经灭绝的生物是靠光合作用为生的水藻，还是以树木为食的真菌。为了揭开这个谜底，塞普敦及其同事分析了Reduviasporonites中不同种类的碳和氮，并将结果与现代真菌进行比较。

　　他们发现，这种远古生物与以枯树为食的真菌具有相似的饮食化学结构(dietary chemistry)。Reduviasporonites真菌的大规模突然繁殖表明有大批树木在灭绝事件中死亡，为真菌提供了源源不断的美食。据塞普敦介绍，现在，地球上由真菌主导的地区位于捷克，由于焚烧大量褐煤产生的酸雨破坏了大面积林地，那里以树木为食的真菌大量繁殖。

　　塞普敦补充说，在全球范围内，人类活动“正以地质历史上前所未有的速度”改变着地球大气层的气体平衡。此外，今天物种多样性减少放映了二叠纪生物大灭绝事件的早期状况。塞普敦说：“这是严重违背自然规律的人类实验，我们只是不知道这一切将如何结束。”研究结果刊登在最新一期《地质学》(Geology)杂志上。

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表1  地球自转周期、全球气候、生物灭绝与火山喷发

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       巨大火成区造就中生代温暖期

由于内核相对地壳地幔的差异旋转，核幔角动量交换使部分旋转动能转变为热能积累在核幔边界（赤道处的核幔速度差最大，积累的热能最多）。超级热幔柱在海底赤道区喷发，加热了底层海水，并引发赤道和两极之间的海洋整体热循环，降低了赤道和两极大气的温差，使两极的海温和气温逐渐上升到冰点以上，形成中生代全球无冰温暖气候。有证据表明，随着热幔柱喷发强度的减弱，近一亿年间海洋底层水冷却了摄氏15℃，大气冷却了10~15℃。海底火山活动引发的深海热对流在全球气候变化中的作用不容忽视。表5给出了这种地质旋回与地球自转周期的相关关系，热幔柱强烈喷发导致大量生物灭绝。

    现代火山活动有明显致冷的记录。短周期的对应关系是：小冰期对应强火山活动，小气候最适期对应弱火山活动。但是，火山长周期的对应关系却是：火山活动峰值与全球无冰期对应，而谷值与大冰期对应。

    据Coffin和Eldholm（1993）海洋考察结果，巨大火成区所显示的大陆溢流玄武岩和大洋溢流玄武岩的喷发强度与全球高温和大气CO₂高浓度对应（见图1-3）。

图1 全球巨大火成区

图2  1.5亿年以来海平面变化、全球气温变化、黑色岩、大规模生物灭绝

图3 1.2亿年以来热幔柱喷发的规模比较：规模变小与气温变冷对应 

      120Ma前海底热幔柱喷发形成翁通爪哇海台，其释放的热量为6×10²⁶J，海洋的质量为1.45×10²⁴g，可使全球海水温度增高33℃，平均每万年海温升高0.1℃^[42]。有证据表明，在古新世末不到6000年的时间内大洋底层水增温4⁰C以上^[33]。海底火山活动引发的海温增高和CO₂排放在全球气候变化中的作用不容忽视，这是白垩纪强烈火山活动、大气中高浓度CO₂和异常高温一一对应的原因。最近发现在15~20Ma前南极的夏季温度要比现在高出大约11℃，最高可以达到大约7℃。这一南极地区的“绿化”过程最高峰大致出现在中新世中期，距今大约16.4~15.7Ma。中新世中期的温暖环境被认为应当对应于400~600ppm的大气二氧化碳浓度^[44]。15 Ma前发生的哥伦比亚溢流玄武岩喷发是大气CO₂浓度增加的原因（见图2）。

1000km³熔岩要释放1.6×10¹³ kg的CO₂，3×10¹²kg的硫和3×10¹⁰kg的卤素。一个巨大火成区的累积过程要发生上千次这样的喷发，它使现代人类造成的污染物产生的影响相形见绌^[42]。120Ma前海底热幔柱喷发形成翁通爪哇海台的体积为36×10⁶km³，15 Ma前发生的哥伦比亚溢流玄武岩体积为1.3×10⁶km³，释放的CO₂分别为5.8×10¹⁷ kg和2.1×10¹⁶ kg。

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       2020年又破纪录：有史以来最热的一年无法用人为排放温室气体解释

       全球人类2020年4月每天产生的二氧化碳量比2019年的每日平均水平下降了17％。根据今天《自然气候变化》杂志发表的估算，温室气体急剧下降的原因是COVID-19大流行。

       尽管2020年人们关注的焦点是应对新冠疫情，但世界并没有完全忘记气温上升带来的巨大危险。

       又是一年过去，2020年在诸多方面都破了纪录：混乱无序、出人意料、匪夷所思，并且非常炎热。

       虽然全球很多地区都进入了封锁状态，商业活动也一度停顿数周或数月之久，但全球气温仍然在持续攀升。根据欧盟地球观测服务的数据，2020年是有记录以来最热的一年，与2016年不相上下。

       这一矛盾事实表明2020年最热与人类活动无关。

        2021年夏季欧洲多个地区高温打破纪录：与7-8月地震进入高峰对应

      洪灾、热浪、山火……今年夏季，欧洲地区遭遇多重自然灾害。世界气象组织近期发布报告指出，受气候变化影响，今年7-8月夏季欧洲多个地区高温打破纪录，相关极端天气明显增加。

      表2-4 和图4 对比表明，2021年7-8月弱潮汐时期和强震高潮是可能的原因，即地下能量的异常释放产生极端气候变化。2021年7月29日阿拉斯加发生8.1级地震，8月发生5次7级地震，是近三年最强的。

表2 2019年5-8级地震与潮汐强度的对应关系（截止时间：2019年12月15日） 

 注：本表以中国地震台网数据为准。

2020年1-12月地震分布

表3 2020年5-8级地震与潮汐强度的对应关系（截止时间：2020年12月30日）

 注：本表以中国地震台网数据为准。

2021年1-12月地震分布

表4 2021年5-8级地震与潮汐强度的对应关系（截止时间：2021年8月29日）

 注：本表以中国地震台网数据为准。

图4  南极海冰增加趋势和白令海峡热异常对比：2019年8月8日和2021年8月10日（白色为海冰，红色为热异常）南极半岛海冰比较。

      全球变暖、冰川融化和海平面上升的最严重后果是形成强烈的地震火山活动

     我们在2019年12月28日指出，全球变暖、冰川融化和海平面上升的最严重后果是破坏地壳的重力均衡，导致卸载的大陆地壳上升，加载的海洋地壳下沉，形成强烈的地震火山活动。

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     据中国地震台网消息称，美国2021年7月29日发生了近半个世纪以来的最强地震，地点位于阿留申群岛附近海域，震级达8.2级，震源深度达46.7公里，目前尚不清楚伤亡情况和破坏程度。有专家表示，这次的强地震可能只是个开端，更糟糕的情况还没发生，未来或许还会发生更大灾难。

     2020年，全球一共发生了10次超过7级的地震，其中第一和第三都是来自于阿拉斯加地区。最强的那次是发生在阿拉斯加以南的海域，震级达到了7.8级。而这一次的地震更加强烈，达到了8.2级（我国地震局测定为8.1级），这也是地球时隔3年再一次出现超过8级的大地震。美国地质调查局的数据也指出：这是1990年以来第17次达到8.2级的大地震。

结论

全球变暖不仅与温室气体的排放相关，而且与地球内部能量释放相关。2021年7-8月的地震能量异常释放是欧美热浪和山火发生的重要原因。

全球变暖导致的地震活动增强并没有引起气象学家的重视，他们只注意气象变化，忽视了构造运动导致的更严重的灾害：海平面上升只能淹没沿海地区，地震灾难将遍及环太平洋地震带和欧亚地震带，内陆和青藏高原也不能幸免。

根据20世纪80年代以来的全球变暖速度和规模，2000-2030年拉马德雷冷位相时期的地震强度将明显高于1947-1976年拉马德雷冷位相时期，目前特大地震数量刚刚持平，强度还相差很多，今后30-50年会更加强烈。

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参考文献

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