氣候變遷

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氣候變遷是指氣候在一段時間內的波動變化,一段時間也可能是指幾十年或幾百萬年,波動範圍可以是區域性或全球性的,其平均氣象指數的變化。目前對氣候變遷討論最多的是關於環境政策對當代氣候的影響,也就是說人為因素對氣候的影響,尤其是關於全球暖化問題。

原因[編輯]

對氣候變遷影響的因素來自多方面,包括太陽輻射地球運行軌道變化、造山運動溫室氣體排放等。由於地表許多間接影響氣候的因素反應較慢,如海洋溫度變化,冰山融化等,所以氣候變遷相對直接影響氣候的因素變化來說,可能要等幾個世紀,甚至更長的時間才能顯現出來。

大陸漂移[編輯]

經過幾百萬年,地球大陸板塊漂移,造成陸地和海洋位置和面積的變化,會影響全球大氣環流,從而產生全球或區域性的氣候變遷。

海洋的位置對全球的量和濕度的轉移有極其重要的作用,因此也對全球氣候起著決定性的作用。例如五百萬年前,巴拿馬地峽形成,截斷了太平洋大西洋之間的聯繫,因此造成了墨西哥灣暖流,導致北半球產生冰蓋。[1][2] 更早的石炭紀時期,大陸漂移造成大規模的被貯存起來,也因此引發的冰河時期的到來。[3]超大陸盤古大陸時期,海陸狀態曾經造成「超級季風」產生。[4]

地貌狀態也能影響氣候變遷,造山運動形成了山脈,山的存在會造成地形降水,由於隨著地勢增高,氣溫下降,蒸汽凝結,這種降水是高山冰川形成的主要原因,也使山區形成在不同高度有不同的動物植物群落,形成高山生態系統

大陸的面積也對氣候有重要作用,因為海洋熱容量大,可以穩定溫度變化,沿海的年氣溫變化要比內陸小,所以面積大的大陸季節性溫度變化要比面積小的陸地或島嶼大。

太陽輻射[編輯]

根據太陽黑子同位素變化推測出最近幾個世紀太陽輻射的變化情況

太陽是地球最主要的外來能源,太陽活動不論長期或短期的變化,都能影響地球的氣候。

在地球古代時期,太陽輻射只相當現在的70%,當時理論上地球不可能有液態水存在,但考古證明確相反,在冥古宙[5][6]太古宙[7][5] 時期,是太陽年輕時期,[8] 這種現象可能是因為當時地球的大氣組成存在大量的溫室氣體[9] 經過40年後,太陽輻射增強,地球的大氣組成也變化了,主要是的成分迅速增加,不過如果太陽依照恆星的成長規律繼續變化,輻射還會逐漸增加,還會對地球氣候產生影響,太陽最終會形成紅巨星,然後成為白矮星死亡,當太陽變成紅巨星時,可能地球已經會被太陽吞噬而消亡。

但太陽短期的輻射變化,如11年一個周期的黑子活動變化,[10]和更長一些的20多年輻射變化周期,[11]也對地球氣候有影響,11年的周期變化會對平流層的氣溫產生約1.5 °C的影響,使高緯度更冷,低緯度更熱。可能是由於赤道附近輻射增強,造成將平流層熱風向對流層驅逐,根據從1900年到1950年氣溫變化的觀察,也許這種變化是引發小冰河時期出現的原因。[12] 太陽輻射的變化,現在人類尚沒有完全研究明白,這種變化是隨著太陽的年齡也在變化,有的研究認為全球暖化和太陽的輻射變化也有關。[13] [14]

地球軌道變化[編輯]

地球的軌道只要有輕微的變化,就會影響到太陽輻射在地球表面上的分布,雖然對地球的年平均接受輻射量影響不大,但對地區性和季節性的輻射量可能有很大影響,地球的軌道有三種變化:運行軌道的橢圓度、地軸傾角和地軸的進動。三種變化結合形成米蘭科維奇循環,是地球產生冰河時期間冰時期的主要原因,[15] 也是造成撒哈拉沙漠變遷,[15] 和地層變遷的主要原因。[16]

火山活動[編輯]

火山111活動是由於地球的地殼地函之間新陳代謝運動造成的,火山噴發會向大氣噴出氣體和火山塵,也會形成溫泉。火山在歷史上每個世紀平均都會發生幾次噴發,都會影響幾年的氣候變遷,火山塵會阻斷太陽輻射,造成氣溫下降,1991年的皮納圖博火山噴發[17] 使得全球氣溫下降了大約0.5 °C,1815年的坦博拉火山火山噴發,造成無夏之年[18] 但相當大規模的火山噴發,每隔億年只出現幾次,但可能造成全球暖化和大規模的物種滅絕。[19]

火山噴發還影響到循環,將地殼和地函中的碳以二氧化碳的形式釋放到大氣中,然後又沉積到地層中,根據美國地質調查發現,人類活動造成二氧化碳的釋放,相當火山活動的130倍。[20]

洋流變化[編輯]

現代海洋中溫度鹽份環流示意圖

海洋是氣候系統的基礎組成部分,短期幾年或幾十年內的漲落變化,如厄爾尼諾現象、太平洋、北大西洋、北冰洋的溫度漲落,比大氣溫度更能代表氣候變遷情況;從長期來說,海洋中的溫鹽環流是海洋深層的緩慢水流,對海洋中熱量的重新分布起到了決定性的作用。

定義:

洋流又稱海流,海洋中除了由引潮力引起的潮汐運動外,海水沿一定途徑的大規模流動。引起海流運動的因素可以是 風,也可以是熱鹽效應造成的海水密度分布的不均勻性。加上地轉偏向力的作用,便造成海水既有水平流動,又有鉛直流 動。由於海岸和海底的阻擋和摩擦作用,海流在近海岸和接近海底處的表現,和在開闊海洋上有很大的差別。 洋流是具有相對穩定的流速和流向的大規模的海水運動。洋流是促成不同海區間水量、熱量和鹽量交換的主要原因,對於氣候狀況、海洋生物、海洋沉積、交通運輸方面,都有很大影響。 洋流是地球表面熱環境的主要調節者,巨大的洋流系統促進了地球高低緯度地區的能量交換。洋流與所經流經區域之間,也通過能力交換改版其環境特徵。

事例:

暖流舉例:灣流是世界上第一大海洋暖流,如聞名世界的墨西哥灣流。墨西哥灣流雖然有一部分來自墨西哥灣,但它的絕大部分來自加勒比海。當南、北赤道流在大西洋西部匯合之後,便進入加勒比海,通過尤卡坦海峽,其中的一小部分進墨西哥灣,再沿墨西哥海灣海岸流動,海流的絕大部分是急轉向東流去,從美國佛羅里達海峽進入大西洋。這支進入大西洋的灣流起先向北,然後很快轉向東北方向流去,橫跨大西洋,流向西北歐的外海,一直流進寒冷的北冰洋水域。它的厚度200米~500米,流速2.05米/秒,輸送的水量 比黑潮大1.5倍。 灣流蘊含著巨大的熱量,它所散發的熱量,恐怕比全世界一年所用燃煤產生的熱量還要多。由於它的到來,英吉利海峽兩岸每1米長的土地享受著相當每年燃燒6萬噸煤所發出的溫暖。如果拿同緯度的加拿大東岸加以對照,判別更為明顯:大西洋彼岸的加拿大東部地區,年平均氣溫可低到-10℃,而同緯度的西北歐地區可高到10℃。

寒流舉例:世界大洋東部有5大著名寒流:北太平洋的加里福尼亞寒流,南太平洋的秘魯寒流,北大西洋的加那利寒流,南大西洋的本格拉寒流,南印度洋的西澳寒流。它們分別從北、南半球高緯度海域向低緯度海域流動。另外,北大西洋的格陵蘭海流從北冰洋中挾帶出大量冰塊;拉布拉多海流在沿北美東岸南下途中,將大量冰山帶往紐芬蘭淺灘。


-洋流的重要性 1、將多個不同洋域的熱能傳送至不同洋區; 2、將多個不同洋域的養分傳送至不同的洋區; 3、將多個不同洋域含氧量不同的海水因洋流分布往不同洋區。

洋流對氣候的影響: 總體來說,暖流增加溫度和濕度,寒流降低溫度和濕度。 對氣溫的影響洋流使低緯度的熱量向高緯度的熱量傳輸,特別是暖流的貢獻。洋流對同緯度大陸兩岸氣溫的影響:暖流經過的大陸沿海氣溫高,寒流經過的大陸沿海氣溫低。 對降水和霧的影響暖流上空有熱量和水氣向上輸送,使得層結不穩定、空氣濕度增大而易產生降水。而寒流產生逆溫,層結穩定,水氣不易向上輸送,蒸發又弱,下層相對濕度又是雖很大,但只能成霧,不能成雨。寒流表面多平流霧,在以下幾種情況出現:海陸風霧:陸風在白天流到寒流表面而形成平流霧;海霧:在寒暖流交匯處,風自暖流表面吹至寒流表面而形成平流霧。

海洋運輸帶: 海洋運輸帶作為一個巨大的系統循環在全球並能改變全球的氣候。 在北極,運輸帶變冷,下沉並和風一起提供動力讓它作為寒流循環在全球,又在印度洋和大西洋北部轉為暖流。如此往複,海洋運輸帶的動力才一直沒有間斷。 現在,全球暖化的情況正在每況愈下,北極為運輸帶提供的動力正在逐步減弱,同時,全球氣候也將遭遇重創。

海洋運輸帶對於氣候的影響: 在運輸帶運作的同時,也帶動了空氣的運動。乾燥或濕潤的空氣以運輸帶為載體隨之運動併到達不同的地區,有時還能帶去大量的熱量。由此,會形成多種多樣的氣候現象,如海霧,颱風等。 北極寒流提供的動力將冰水帶入海洋,調節了海洋的水溫。

人為因素[編輯]

人類活動會影響環境,有時人類活動對氣候有著直接和不容質疑的影響,例如:灌溉就會改變當地的濕度,有時的影響則不那麼明顯。現代科學研究傾向於認為在最近幾十年內,人類的活動致使全球氣溫迅速上升。[21] 因此人類應該盡量減少對氣候影響的活動並設法消除已經造成的惡果。[22]

其中人類對氣候影響最大的因素,是因為燃燒化石燃料,製造水泥,排放了大量的CO2飄塵,此外還有土地利用、臭氧層破壞、畜牧業農業活動[23]森林砍伐等,都會對氣候有不同範圍的影響,並成為氣候變遷的因素。

氣候變遷的證據[編輯]

氣候變遷的證據可以從各方面看出來,從19世紀中葉,就有全球大氣溫度變化的記錄,再早的情況雖然沒有直接的記錄,但可以依據間接的來源確定,如植被分布、積冰層的研究[24] 古樹的年輪、海平面變化、冰川地質學等。

考古學研究[編輯]

從古代人類分布,農業生產的方式,考古的發現,口頭傳說和歷史文獻中,可以發現歷史上氣候變遷的情況,氣候變遷曾經造成多個文明的毀滅。

冰川[編輯]

南極沃斯托克站冰層研究檢測出過去450 000年中二氧化碳、溫度和塵埃變化情況。

冰川能顯現出氣候變遷的明顯證據,當氣候變冷時,冰川範圍擴大,氣候變暖時冰川收縮。冰川的變化會將影響氣候的因素放大,同時也對自然造成影響。1970年代,根據高空攝影,已經對全球的冰川情況完成詳細的記錄,記錄了覆蓋240 000平方千米的大約100 000個冰川,以前的估計全球冰川覆蓋面積應該是約445 000平方千米,世界冰川監測所每年收集冰川萎縮和物質平衡的數據,根據數據證實,全世界冰川在1920年代和1970年代是處於擴大狀態,在1940年代曾經萎縮,從1980年代中期到現在又處於萎縮狀態。物質平衡數據顯示冰川物質已經連續17年處於消失狀態。

20世紀時阿爾卑斯山冰川變化圖

最重要的氣候變遷是上新世中晚期(約三百萬年前)的冰河期和間冰期循環,最近的一次間冰期(全新世)已經延續了約11 700年。[25]表現在陸地的冰蓋變化和海平面的漲落。

植被[編輯]

植被的變化也反映了氣候的變遷情況,哪怕氣候微小的變化,如果造成溫度和降水增加,植物生長茂盛,會固定二氧化碳。如果氣候急劇變化,會導致植物死亡和土地沙漠化[26]

冰芯[編輯]

對冰芯鑽探分析,例如對南極冰層的分析,可以發現大氣溫度和海平面的歷史變化情況,對封凍在冰層氣泡中的氣體研究,也可以發現歷史大氣的二氧化碳含量變化情況,對研究古代和現代大氣狀態的區別提供了非常有價值的信息。

年輪氣候學[編輯]

年輪氣候學是根據的年輪研究古代氣候變遷的學科,寬的年輪證明當時氣候濕潤,適合植物生長,窄的年輪證明當時氣候條件不好,不利於植物生長。

孢粉分析[編輯]

孢粉學是研究當代和化石植物孢子花粉的學科,根據孢粉化石可以分析古代植物種類的分布情況,不同種類的植物花粉形狀、結構、表面狀態都不同,花粉表面含有彈性物質,可以抵禦腐蝕,在河流湖泊沼澤等不同時代的沉積層中發現的花粉化石,可以確定植物分布的變化情況,由此推測當地的氣候條件變化。[27][28]

昆蟲[編輯]

在不同時期沉積物中經常發現昆蟲的化石,研究昆蟲種類的變化也可以推測當時氣候條件的變化。[29]

海平面變化[編輯]

用檢潮儀可以檢測海平面的變化情況,現在常用高度計和人造衛星軌道結合測量海平面的變化,海平面的漲落是大氣溫度變化和冰川融化造成的。[30]

參見[編輯]

參考文獻[編輯]

  1. ^ Panama: Isthmus that Changed the World. NASA Earth Observatory. [2008-07-01]. 
  2. ^ Gerald H., Haug. How the Isthmus of Panama Put Ice in the Arctic. WHOI: Oceanus. 2004-03-22 [2009-07-21]. 
  3. ^ Peter Bruckschen, Susanne Oesmanna, Ján Veizer. Isotope stratigraphy of the European Carboniferous: proxy signals for ocean chemistry, climate and tectonics. Chemical Geology. 1999-09-30, 161 (1-3). 
  4. ^ Judith T. Parrish. Climate of the Supercontinent Pangea. Chemical Geology. 1993年, 101: 215–233. 
  5. ^ 5.0 5.1 Marty, B. Water in the Early Earth. Reviews in Mineralogy and Geochemistry. 2006年, 62: 421. 
  6. ^ Watson, Eb; Harrison, Tm. Zircon thermometer reveals minimum melting conditions on earliest Earth.. Science (New York, N.Y.). 2005年May月, 308 (5723): 841–4. ISSN 0036-8075. PMID 15879213. 
  7. ^ Hagemann, Steffen G.; Gebre-Mariam, Musie; Groves, David I. Surface-water influx in shallow-level Archean lode-gold deposits in Western, Australia. Geology. 1994年, 22: 1067. 
  8. ^ Sagan, C.; G. Mullen. Earth and Mars: Evolution of Atmospheres and Surface Temperatures. 1972年. 
  9. ^ Sagan, C.; Chyba, C. The Early Faint Sun Paradox: Organic Shielding of Ultraviolet-Labile Greenhouse Gases. Science. 1997年, 276 (5316): 1217. PMID 11536805.  |author2=|last2=只需其一 (幫助)
  10. ^ Willson, Richard C.; Hugh S. Hudson. The Sun's luminosity over a complete solar cycle. Nature. 1991-05-02, 351: 42–44. 
  11. ^ Willson, Richard C.; Alexander V. Mordvinov. Secular total solar irradiance trend during solar cycles 21–23. Geophysical Review Letters. 2003年, 30 (5): 1199. 
  12. ^ Solar Influences on Global Change, National Research Council, National Academy Press, Washington, D.C., p. 36, 1994.
  13. ^ NASA Study Finds Increasing Solar Trend That Can Change Climate. 2003年. 
  14. ^ Cosmic ray decreases affect atmospheric aerosols and clouds. Geophys. Res. Lett. 2009年. 
  15. ^ 15.0 15.1 Milankovitch Cycles and Glaciation. University of Montana. [2009-04-02]. 
  16. ^ Gale, Andrew S. A Milankovitch scale for Cenomanian time. Terra Nova. 1989年, 1: 420. 
  17. ^ Diggles, Michael. The Cataclysmic 1991 Eruption of Mount Pinatubo, Philippines. U.S. Geological Survey Fact Sheet 113-97. United States Geological Survey. 28 February 2005 [2009-10-08]. 
  18. ^ Oppenheimer, Clive. Climatic, environmental and human consequences of the largest known historic eruption: Tambora volcano (Indonesia) 1815. Progress in Physical Geography. 2003年, 27: 230. 
  19. ^ Wignall, P. Large igneous provinces and mass extinctions. Earth-Science Reviews. 2001年, 53: 1. 
  20. ^ Volcanic Gases and Their Effects. U.S. Department of the Interior. 2006-01-10 [2008-01-21]. 
  21. ^ IPCC. (2007) Climate change 2007: the physical science basis (summary for policy makers), IPCC.
  22. ^ See for example emissions trading, cap and share, personal carbon trading, UNFCCC
  23. ^ Steinfeld, H.; P. Gerber, T. Wassenaar, V. Castel, M. Rosales, C. de Haan. Livestock’s long shadow. 2006年. 
  24. ^ Petit, J. R., Humberto Ruiloba, M, Bressani, R, J.-M. Barnola, I. Basile, M. Bender, J. Chappellaz, M. Davis, G. Delaygue, M. Delmotte, V. M. Kotlyakov, M. Legrand, V. Y. Lipenkov, C. Lorius, L. PÉpin, C. Ritz, , E. Saltzman and M. Stievenard. Climate and atmospheric history of the past 420,000 years from the Vostok ice core, Antarctica. Nature. 1999-06-03, 399 (1): 429–436 [2008-01-22]. doi:10.1038/20859. PMID 20859.  |last1=|author1=|last=只需其一 (幫助); |first1=|first=只需其一 (幫助); |author2=|last2=只需其一 (幫助); |author3=|last3=只需其一 (幫助)
  25. ^ International Stratigraphic Chart (PDF). International Commission on Stratigraphy. 2008年 [2009-07-22]. 
  26. ^ Bachelet, D; R.Neilson,J.M.Lenihan,R.J.Drapek. Climate Change Effects on Vegetation Distribution and Carbon Budget in the United States (PDF). Ecosystems. 2001年, 4: 164–185 [2009-02-1-10]. doi:10.1007/s10021–001–0002-7 請檢查|doi=值 (幫助). 
  27. ^ Langdon, PG, , Lomas-Clarke SH. Reconstructing climate and environmental change in northern England through chironomid and pollen analyses: evidence from Talkin Tarn, Cumbria. Journal of Paleolimnology. 2004年August月, 32 (2): 197–213 [2008-01-28].  |author1=|last=只需其一 (幫助);
  28. ^ Birks, HH. The importance of plant macrofossils in the reconstruction of Lateglacial vegetation and climate: examples from Scotland, western Norway, and Minnesota, USA. Quarternary Science Reviews. 2003年March月, 22 (5-7): 453–473 [2008-01-28]. 
  29. ^ Coope, G.R.; Lemdahl, G.; Lowe, J.J.; Walkling, A. Temperature gradients in northern Europe during the last glacial—Holocene transition(14–9 14 C kyr BP) interpreted from coleopteran assemblages. Journal of Quaternary Science (John Wiley & Sons, Ltd.). 1999-05-04, 13 (5): 419–433 [2008-02-18]. 
  30. ^ Sea Level Change. University of Colorado at Boulder. [2009-07-21]. 

外部連結[編輯]