全球变暖自然速率和人为速率的对比

                                杨学祥，杨冬红

2006年人民网6月1日讯 据美联社报道，今天《自然》杂志的一份报告称，美国的科学家发现在远古时代北极的平均气温为23摄氏度，是理想的休闲圣地，就像今天的佛罗里达。科学家说，北冰洋海底矿样显示，5千5百万年前北极附近是一派亚热带天堂的景象。他们表示，这一发现表明早在温室气体大量排放之前，由于某些自然原因，北极地区就比我们过去认为的要暖和。

几百万年前地球曾经历过一次长时间的升温期，但5千5百万年前出现了一次非正常的二氧化碳大爆发，加速了温室效应的进程。虽然科学家早就发现了这次“热爆发”，但它的成因仍旧是个迷：可能是海洋沼气大释放、规模巨大的火灾、大片树木被焚或者频繁的火山喷发造成的。很多专家认为，当时地球上其他地区的气温非常高，而北极平均气温大概只有11摄氏度，而这次新的研究成果表明，北极的真正气温接近于23摄氏度^[1]。

事实上，5千5百万年前，爆发了北大西洋火山边缘的火山喷发，规模仅次于1亿2千万年前的翁通爪哇海台火山喷发和6千5百万年前的德干暗色岩火山喷发^[2]。

表1  天文周期与地质旋回^[2]

历史上存在晚白垩纪（大约6千5百万年前）赤道海洋表层低温之谜（当时温度为摄氏21度，比现代低6.5度），现在又出现了5千5百万年前北极高温之谜，我们给出了如下形成机制：

1996年我们通过模拟计算得出地球内核的旋转速度大于地壳和地幔，当年的地震波测量结果证实了这一结论^[3-8]。

由于内核相对地壳地幔的差异旋转，太阳辐射达到最大值时（在远银心点和地球轨道偏心率最大时的近日点）使核幔角动量交换达到高峰，部分旋转动能转变为热能积累在核幔边界赤道区（此处核幔速度差最大，积累的热能最多）。超级热幔柱（羽）由核幔边界赤道热区升起，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，热幔柱喷发和海水增温向大气释放大量CO₂，加强温室效应，使两极的海温和气温逐渐上升到冰点以上，消除了海洋藏冷效应的“冷源”，形成全球无冰温暖气候，产生晚白垩纪赤道海洋表层低温之谜（当时温度为摄氏21度，比现代低6.5度）。我们称这个过程为海洋锅炉效应^[9-16]。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度，大气冷却了10~15度^[11]。这是典型的地、海、气相互作用。计算表明，一亿二千万年前形成翁通爪哇海台的海底热幔柱喷发，其释放的热量可使全球海水温度增高33度^[9-15]。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4℃以上^[16-17]。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。

图1. 海洋的能量积累：海底藏冷效应与海洋锅炉效应（杨学祥，1998，1999，2000）^[9-16]

北京时间3月7日消息，根据美国和欧洲科学家的一项最新研究，现在世界上的海洋正经历3亿年来最快速的酸化，这一酸化速度甚至超过了6500万年前那场浩劫中大规模二氧化碳释放时导致的酸化速度。在一份发表于《科学》杂志上对过去数百项针对古代气候研究的评论中，研究人员们指出，对过去那段异常温暖时期的了解将有助于我们预测人类活动对全球气候可能造成的影响。

根据科学家们在3月1日发表的一份研究报告，当更多的碳进入大气层中时，海洋就会更加酸化。在工业时代到来之前，碳的这种变化主要是自然因素导致的，这种自然变化造成了全球气候的自然波动。而人类活动，包括化石燃料的燃烧，已经使大气中的碳含量水平从工业时代开始时的百万分之280上升到现在的百万分之392。二氧化碳是多种造成全球变暖的温室效应气体之一。

　　为了了解在史前时代海洋酸化造成过何种影响，来自英国，荷兰，德国，西班牙和美国的21位科学家查阅了有关过去3亿年间地址记录的研究资料，并从中寻找有关气候突变的迹象。这些迹象包括生物大灭绝事件，在这样的事件中，地球上大量的生物突然神秘死亡。如最著名的一次发生在大约6500万年前由于陨星撞击地球导致恐龙等大量生物灭绝的灾难事件。

而和我们现在正在发生的情况相似的，是大致发生在2.52亿和2.01亿年前的两次大灭绝事件，当然5600万年前出现的异常高温时期也应包括在内。研究人员发现在大约5600万年前存在一次短暂的，持续仅约5000年的异常高温时期，这可能是由于大规模的火山爆发引起的，这一情景是过去3亿年以来和我们目前所面临的情况最为接近的情形。

研究显示，在这段短暂的历史时期内地球大气中的二氧化碳含量上升了一倍，全球气温相应地上升了6摄氏度。海洋酸度也出现相应上升，PH值大约下降0.4个单位。研究参与者，哥伦比亚大学拉蒙特-杜赫提地球观测站的巴贝尔·霍尼希(B?rbel H?nisch)表示，这确实是快速的升温和海洋酸化过程，但尽管如此，如果和150年前工业革命开始之后的情况相比，这种幅度和速度却仍然是温和的。

　　5600万年前的那场被地质学家们称为“古新世-始新世极热期”(PETM)的快速升温过程发生于恐龙灭绝900万年之后，期间每100年的海水PH值酸化速度约为0.008单位。

　　在那段时期内很多珊瑚都相继灭绝，很多生活在海底的单细胞动物同样难逃厄运，研究人员据此认为，这一情况也说明当时更多位于食物链更高等级上的植物和动物也因此灭绝了。相比之下，在20世纪，海水的PH酸化幅度是0.1单位，并且预计到2100年这一速度将上升至每百年0.2~0.3个单位。联合国气候变化政府间合作专门委员会指出，全球平均气温在本世纪内就将上升1.8~4摄氏度。

怀疑论者们常常会拿地质历史时期的某些异常温暖时段作为当前的全球气候变暖可能并非人类活动后果的证据。对此霍尼希指出，某些异常变暖过程，如“古新世-始新世极热期”(PETM)或许确实是由于大规模火山爆发等自然原因造成的。但是她也指出，当时发生的全球变暖和海水酸化速度要远远小于现在，那时5000年内才发生的变化我们现在在一个世纪内便发生了^[18]。

我们对此的回答是，“古新世-始新世极热期”(PETM)、大气二氧化碳浓度提高一倍（大约是现在的10倍）和海洋酸度也出现相应上升（PH值大约下降0.4个单位）确实是由于海底大规模火山爆发等自然原因造成的。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^[19]。由此引发的赤道与两极的温差减少将导致全球风能的成倍损失^[19]。

联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）在2007年公布的具有全球影响力的第四次评估报告中指出，过去100年，全球地表平均温度升高了0.74摄氏度，海平面升高了0.18米；过去50年观测到的地球平均温度升高，有90%以上的可能性是由人类活动引起的温室气体排放CO₂的增加，导致其捕获本来会逃离大气层的能量，从而导致全球变暖；其重要依据是工业化之前大气中CO₂体积分数为280×10^-6，2005年为379×10^-6[20]。

汪品先院士指出，大约在1万年前“新仙女木事件”结束时，格陵兰上空的气温在近50年内上升7^oC，而且这类快速变化还反复发生。历史纪录表明，全球气候变化主要受自然控制，人类温室效应气体排放加剧了全球变暖进程，人类必须在气候剧烈波动时期做好预防气候变暖和变冷的两种准备^[16]。

即使联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）在2007年公布的具有全球影响力的第四次评估报告完全正确，人为全球变暖速率只有每百年升高0.74摄氏度，远低于大约在1万年前“新仙女木事件”结束时，格陵兰上空的气温在近50年内上升7^oC的自然速率。实际上，人类排放的二氧化碳增温作用被夸大^[21]。

地球的气候变化历史表明，大自然是气候变化的主推手。

参考文献

1.       董唅。科学家：北极平均气温曾达到23摄氏度。2006年06月01日15:28人民网。http://world.people.com.cn/GB/41218/4426176.html

2.       杨学祥,陈殿友. 火山活动与天文周期. 地质论评. 1999, 45(增刊):33~42

3.       杨学祥，陈殿友. 地核的动力作用[J]. 地球物理学进展，1996， 11（1）： 68-74.

4.       杨学祥，张玺云. 热幔柱的启动动力[J]. 世界地质，1996，15（2）：68-74.

5.       SONG Xiao-dong, Richards P G. Seismological evidence for differential rotation of the Earth’s inner core[J]. Nature, 1966, 382: 221-224.

6.       杨学祥,陈震,刘淑琴,等. 地球内核快速旋转的发现与全球变化的轨道效应. 地学前缘. 1997, 4(2):187~193

7.       杨学祥。地球反对称构造与气候变化的关系。自然杂志。2001，23（3）：135~139

8.       徐果明。地球内核的差异旋转。科学。1997，49（4）：13-17.

9.       杨学祥,陈殿友. 热幔柱构造与地核热能. 地壳形变与地震. 1996, 16(1):27~36

10.   杨学祥. 太阳活动驱动气候变化的证据. 中国学术期刊文摘. 2000, 6(5): 615~617

11.   Claude J. Allegre and Stephen H. Schneider. The evolution of the earth. Scientific American. 1994,271(4):44~51

12.   Millard F. Coffin and Olav Eldholm. Large igneous provinces. Scientific American. 1993, 269(4):26~33

13.   杨学祥,陈殿友. 地球差异旋转动力学. 长春：吉林大学出版社. 1998. 79,88,103,113,155,174,196

14.   杨学祥，牛树银，陈殿友。深部物质与深部过程. 地学前缘. 1998, 5(3):77~85

15.   杨学祥,张中信,陈殿友. 地核能量的积累与释放. 地壳形变与地震. 1996, 16(4):85~92

16.   汪品先, 翦知湣. 寻求高分辨率的古环境记录. 第四纪研究. 1999，(1): 1~17

17.   杨学祥,陈殿友. 构造运动、气象灾害与地球轨道的关系. 地壳形变与地震. 2000, 20(3): 39~48

18.   晨风。海水酸化速度达3亿年来最快将产生严重后果。2012年03月07日 08:26  新浪科技微博。http://tech.sina.com.cn/d/2012-03-07/08266810873.shtml

19.   杨冬红, 杨学祥. 灾害频发和地磁减弱的关系. 世界地质, 2011, 30(3): 474~480

20.   易蓉蓉. 全球环境新看法:大自然是气候变化的主推手。2012-02-13 09:08:42来源：科学网。http://tech.gmw.cn/2012-02/13/content_3556753.htm

21.   杨学祥，杨冬红. 水汽的温室效应和全球变暖"减速" . 2012-3-9 15:40 http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=2277&do=blog&id=545836