從氣候歷史看人類世變暖

目錄

• 簡(jiǎn)介        

• 主持人致辭        

• 主旨報(bào)告            

• 唐自華：從氣候歷史看人類世變暖                

• 討論與交流        

• 主要專家簡(jiǎn)介：

• 展開

【簡(jiǎn)介】

2016年，人類世作為非正式的地質(zhì)年代被國(guó)際大會(huì)接受，建議的起點(diǎn)為公元1950年。這表明人類對(duì)地球系統(tǒng)的影響，已經(jīng)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(guò)度捕撈，以及珊瑚正在迅速消亡，近幾年臺(tái)風(fēng)的頻度及強(qiáng)度的增加。氣候狀況是理解人類世氣候系統(tǒng)特征的重要背景，科學(xué)家從第四紀(jì)氣候變化中獲得的氣候系統(tǒng)變化過(guò)程、動(dòng)力、規(guī)律、理解，也是應(yīng)對(duì)人類世氣候變化的科學(xué)基礎(chǔ)。本次沙龍從歷史氣候變化的情況和規(guī)律討論人類活動(dòng)的影響。

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【主持人致辭】

滕吉文：唐自華博士是我們所新生代地質(zhì)與環(huán)境重點(diǎn)研究室年輕的副研究員，對(duì)新生代主要暖期及其對(duì)“人為變暖”做過(guò)深入研究，通過(guò)大量資料的深入和反復(fù)的思考，對(duì)當(dāng)今全球變暖提出了自己的觀點(diǎn)。下面，請(qǐng)?zhí)撇┦拷o我們做報(bào)告。

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【主旨報(bào)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(gè)事情。

先看幾張片子，在非洲埃塞俄比亞首都郊區(qū)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(guó)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(jí)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(yǎng)殖網(wǎng)箱，我們中國(guó)沿海地區(qū)也有這種網(wǎng)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(guó)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(jīng)沒有原始的自然景觀。在肯尼亞的世界上最大的難民營(yíng)，其面積與我國(guó)北京的故宮一樣大，卻居住著四十幾萬(wàn)人，這些流落街頭、無(wú)家可歸的人同樣對(duì)環(huán)境有著嚴(yán)重影響。美國(guó)的戴維斯空軍基地淘汰的、廢棄的飛機(jī)的亂放亂停，韓國(guó)的垃圾填埋場(chǎng)等，都對(duì)環(huán)境造成影響。

如今，人類對(duì)環(huán)境的影響已經(jīng)超過(guò)自然過(guò)程可能帶來(lái)的變化。

圖1.中國(guó)元陽(yáng)縣的水稻梯田，梯田的坡度從15°-75°不等，臺(tái)階多達(dá)3000級(jí)

圖2.法國(guó)巴黎，12條大道從凱旋門廣場(chǎng)輻射延伸出去

圖3.美國(guó)戴維斯-蒙森空軍基地的飛機(jī)墓地

在2000年的一個(gè)國(guó)際會(huì)議上，1995年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主保羅-克魯岑提出，當(dāng)今人類活動(dòng)對(duì)自然環(huán)境的影響已經(jīng)超過(guò)了自然狀態(tài)的變化，應(yīng)該定義一個(gè)新的地質(zhì)時(shí)代，叫人類世。我國(guó)科學(xué)家劉東生院士參加了此會(huì)，回國(guó)后就極力推薦這個(gè)詞。

我們單位是地質(zhì)與地球物理研究所，大部分研究人員是研究地質(zhì)的，其實(shí)90%的地質(zhì)學(xué)都是地層學(xué)，通過(guò)地層學(xué)來(lái)研究和重建地球的歷史。

1958年，美國(guó)的夏威夷建了一個(gè)大氣二氧化碳觀測(cè)站，從此，世界上有了觀測(cè)二氧化碳的連續(xù)記錄。1960年發(fā)表的觀測(cè)記錄發(fā)現(xiàn)，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?？茖W(xué)家們還指出，二氧化碳濃度年際呈現(xiàn)微弱增加的趨勢(shì)。在上世紀(jì)60年代，大氣成分中二氧化碳的含量大約是0.03%，而到現(xiàn)在，大氣中二氧化碳的含量達(dá)到了0.04%。科學(xué)家在南北極的冰層中取樣，當(dāng)時(shí)含有空氣汽包的雪被冷凍成冰，并被沉積成冰層?，F(xiàn)在化驗(yàn)這些冰層中的氣泡，發(fā)現(xiàn)，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(gè)時(shí)代大約是工業(yè)革命前后?？梢园l(fā)現(xiàn)二氧化碳濃度在持續(xù)增加。在南極3000多米的冰芯可以代表80萬(wàn)年的情況。測(cè)量南極冰芯中的氣泡，在80萬(wàn)年前，二氧化碳濃度在最高時(shí)，低于300ppm，而在最低時(shí)，大約在175-180ppm。

在2017年發(fā)表的科學(xué)文章中，提到現(xiàn)在的二氧化碳濃度已達(dá)400ppm。文章還提到，如果人類按現(xiàn)在的生活方式，每年增加2ppm。在本世紀(jì)末二氧化碳濃度就有可能達(dá)到1000ppm。如果按照幾萬(wàn)年前的發(fā)展水平，需要5000萬(wàn)年才能達(dá)到1000ppm。二氧化碳濃度在1000ppm時(shí)是個(gè)什么概念，那就像許多人站著擠在一個(gè)不通氣的小屋子里兩個(gè)小時(shí)以上的感覺。

人類從什么時(shí)候開始對(duì)環(huán)境有顯著影響呢？最近有一篇文章，通過(guò)樹輪研究干旱的變化。可以發(fā)現(xiàn)從20世紀(jì)初開始有三個(gè)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(duì)干旱與人類影響做了歸因分析，認(rèn)為人類對(duì)地球系統(tǒng)的影響至少?gòu)?0 世紀(jì)初就開始了。2018年同濟(jì)大學(xué)在我國(guó)南海的鉆孔中分析了幾十萬(wàn)年間的孢粉記錄。發(fā)現(xiàn)在6000年前后的鉆孔中出現(xiàn)大量的碳屑，原來(lái)的闊葉植被減少了，增加了禾本科植物的孢粉。說(shuō)明華南人類的活動(dòng)影響了區(qū)域植被生長(zhǎng)的變化。佛吉尼亞大學(xué)的古氣候?qū)W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(jīng)出現(xiàn)并影響古氣候。

圖4.全球變暖的不利結(jié)果

國(guó)際地層委員會(huì)的人類世工作組工作了10年，總結(jié)了一些現(xiàn)象，如城市化和農(nóng)業(yè)的侵蝕、沉積速率成量級(jí)地增加，顯著而突然的對(duì)碳、氮、磷循環(huán)的人為擾動(dòng)，產(chǎn)生一些新的化合物，使得生物圈出現(xiàn)快速變化、棲息地的損失帶來(lái)植物多樣性的降低、馴化生物種群大規(guī)模增加，人類的遷徙活動(dòng)等等。

人類世工作組寫了一篇文章，認(rèn)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(biāo)志是最明顯的引起全球同時(shí)變化，又能同時(shí)觀測(cè)到的，能夠得到公認(rèn)的，這個(gè)界限就是核爆炸的出現(xiàn)。

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(xiàn)了20個(gè)最溫暖的年份，而過(guò)去四年是最溫暖的四年。在北半球的高緯度地區(qū)經(jīng)歷了明顯升溫，平均升溫1-2度。

2019年1月7日，美國(guó)科學(xué)院院刊PNAS的一篇文章說(shuō)，自1881年以來(lái)，海洋變暖的速率相當(dāng)于每秒向海洋里投擲一顆廣島原子彈，而現(xiàn)在海洋變暖的速率相當(dāng)于每秒投擲三顆原子彈。

全球變暖，海洋中，深度在2000米以內(nèi)的海水升溫，將導(dǎo)致在陸坡上存在的可燃冰（固態(tài)甲烷水合物）釋放，空氣中的甲烷會(huì)迅速氧化成二氧化碳，使二氧化碳濃度急劇增加。

在地質(zhì)歷史上，曾發(fā)生過(guò)全球變暖事件。最顯著的一次增溫發(fā)生在5600萬(wàn)年前，上層海水升溫，導(dǎo)致陸坡上存在的可燃冰全部釋放，在空氣中急速氧化，產(chǎn)生二氧化碳。使二氧化碳濃度急劇增加。這一事件導(dǎo)致全球平均升溫5度，北極變成了一個(gè)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(fā)生徹頭徹尾的變化。

科學(xué)家在南極周圍海區(qū)地下4000多米的鉆井取樣，發(fā)現(xiàn)深海沉積的碳酸鈣已全部被溶解，沉積物變成了紅色的，說(shuō)明當(dāng)時(shí)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(huì)帶來(lái)一系列變化，甚至?xí)?lái)一系列連鎖反應(yīng)。

在2019年2月對(duì)南極海冰面積進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)比1981-2010年間的海冰面積變小了。北極也如此。在我國(guó)西藏的雅魯藏布江色東普溝再次發(fā)生冰崩碎屑物堵江?？茖W(xué)家們?cè)诒鶅鋈υu(píng)估報(bào)告里提出，目前 “冰凍圈告急”，而研究大氣的科學(xué)家認(rèn)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(wèi)星照片看，我們單位周圍是密密的高樓。北京機(jī)場(chǎng)在1984年是二條跑道，而現(xiàn)在，其面積增加了20多倍。北京城的建城區(qū)的面積，從鴉片戰(zhàn)爭(zhēng)到新中國(guó)成立的二百年間，北京城的面積變化不大。過(guò)去40年中北京城的面積急速擴(kuò)張。

棲息地的損失，將給全球的生態(tài)系統(tǒng)帶來(lái)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(tài)討論問題已經(jīng)不夠了。大約在十年前，科學(xué)家們把全球的表生系統(tǒng)分成若干個(gè)臨界要素。有的增溫5度就會(huì)被觸發(fā)，而冰蓋遇到升溫1度就被觸發(fā)。

如何應(yīng)對(duì)全球氣候變暖，中國(guó)做出了大量工作，退耕還林、還草等大量的綠化工作。上個(gè)月NASA發(fā)表的報(bào)告里，在過(guò)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(yáng)能發(fā)電站，丹麥的風(fēng)力發(fā)電站，中國(guó)在新疆、內(nèi)蒙古等地的太陽(yáng)能和風(fēng)力發(fā)電站，利用清潔能源，對(duì)改變氣候會(huì)產(chǎn)生積極影響。人類對(duì)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

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【討論與交流】

滕吉文：唐博士給我們做了一個(gè)很好的報(bào)告，大家有什么問題，都可以提出來(lái)。

張維：唐博士的報(bào)告很精彩，內(nèi)容很豐富，數(shù)據(jù)很多，使我開闊了眼界，我支持唐博士的觀點(diǎn)。我是原地質(zhì)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(xué)在地質(zhì)學(xué)研究中很重要，對(duì)于撤銷地層學(xué)還是很遺憾的。如果地層學(xué)存在，會(huì)對(duì)研究創(chuàng)新世、人類世及人類與環(huán)境的關(guān)系等發(fā)揮更大的作用。

人類的歷史，也就是300萬(wàn)年，與地球的歷史比較，還是很短暫的。對(duì)于一個(gè)地質(zhì)事件的解釋，由于我們占有的資料有限，往往有多個(gè)解釋，就如同盲人摸象，得出的結(jié)論較主觀，很難接近真實(shí)性。我們搞地質(zhì)的人，必須掌握大量資料，才能有說(shuō)服力。這也是我們搞地質(zhì)和搞地球物理研究的今后的努力方向。

許榮華：我有二個(gè)問題。一個(gè)是人類世中提到的二氧化碳變化過(guò)程，為什么不從工業(yè)革命開始，它應(yīng)該比1950年更合適。再一個(gè)問題，你提到核爆炸的影響。從工業(yè)革命以來(lái)，人類歷史有幾次大的事件發(fā)生，比如發(fā)生過(guò)三次世界大戰(zhàn)，消耗了大量能源、產(chǎn)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(shù)據(jù)中有反映。

唐自華：為什么不選在工業(yè)革命，因?yàn)楣I(yè)革命開始的年代不統(tǒng)一，英國(guó)、法國(guó)、甚至中國(guó)的工業(yè)革命，不是同一年代發(fā)生的，不易被各國(guó)公認(rèn)。而原子彈爆炸，會(huì)對(duì)大氣傳播、二氧化碳擴(kuò)散、對(duì)生物，對(duì)地震動(dòng)，會(huì)馬上被各國(guó)觀測(cè)到。會(huì)被各國(guó)很容易接受，得到公認(rèn)。關(guān)于第二個(gè)問題，就是地球上發(fā)生的事件在地層中有無(wú)記錄，有些記錄不一定引起注意和公認(rèn)。如在我國(guó)山西省的中條山的地層的沉積物中，發(fā)現(xiàn)人類在4000年前的活動(dòng)遺跡。能否把人類活動(dòng)放在4000年前，就沒有得到公認(rèn)。

王柏懿：現(xiàn)在接受人類世觀點(diǎn)的地質(zhì)界的比例是多少。

唐自華：接受這一觀點(diǎn)的人占多數(shù)，是主流。

王庚辰：今天唐博士的報(bào)告，資料多、信息量大，我要好好的去琢磨和學(xué)習(xí)。幾點(diǎn)感受，關(guān)于全球氣候變暖，研究大氣的人強(qiáng)調(diào)環(huán)境變化，而研究地質(zhì)的人員更多的是強(qiáng)調(diào)地質(zhì)年代和自然變化。丁仲禮院士是一位很優(yōu)秀的地質(zhì)科學(xué)家，他的觀點(diǎn)和見解，我們搞大氣的人還沒有機(jī)會(huì)和他溝通。

我們搞大氣的人說(shuō)全球變暖，是指近一百年來(lái)的變化，一百年之前的不討論。所以搞氣象的人認(rèn)為全球氣候變暖是強(qiáng)調(diào)了人類活動(dòng)導(dǎo)致和影響的。今天，唐博士作為搞地質(zhì)的人，在分析引起變暖的諸多因素中，也強(qiáng)調(diào)了人類活動(dòng)，這是我們搞大氣的人感到很震驚的。我們贊成地質(zhì)學(xué)家的觀點(diǎn)。另外，我們現(xiàn)在強(qiáng)調(diào)的全球變暖也好、溫度增加也好，二氧化碳引起的溫室效應(yīng)、輻射效應(yīng)等，都具有很大的不確定性。我們國(guó)家要發(fā)展，我們要努力做到減少碳排放，要做到綠色出行。

國(guó)連杰：對(duì)于全球變暖的驅(qū)動(dòng)力可分為自然的、地球本身的和人為的。關(guān)于二氧化碳的排放量，如何區(qū)分出來(lái)，如大規(guī)模發(fā)展農(nóng)業(yè)和發(fā)展工業(yè)，排放量是不一樣的，能否區(qū)分出來(lái)。現(xiàn)在提到的是平均值，這缺乏科學(xué)依據(jù)。全球變暖是一個(gè)系統(tǒng)科學(xué)問題，它涉及政治、軍事、外交、民族生存等問題，國(guó)家應(yīng)成立一個(gè)部門，專門研究這個(gè)問題，而不能像現(xiàn)在似地，地質(zhì)、氣象、農(nóng)業(yè)、工業(yè)等各有自己的觀點(diǎn)，總在爭(zhēng)議，不能系統(tǒng)地研究。我們國(guó)家研究第四紀(jì)是強(qiáng)項(xiàng)，可是你今天讓大家看到的數(shù)據(jù)和圖表，幾乎都是外國(guó)人做的，我有些疑問。根據(jù)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(yīng)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(guān)于全球變暖的驅(qū)動(dòng)力的細(xì)分，我這里有各種數(shù)據(jù)，今天我沒有介紹。關(guān)于全球變暖的原因，要想說(shuō)清楚非常難。我是整理了各國(guó)科學(xué)家的思路，做的今天的報(bào)告。研究氣象的和研究地質(zhì)的科學(xué)家，對(duì)全球變暖的觀點(diǎn)是有分歧的。氣象記錄已有100多年的歷史，而地質(zhì)從冰芯中研究，其記錄也就在70-80萬(wàn)年，氣象和地質(zhì)的數(shù)據(jù)如何對(duì)接，是很困難的事。我們國(guó)家的科學(xué)家的一些觀點(diǎn)和數(shù)據(jù)，繪出一條曲線，能在國(guó)際上得到認(rèn)可和引用，正在逐步增加，尤其是現(xiàn)在。

王庚辰：研究大氣的科學(xué)家也發(fā)現(xiàn)觀測(cè)的數(shù)據(jù)有對(duì)接問題，大氣觀測(cè)過(guò)去是人工觀測(cè)取樣，現(xiàn)在是自動(dòng)觀測(cè)記錄，原來(lái)的觀測(cè)站在城里，后來(lái)搬到了西郊，再后又搬到了南郊。這里面就有數(shù)字的對(duì)接問題。

孫克忠：國(guó)際上對(duì)全球變暖很重視，這里把巴黎氣候變化大會(huì)上的有關(guān)信息介紹如下。

《巴黎協(xié)定》是2015年12月12日在巴黎氣候變化大會(huì)上通過(guò)、2016年4月22日在紐約簽署的氣候變化協(xié)定，該協(xié)定為2020年后全球應(yīng)對(duì)氣候變化行動(dòng)作出安排。《巴黎協(xié)定》主要目標(biāo)是將本世紀(jì)全球平均氣溫上升幅度控制在2攝氏度以內(nèi)，并將全球氣溫上升控制在前工業(yè)化時(shí)期水平之上1.5攝氏度以內(nèi)。

在各國(guó)的努力下，全球氣候變暖問題，應(yīng)該有一個(gè)好的期待。 

孫建國(guó)：這次沙龍的題目是當(dāng)前的熱門話題，也是大家非常關(guān)心的話題。今天的報(bào)告從古氣候發(fā)展的自然規(guī)律，從歷史上、從根源上挖掘氣候變暖的原因，很有意義。

應(yīng)該讓更多的人了解，來(lái)提高全民素質(zhì)。我們有能力，也有平臺(tái)做好這類科普工作。

滕吉文：今天，唐博士給我們做了一個(gè)非常好的報(bào)告。氣候變暖的過(guò)程和趨勢(shì)，對(duì)我們?nèi)祟惿?、生活很重要，也很關(guān)心。而氣候變暖是一個(gè)復(fù)雜的巨型的系統(tǒng)工程，它涉及到地質(zhì)、氣象、生物、天文和物理等。當(dāng)前人類認(rèn)識(shí)地球的數(shù)據(jù)也就是5%左右，更多的數(shù)據(jù)還需我們不斷的努力，不斷的去探索。當(dāng)今國(guó)際上發(fā)表的文章中引用的數(shù)據(jù)，是采用的全球測(cè)量的平均值，他們的觀點(diǎn)具有局部性，對(duì)這個(gè)地方合適，而換一個(gè)地方可能就不合適。

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【結(jié)論和建議】

在 2016年，人類世作為非正式的地質(zhì)年代被國(guó)際大會(huì)接受，建議的起點(diǎn)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(jīng)超過(guò)地球系統(tǒng)的自然變化，無(wú)論是幅度還是速度。人類影響可能誘發(fā)連鎖反應(yīng)，后果嚴(yán)峻。當(dāng)前氣候系統(tǒng)和生物系統(tǒng)服務(wù)壓力巨大，人類必須積極作為，才有可能扭轉(zhuǎn)趨勢(shì)。

氣候變暖是一個(gè)復(fù)雜的巨型的系統(tǒng)工程，它涉及到地質(zhì)、氣象、生物、天文和物理等，有必要把不同學(xué)科的科學(xué)家聚在一起，共同探討這個(gè)問題。