谁是全球变暖的真凶
作者:雷音
人们在研究气候变化时,发现自18世纪中叶工业革命开始以来,全球气温有持续上升的迹象.特别是最近一些年的全球高温让人们惊呼“全球变暖”.海平面上升,洪涝灾害频发,物种灭绝,让人们痛心疾首.谁是造成地球发高烧的凶手呢?
二氧化碳被普遍认为是罪魁祸首
自工业革命以来,各种工业迅猛发展,对能源消耗也越来越多.人类每年烧掉大量的化石燃料,如煤、石油和天然气等,结果大量的二氧化碳和甲烷被排放到大气中.大气中二氧化碳的平均浓度已从工业化前的280ppm(ppm指百万分之一)上升到2000年的368ppm；甲烷的浓度已由工业化前0．7ppm上升到2000年的1．75ppm.
二氧化碳在大气中含量的增加正好和全球变暖相对应,这让人们把怀疑的目光投射到二氧化碳身上.偏偏二氧化碳自身就有一个让人指责的“把柄”,它能够吸收从地面反射回太空的长波辐射,让这些能量留在地球上.一旦二氧化碳浓度增加,当然就会有更多的能量留在地球上,地球的气温就有可能升高.
由于二氧化碳的这个特点,人们叫它温室气体,认定它是全球变暖的罪魁祸首,其他的帮凶还有甲烷、臭氧和一氧化氮等.
水蒸气也可能是凶手
就在大家对二氧化碳的“罪行“口诛笔伐,各个国家准备限制二氧化碳排放量的时候,2001年,两位瑞典的气候学家建立了一种计算未来气温的新模式,对全球变暖的成因提出了一个新的解释.
他们发现,地球确实像其他研究人员所认为的那样,正在进入一个逐渐变暖的时期.但主要原因并不是大气中二氧化碳增多,而是因为地球轴心在向太阳倾斜,使地球与太阳之间的距离逐渐缩短.随着气温的升高,地球大气层中的水蒸气也逐渐增多.而水蒸气其实和二氧化碳一样,也是温室气体,因此,他们提出,造成温室效应的罪魁祸首应该是不断增多的水蒸气,而不是汽车和工厂所排放的二氧化碳.
这个结论一下子震惊了科学界.人们猛然发现,大家似乎被水蒸气“和善”的外表欺骗了,长期忽视了水蒸气和气温升高之间的联系.而且,当人们认真研究水蒸气对气温的影响时才发现,它的“罪行”可能比二氧化碳更加严重!
水蒸气和气温的关系
首先,空气中的分子吸收辐射的能力,与分子的内部结构有很大关系.占空气成分绝大多数的氧气和氮气,都属于对称的双原子分子.在分子内部,原子的外层电子到两个原子核之间的距离相等,因此分子中的粒子运动状态相对来讲很稳定,于是吸收光辐射的能力就很弱.根据估算,空气中的氧吸收的太阳光只占大气吸收总量的2％,而氮基本上没有对吸收太阳光做出贡献.
而二氧化碳分子、臭氧分子却是三原子分子结构.在这样的分子中,外层电子会偏向一方的原子核,而远离另外一方,分子中的粒子运动状态容易受外界能量的影响而改变,因此,这样的结构容易吸收各种波长的辐射.现在来看看水蒸气,它也由三个原子构成,两个氢原子和一个氧原子.当瑞典气候学家提醒大家关注水分子的时候,人们才注意到,水分子从结构上来看对辐射的吸收能力甚至比二氧化碳还要强.因为在水分子中,氧原子和氢原子的质量差很大,外层电子强烈地偏向一方,这种性质使水蒸气在遇到地面反射回高空的长波辐射时,吸收能力比二氧化碳还强.
其次,水蒸气和气温之间还能够相互“促进”.自从工业革命以来,二氧化碳在大气中的含量确实上升了,但是水蒸气的含量也同样上升了.要知道,当化石燃料燃烧时,生成物中最多的两种物质,一个是二氧化碳,另一个就是水蒸气.而且,水蒸气与大气温度能够形成正反馈的机制：温室效应会导致气温升高,液态水蒸发量增加,更多的水蒸气进入到大气中,吸收原本该返回太空的辐射,气温于是继续升高.
当然,实际情况真要如此,地球很快就将不能居住了,其他的过程阻碍了这个正反馈机制.比如,大气中的水蒸气会改变自身的状态,产生大量的云,天空中的云越多,就会在高空挡住更多的射向地面的太阳光,直接把太阳光反射回太空.在一般情况下,两种效果彼此之间达到平衡,因此在地球的大气中,水蒸气和气温之间不会产生明显的正反馈机制.但是如果人类活动破坏了大气中的平衡,正反馈机制启动,全球变暖就开始了.
最后,水蒸气的独特之处还在于它会随陆地温度的不同,改变自己的状态,由气态变为液态或固态,或者反之.水的固体、液体、气体转化的过程伴随着吸热或放热,因此,水蒸气对大气的影响比在大气中仅以气态形式存在的二氧化碳要大得多.
瑞典科学家把水蒸气在全球大气中的影响因素加进原来的气候模型中,得到了不同气体对温室效应的最新贡献