地质历史中的温室效应

地质历史中的温室效应王亚伟2008110014地质学基地班摘要：在近20年里温室效应越来越受到人们的关注，在全球工业化进程加快的今天，向大气中排放的温室气体越来也多，很多人认为由于温室气体排放量的增加，会引发给人类带来毁灭性的灾害。可近两年来，由于雪灾，冻雨等的出现，人们开始再次讨论我们之前认为的暖冬是否真的出现，是全球变暖了，还是第四纪冰川间期的气温回升。我们开始从温室效应的形成机理出发，在地质历史时期中寻找答案。关键词：地质历史温室效应温室气体人类活动温室效应简介和温室效应的原理温室效应(Greenhouseeffect)，又称“花房效应”，是地球大气保温效应的俗称.大气能使太阳辐射中的短波成分到达地面并被吸收.长波成分被大气吸收，同时地表向外辐射中的长波成分即红外辐射(Infraredradiation，简称IR)也被大气吸收.长波成分具有热效应，这就使地表与低层的大气温度升高，其作用类似于栽培反季节花木的人造小环境—温室，故称之为温室效应。众所周知，地球大气的99%是氮气和氧气，而这两种气体都不吸收长波成分的红外辐射.但不同的是大气中的温室气体却能有效地吸收地球表面、大气本身所辐射出的IR，并产生同样的辐射.温室气体将吸收的热量贮藏于地面及对流层系统之内.温室气体浓度的增加将导致大气对IR吸收能力的增强，从而引起大气向空间的有效IR,增加了地球表面的额外吸收，原来地球辐射收支平衡的状态被打破，这种收支不平衡的状态只能通过地面及对流层系统温度的升高来补偿，引起温室效应。温室气体在大气中增多的结果如同形成一种无形的“玻璃”罩，使太阳辐射到地球上的热量及大气反射回地球上的热量难以向外层空间发散，其结果是地球表面升温，破坏了天然的温室效应，导致出现所谓的温室效应，即全球气候变暖等一系列严重问题(图1).重要的温室气体有哪些大气中含量最高、温室效应最强的气体成分是水汽。水汽在大气中浓度介于千分之一到百分之几之间，因其变化无常，而目对于大气来说，存在一个巨大的自然源—占地表70%的海洋。所以，大气水汽的变化对人为影响很不敏感，所以人们在讨论温室效应增强时把水汽排除在外。除水汽以外的温室气体成分包括二氧化碳(CO2、甲烷CH4)、一氧化亚氮(N2O)、臭氧(O3)、氟利昂或氯氟烃类化合物(CFCS}、氢代氯氟烃类化合物(HCFCs)、氢氟碳化物(HFCs)、全氟碳化物(PFCs)、六氟化硫(SF6)。其中，CO2、CH4和N2O是自然界中本来就存在的成分，由于人类活动而增加，而CFCs,HCFCs,HFCs,PFCs和SF6则完全是人类活动的产物。由于各种温室气体吸收的辐射波长不同，它们在大气中的浓度也各不相同，因此，它们的增加对温室效应的相对贡献也不同。通常用增温潜势(GWP-GlobalWarmingPotentials，以CO2的GWP为1)来表小相同质量的不同温室气体对温室效应增强的相对辐射效应，一种气体的GWP值取决于它的红外辐射吸收带的强度和它在大气中的寿命。所以，同一种气体，对不同时间尺度的气候变化而言，GWP是不同的。对于100年时间尺度的气候变化，CH4和N2O的GWP分别为21和290,HFCs,PFCS、和SF6的GWP值达到103-104，就是说，对于100年时间尺度的气候变化，加到大气中的一个二氧化碳分子所引起的温室效应比加上一个一氧化碳分子的大6000-9000倍。因此，尽管它门的浓度与其他温室气体(如CO2)相比，是很低的，但是却具有重要的温室效应，目它们在大气中寿命极长，必须引起足够的重视。IPCC(1994)主要考虑了CO2,CH4,N2O,HCFCs,HFCS、和SF6六种温室气体。导致变化的因素工业化以来，尤其20世纪50年代以来，人为产生的温室气体排放量不断增加，同时，随着大量化石燃料被开采利用，人工合成化学氮肥的产量和用量日益增加以及土地利用状况急剧变化，打破了原来各种天然温室气体成分的源和汇自然平衡，使大气中的温室气体浓度呈现不断增长趋势，如CO2,CH2和N2O的大气浓度分别比工业化以前增加了大约26%,148%和8%，乡村地区的地面O3浓度大约比上个世纪增加了1倍。大气温室气体浓度逐渐增加，使得工业化以来的大气温室效应比工业化以前处于自然平衡态时更强。原来地球上的人类生存环境是在处于自然平衡态的温室效应条件下长期演变形成的，一旦这种自然平衡态被破坏，取代以更强温室效应条件下的新的平衡态，地表生态环境也必然要发生相应变化，以适应新的平衡态，而这种变化有可能在一定程度上威胁人类及其他生物物种的生存。人类活动造成的影响地球诞生以来，大气温度曾经几度升降，太阳辐射、云层遮蔽和温室气体等各种因素都曾经或正在影响着我们的气候。美国科学家的研究显示，古代农民的活动曾使世界避免进入新冰川期。这一结果说明，人类活动引起的全球气候变暖不是新现象，它可能持续了数千年。英国《观察家报》最近援引研究人员的话说，砍倒大树并开垦第一片田地的史前农民使地球大气中甲烷和二氧化碳等温室气体含量发生了很大变化，全球气温因此逐渐回升。美国弗吉尼亚大学教授威谦·拉迪曼说：“要不是早期农业活动带来的温室气体，目前地球气温很可能还是冰川时期的气温。”研究表明，如果没有人类干预，地球会比现在低2摄氏度，蔓延的冰盖和冰川会影响世界很多地区。但有一种说法：认为温室效应是造成全球气候变暖的主要原因。这是科学家考察了近一百年来二氧化碳排放量的增加与气温上升相关性而提出的。认为控制温室气体的排放，可能会控制全球气候变暖，防止生态平衡破坏，农业变异，冰川融化等灾害发生。当然，根据现代环境科学研究，对温室效应和全球候气变暖的相关程度，还在进一步探索。但人们确实已经感受到全球气候变暖和异常，在这方面，科学家提出控制温室气体排放量也许是防患于未然吧。温室效应的地质历史影响有人提出自地球形成以来，大气CO2浓度发生了很大变化，在地质时期CO2浓度的变化幅度远大于现在，而正是上述的自然因素控制了地质时期CO2的变化.显然，进入人类厉史时期和工业革命之后，那些控制地球表面CO2演化的自然因素是不会消失的，而且现阶段的CO2，变化幅度还没有超出地质时期的波动幅度.有些学者又试图用CO2的大量减少说明，冰期之后气候将进一步变冷，但这时的碳酸盐岩已多是暖水成因.也有人认为，第四纪晚期的CO2浓度波动不过100ppm,而温度变化却达10度，所以，CO2浓度的变化不是温度变化的根本原因。而政府间气候变化问题小组根据气候模型预测，到2100年为止，全球气温估计将上升大约1.4～5.8摄氏度。根据这一预测，全球气温将出现过去10,000年中从未有过的巨大变化，从而给全球环境带来潜在的重大影响。中国科学院地理科学与资源研究所研究员葛全胜在源于树轮、文献、冰川进退及其他多种代用资料的温度重建结果表明：20世纪最后数十年的全球平均温度有可能是过去400年来最高的。1998年和1999年，Mann等人利用树轮等代用资料重建了北半球及全球过去1000年来的温度变化，指出“在过去的1000年中，上世纪90年代应是最暖的10年，1998年是最暖的一年”。Mann等人的成果发表后不久即被IPCC（联合国政府间气候变化专门委员会）等国际研究团体及相关媒体广泛引用与报道，国际上许多相关的研究因之附和。结论从CO2的性质出发，我们可以解释CO2确实是一种温室气体，而且现在人类活动确实是加快了CO2的排放，但是该气体的排放是否是引起现在全球温度上升的主要因素，从地质历史的角度出发，还需进一步考虑。从地质历史时期的角度看，现在处于第四纪冰川的间冰期也是完全可能的。作为一位地质工作者，我们需要进一步收集证据，进行讨论。参考资料：1．[瑞典]克雷思迪安·阿瑟杜柯译温室效应的历史回顾[J]西南民族大学学报2010第6期2.肖胜利郑好望温室效应的物理基础[J]物理通报2010第4期3.王忻宇温室效应问题浅析网络财富[J]2009第3期4．王明星张仁建郑循华温室气体的源于汇[J]气候与环境研究2000第5期5.黄耀中国的温室气体排放、减排措施与对策[J]第四纪研究2006第6期6.郝明林曹兴山河西走廊地质历史中宋辽干冷期灾变事件及其影响[J]甘肃地质2006第1期7．王贵勇董光荣地质时期的CO2及其温室效应[J]环境科学