地球的气温在数十亿年间一直在发生长时段的周期变化

2021-08-19 11:52:02 来源：科技日报

地球因其宜居环境成为我们的家园，但实际上，它并不是一颗温驯的星球，而只是在最近的几十万年当中恰好处于适合人类生存的状态而已。在地球的历史上，既有长达上千万年的严寒，也有持续数百万年的酷热和暴雨。地球的气温在数十亿年间一直在发生长时段的周期变化。因此，衡量全球变暖，需在人类视角下进行。我们关心全球变暖，是因为这一问题和人类的生存发展息息相关。

地球尺度下的气候变化

人类如今正处于一次大冰期中

中国矿业大学（北京）地质学讲师吴会婷介绍，在讨论地球气候变化时，“尺度”是非常重要的概念。地质学家把地球历史上大气和地表长期低温导致极地和山地冰盖大幅扩展，甚至覆盖整个大陆的时期称为大冰期。衡量大冰期的时间尺度是百万年。从地球形成以来，至少出现过5次大冰期，每次大冰期持续时间可达上千万年。在大冰期的极盛期，南北极冰盖的覆盖面积非常广，可超过地表总面积的30%。与之相对，在大冰期之间，地球处于地质学家所称的温室期，温室期的地球上没有任何大陆冰川（包括南北极）。

科学家估计，在地球46亿年的历史上，超过85%的时间是温室期。从这一角度来说，大冰期只是温室期的“插曲”，但正如前文所说，“插曲”一词是对数十亿年的时间尺度而言的。

吴会婷举例，大冰期的寒冷在“雪球事件”当中尤其典型。“雪球事件”指距今7.5亿—5.8亿年间，地球经历了持续超过千万年的大冰期，一些科学家推测，在这个时期，地球上的平均温度一度达到零下50℃，整个地球都被冰冻了起来。在“雪球事件”时期，只有少量生活在火山附近或未结冰海域的生物得以幸存。

虽然并不是每个大冰期都像“雪球事件”发生时这般寒冷，每个大冰期也都有自身的演化周期，并非一直处于盛期，但是地球气候的演化周期之长和波动幅度之大已经可见一斑。事实上，我们人类今天就处于一个大冰期，即第四纪大冰期中，南极洲和格陵兰的冰盖就是这一冰期的象征。在地球历史上的大多数时光，也就是温室期当中，平均温度都比处于大冰期的当下高得多。而平均温度更低的情况在历史上的大冰期内也不罕见。

当我们把观察尺度从百万年降低到十万年时，就可以观察到大冰期内较小的冰期和间冰期。大冰期本身由许多较短的周期组成，其中相对较寒冷的时期被称为冰期，相对较温暖的时期则是间冰期。当前的人类生活在约1.1万年开始的一次间冰期当中，比起约1.8万年前的第四纪大冰期最盛时期，如今的年平均气温已经高了15℃。科学家预计，下一个冰期将在约9万年后到来，“千里冰封”的世界到那时会再度降临。

气候变迁周期受多因素影响

地球轨道变化、板块运动等均作用其中

作为古生物学方向的学者，吴会婷补充说，地质史上气候变迁对生物演化有着重大影响。例如20多亿年前的全球性成氧事件导致了真核生物的出现，2.5亿年前的超大型火山爆发事件，使得全球气温增高、海水缺氧和酸化等，造成当时地球上的生物大量灭绝，颠覆了全球海洋生态系统的面貌。

地球上为何存在大冰期—温室期这种以百万年计的周期，大冰期内部又为何存在冰期—间冰期这种以十万年计的循环？为了解释这些问题，科学家们已经提出了大量假说，其中最有影响力的是以南斯拉夫地球物理学家、天文学家米兰科维奇命名的“米兰科维奇循环”。米兰科维奇推测，冰期与间冰期的形成与地球轨道的变化有关，取决于离心率、地轴倾斜度、北半球夏至位置等因素。米兰科维奇提出的假说得到了后续地质证据的支持，已经成为科学界普遍接受的理论。至于大冰期的形成原因，科学界提出的可能影响因素包括板块运动、太阳系在银河系当中的位置等。以“雪球事件”为例，科学家推测这次大冰期的成因是板块运动带来的岩石风化消耗了过多的二氧化碳，而结束的原因则是成千上万年的火山喷发又释放积累了大量的二氧化碳。

和地球历史上这些漫长的周期和剧烈的变化相比，人类在数千年文明史当中经历的气候变化显得微不足道。比起天体和板块运动，人类活动对地球气候造成的影响看起来也像是沧海一粟。那么，全球变暖对我们来说为什么重要？“怀疑论者”“阴谋论者”的观点为何不可取？说到底，要理解这些问题，我们必须把观察尺度进一步缩小，站在人类社会的角度进行观察。

人类尺度下的全球变暖

我们的活动已改变气候正常变化轨迹

从长时段来看，天体和板块运动对地球气候变化的统治力是绝对的，比起它们的力量，地表生物就如同浮尘一般。然而，顽强的地球生命还是在自身演化中发展出了影响气候的能力。在气候变化以百万年尺度衡量的大张大合当中，作为整体的生物起到的作用或许只能说是重在参与。但是对于这些寿命只有几分钟到几百年不等的生物本身来说，一丁点气候变化就可以说是性命攸关了——人类也不例外。

安徽省地质博物馆、古生物化石科学研究所工作人员向科技日报记者介绍了人类在气候变化史上的地位：在地球的历史上，有三类生物通过改变碳循环影响到了气候变化。首先出现的是光合作用生物（藻类），它们具备把二氧化碳转换为氧气的能力，固定了原始大气中90%以上的二氧化碳。随后出现的是分解者（土壤微生物），它能够分解植物纤维，把二氧化碳放回大气，使得碳循环得以建立。正是因为这两者的先后出现，地球上曾经出现过冰室效应，尔后又被化解。

三者中最后出现的人类，在最近200年方才获得影响气候的能力——进入工业时代的人类挖掘出地下的化石燃料，并通过大规模消费使其释放出二氧化碳。人类活动打破了地球生物数亿年来维持的碳循环，在200年内实现了自然界原本需要数千万年乃至数亿年才能完成的化石碳库释放——这就是“全球变暖”的起源。

在科学界，全球变暖问题也曾经历整整一个世纪的争议。科学家们难以论断，人类活动是否有能力对地球气候造成哪怕比较微小的影响，以及当下的气候变化是不是自然界周期的正常表达。然而到20世纪末，越来越多的证据表明，人类活动对气候的影响确实存在，而且这种影响已经大到了改变正常变化轨迹的地步，全球变暖由此才成为科学界和政界的共识。

“我们发现，当下地球上生物物种数量、气候变化的速率和幅度，实则已经远远超过了地质历史时期曾发生过的最惨烈、最严重的生物大灭绝事件。”吴会婷说，“目前，科学家正在深入研究地球早期生命的起源演化过程同气候变化的关系，并用大数据分析趋势。”

近年来的一些研究表明，牛羊打嗝、放屁释放甲烷，野猪觅食破坏土壤都会增加碳排放。其中，畜牧业排放温室气体的问题已经得到国际组织和各国政府重视，野猪活动排碳则是科学家在2021年新发表的研究成果。不过，比起这些动物活动，人类对化石能源的消费才始终是温室气体排放的主导因素。

地质学家很少关注十万年以下尺度的研究问题。对于存在了46亿年的地球来说，一百万年也不过是须臾而已。但是对于人类社会自身来说，百万年尺度上的气候剧变是遥不可及的，9万年后才会到来的下一个冰期也无须担忧，但是，接下来一千年乃至一百年的生存和发展问题才可谓迫在眉睫。正是在属于人类的时间尺度上，人类造成的全球变暖才有至关重要的意义。保护环境，努力维持适宜的气候，力争实现碳达峰、碳中和，归根结底是在保护人类自己。

标签：宜居环境气候变化全球变暖人类生存环境