五千年(敝帚自珍)

主题:金星的温室效应揭示地球的二氧化碳不是全球暖化的原因 -- PBS

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家园 金星的温室效应揭示地球的二氧化碳不是全球暖化的原因

最近看到快乐是什么河友写的《杂谈全球变暖》一文,很有独到的看法,尤其是金星的二氧化碳温室效应的结果,对温室效应带来的温升感到震撼,第一眼给人的感觉就是如果再不控制地球上的二氧化碳,我们的结局就是就是金星的下场。

我曾写过一个《火星金星的现状和地球的未来》短文,指出地球最后的命运就是金星火星的下场,而导致这个下场的原因就是地球水的变化,在这个过程中没有任何二氧化碳的份。

现在我们来看看金星大气这个没有加过人工二氧化碳的行星大气:

金星的大气主要由二氧化碳组成,并含有少量的氮气。金星的大气压强非常大,为地球的90倍,相当于地球海洋中1千米深度时的压强。大量二氧化碳的存在使得温室效应在金星上大规模地进行着。如果没有这样的温室效应,温度会比现在下降400 °C。在近赤道的低地,金星的表面极限温度可高达500 °C。这使得金星的表面温度甚至高于水星,虽然它离太阳的距离要比水星大的两倍,并且得到的阳光只有水星的四分之一(高空的光照强度为2613.9 W/m2,表面为1071.1 W/m2)。

金星大气中没有任何其他温室气体,所以我们可以确定金星的温室效应完全由金星大气中的二氧化碳提供。这是一个绝妙的系统可以单独观察二氧化碳是如何实施其温室效应的。

从上文看到,即使在太阳辐射强度达到1071 W/m2的条件下,如果没有金星大气中二氧化碳的温室效应,金星的表面温度会下降400摄氏度。由于金星的二氧化碳分压是90个大气压,所以我们可以很容易的得出每一个大气压的二氧化碳大气分压贡献了400/90=4.44摄氏度的温升(在太阳地表辐射能为1071W/m2的条件下),这是个令人印象深刻的数值。

既然有了这个不受人类干扰影响的二氧化碳温室效应指数,我们是否也可以用它来计算地球大气中二氧化碳对地球的温室效应呢?我的感觉是可以的,金星能,地球也能。

先来计算地球大气中二氧化碳的分压:今天地球大气中二氧化碳浓度是388ppm,也就是说其分压是0.004个大气压。那么按照每个大气压的二氧化碳可以增温4。4度,0.004个二氧化碳分压的增温效果是0.004X4.4=0.016度。在现有的二氧化碳浓度条件下再增加浓度一倍(776ppm,其实不可能,因为人造化石燃料二氧化碳的极限是600ppm),地球将增温0.016度。

说句老实话我开头对我计算的结果吓了一跳,在重复计算后确信没错,才郑重地写下了我的模型计算。

本着大胆设想,小心论证的原则,我又去拜访了Dr. Heinz Hug的The Climate Catastrophe一文,(他用辐射学中Stefan-Boltzmann的原理),发现假定今天的388ppm的二氧化碳浓度变成776ppm的情况下,地球大气增温是0.015摄氏度。所以我的增温范围是靠谱的,至于0.015到0.016度的差别,重要吗?咱们中国人不就是差不多主义嘛。

The Global Climate [14]), the doubling effect should be 0.17% which is 0.012 degC only. If we take 1/80 of the 1.2 degC that result from Stefan-Boltzmann's law with a radiative forcing of 4.3 W/m2, we get a similar value of 0.015 degC.

刚刚庆幸我的差不多主义居然还能蒙混过关,开始觉得不对劲---我忘了在地球表面所接受的太阳辐射能(168W/m2)是在金星上的太阳辐射能(1071W/m2)的六分之一。

这样一来我的数值还是偏大,可能的解释是在金星上780K的黑体辐射峰值是2.5微米,二氧化碳吸收在此波段不强,而地球均温是14摄氏度(288K),黑体辐射峰值靠近二氧化碳的15微米吸收峰(当然还没重合),这样就可以弥补一点。

不管怎样,这个数量级是没有问题的了。但这个0.02摄氏度的增温对地球暖化的效果来看实在是太不靠谱。

所以可以说通过计算在金星上进行二氧化碳温室效应,我们可以得出这样一个结论:二氧化碳的确在金星上起到了温室效应而在地球上的这个效应可以忽略不计。

那么地球的温室效应的主要贡献者是什么?回答是:应该是水。

由于地球上有水,可以同二氧化碳作用形成碳酸进而形成碳酸盐而将二氧化碳固定下来,这就是在地球大气中二氧化碳的浓度很低的原因(每10000个大气分子中只有4个分子是二氧化碳)。

通宝推:李根,

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家园 我觉得这个思路有问题

二氧化碳的作用对温度的作用并不是通过压强来实现的,而是像一层棉袄一样,它之所以能够保温,是因为很厚,所以温度跑不出去,而不是因为热量被压在里面了。也许不用那么多压强,就是说,棉袄不用那么厚,那些热量还是跑不出去,所以增加的压强,其边际效能可能并不高。

另外,本身压强也不能代表其保温能力,就如同重量并不能代表棉袄的保温能力一样,轻软的羽绒服不一定保温能力差于厚重的军大衣。

家园 批判Hug的文章还是很多的

你引的网页上就有连接,很热闹的。非常错误的结论,仔细读读?

金星和地球不好这么比较的,你先要证明这样可以比较才行。

还有一个重要问题,在于金星是一个平衡状态,地球原来也是一个平衡状态。人类碳排已经干扰了地球的碳平衡,从而地表向升温方向波动。因为人类碳排一直在进行,而大自然平衡这个干扰的机制作用较慢,所以,即使是保持现在的浓度不变,温升也是要继续的,实际上,根本不存在某个二氧化碳浓度与温升程度的对应关系。比如说,2005年的二氧化碳浓度是379ppm,目前的温升是0.74摄氏度。如果保持这个数值不变,温升也会逐渐增加。

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这个图里面的橙色线,就是在大气二氧化碳浓度保持2000年水平的情况下,温升的预计情况。你可以看出,这个温度仍然是缓慢上升的。

所以你的根本假定就是错的。

家园 看来你没有学过热力学

二氧化碳的作用对温度的作用并不是通过压强来实现的,而是像一层棉袄一样,它之所以能够保温,是因为很厚,所以温度跑不出去,而不是因为热量被压在里面了。

我正在写气候变暖的一些东西要使得你也能看懂看来还要花些功夫。

我不是个写科普的料,但我会试图做得好些。

家园 冰川期几十度温差的机理还没有怎么搞清楚

现在却在谈二氧化碳零点几度的决定性作用,这个好像夸张了吧?

冰里的二氧化碳的数据只有65万年,而最近的第四纪冰川差不多200万年前的事情了。解释不了冰川期的情况,比较难以让人对现在零点几度的决定性表示赞同。

如果二氧化碳是决定性因素,在冰川期前,应该看到二氧化碳长时间的处于低位,而冰川期中二氧化碳应该长时间在高位。这样的话问题就出了:最低温时,二氧化碳会回升。这个和现在的理论是相反的。现在的理论是低温伴随二氧化碳低位。所以,逻辑上而言,其中必然有个负反馈的过程。这个负反馈是什么?强度多大?为什么现在没有人谈这个负反馈?

不知道,科学界对于影响气温的因素中每个的权重是如何认识的,例如,水循环,地壳运动,地幔运动,磁极运动,地球自转,太阳爆发,等等。

给我的直觉是二氧化碳有一定的作用,但是权重多少是个疑问。二氧化碳中人的影响相对自然界的作用,例如一次比较大的火山爆发,又是个疑问。


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家园 二氧化碳分压是表示二氧化碳的浓度

楼主在这儿说的不是压力如何如何,而是用分压来代表二氧化碳的浓度。分压越高,浓度越大,因此吸收的热量就越多。

再有,棉袄是一个错误的说法。二氧化碳不是在保温,而是在吸收热量,也就是说在加温。虽然结果对于科普来说差不了多少,可性质完全不同的话,很有可能造成误会。

家园 两回事

冰川期温度变化的原因,更重要的在于地球和太阳位置的关系,这个变化是这个长周期的主要原因,而不是二氧化碳,这也不是什么搞不清楚的事情。目前气候研究的不过就是几十几百年内的事情,地球和太阳的位置是相对稳定的,在已经有一个平衡状态的情况下,施加给地球的少量持续干扰才可能成为干扰因素。所以说是两回事。

其他问题,我在慢慢写,希望能回答部分问题。或者自己去看报告,正反方的反正都有。

火山爆发影响很大,1991年就有一次,对1990年代初期的很多现象都有影响的,我以后会讲。不过火山爆发的影响是有时间限制的,不同规模的爆发,影响的程度和时间都不同。你毕竟不能指望火山爆发去给地球降温不是?

家园 冰期的问题

IPCC的解释

地球的气候在所有时间尺度上都发生了变化,其中包括远在人类活动能够发挥作用之前。在认识这些气候变化的成因和机制方面取得了很大的进展。地球辐射平衡的变化是过去气候变化的主要驱动因子,但这些变化的原因各不相同。任何一种情况,无论是冰期、恐龙时代的暖期或是过去一千年中的波动,其具体原因都必须单独确定。在许多情况下,现在已经能够很有信心地确定其成因,利用各种量化模式可以重建许多过去的气候变化过程。

全球气候是由地球辐射平衡所决定的。有三种基本途径可以改变地球的辐射平衡,从而导致气候变化: (1) 改变射入的太阳辐射(例如,地球轨道或太阳自身的变化);(2) 改变太阳辐射的反射率(该反射率称之为反照率,它可以通过云层的变化、被称为气溶胶的颗粒物或陆地层等来改变);(3) 改变辐射回空间的长波的能量(例如,通过改变二氧化碳的浓度)。此外,局地气候也取决于风和洋流如何分布热量。所有这些因素都在过去的气候变化中发挥了作用。

从冰期开始到过去近300万年的周期中,有充分的证据显示,这些变化与地球围绕太阳的轨道的周期变化有关,这些周期也即所谓的米兰科维奇周期(图1)。这些周期改变了每个纬度每个季节接收的太阳辐射(但几乎对全球年平均值没有影响),我们可以以天文精度计算出这些周期。目前仍就冰期具体从何时开始和结束进行讨论,但有许多研究表明,北半球各大洲夏季日照至关重要: 如果低于某个阈值,过去冬季的雪在夏季就不会融化,随着越来越多的雪积累下来,冰盖就开始增厚。气候模式的模拟结果证实冰期的确可以这样开始,同时还利用一些简单的概念模式在轨道变化的基础上成功地“后报”了过去冰期的开始。与前几个冰期的开始相类似,下一次北半球夏季日射的大幅减少将在30,000年后开始。

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大气中的二氧化碳(CO2)虽然不是首要原因,但它在冰河期也起到重要的作用。南极冰芯资料显示,二氧化碳在寒冷的冰川时代浓度很低(~190ppm),在温暖的间冰期浓度要高(~280ppm),大气CO2随着南极气温的变化而变化,滞后期约有几百年。由于从冰期开始到结束的气候变化持续数千年,这些变化多数是受到二氧化碳正反馈的影响; 即:由于米兰科维奇周期最初引发的小幅冷却随着二氧化碳浓度下降而被放大。只有在考虑到二氧化碳作用的情况下,冰期气候的模拟(见第6.4.1节的讨论)才能产生令人满意的结果。

在上个冰期发生了20起突变的和剧烈的气候转迁,在北大西洋周边的记录中尤为突出(见6.4节)。这些变迁不同于冰川间冰期的周期,在此周期内没有大的全球平均温度变化:格陵兰和南极的变化不同步,在南大西洋和北大西洋呈相反方向。这意味着已经不需要全球辐射平衡的重大变化就能引发上述变迁;在气候系统中的热量重新分布就足以触发变迁。事实上有确凿的证据表明,海洋环流和热输送的变化可以解释很多这些突发事件的特征;沉积物资料及模式模拟显示其中一些变化可能是由那个时代环绕大西洋的冰盖不稳定性及与之相关的淡水释放到海洋所触发的。

在过去的5亿年期间,气候历史上也曾发生过偏暖的时期,地球可能完全没有冰盖(地质学家可从岩石上的冰叶标迹予以判别),而不像今天的格陵兰和南极被冰盖覆盖。追溯到过去一百万年以上的有关温室气体的资料,即超过南极冰芯年代的数据,仍有相当大的不确定性。但对地质采样的分析表明无冰暖期与大气中二氧化碳高浓度相吻合。在百万年时间尺度上,二氧化碳浓度的变化是由于地壳构造活动引起的,它影响到海洋和大气与固体地球的CO2交换。

过去气候变化的另一个可能的原因是太阳能量输出的变化。最近几十年的观测表明太阳能量输出在11年的周期中有略有变化(接近0.1%)。太阳黑子观测(可追溯到17世纪)以及从宇宙辐射产生的同位素资料证明了太阳活动的长期变化。数据相关性和模式模拟结果均表明,在工业化时代开始前的一百万年中,太阳变化和火山活动有可能是导致气候变异的首要原因。

这些例子说明过去不同的气候变化都有不同的原因。自然因子在过去引起气候变化的事实并不意味着目前的气候变化是自然的。如此类推,森林火灾长期以来一直是自然界雷击造成的,但并不意味着火灾不可能是由一位粗心的露营者引发。

家园 要是这样什么地球变暖就是扯淡

从这点信息而言,二氧化碳根本不是什么主要因素。太阳传递的能量才是根本。天上多放几个遮阳板,几万年下来都可以进冰川期了。地球变暖就是个骗人的东西。

我觉的还不如实实在在讨论人类如何不滥用资源不肆意破坏环境更好。

家园 因素影响有大有小

这个论断太武断了。

影响气候长周期的因素很多,但是温室气体同样也是一个因素。在其他更重要的因素稳定的时候,这个相对弱的因素的重要性就显示出来了。而这个相对弱的因素的影响,已经足够影响到人类脆弱的生存环境了。其实全球变暖目前的趋势在持续上几十年,对地球大多数人都没影响。现在温升才不到1度,就是两三度的增幅,你的生活变化也不会太大。这个因素实在是很弱的,需要两三百年的时间才起作用的。

天上放遮阳板是个主意。

家园 人类很快就连滥用资源的·资格都没有了

我觉的还不如实实在在讨论人类如何不滥用资源不肆意破坏环境更好。

地球上可用的资源反正不多了。

贴一张图,图名为《我们还能撑多久?》

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家园 有趣的现象

大气CO2随着南极气温的变化而变化,滞后期约有几百年。

也就是说:CO2的变化晚于气温变化。

历史经验而言,就是CO2的变化更可能是由于气温变化引起的而不是反过来。也就是CO2对于气温是随动的,最多是正反馈。这个和现在理论是不符的。

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总的感觉就是CO2被政客利用了,成为了扯淡工具。

如果,地球真的有危及人类自身的环境危机,最重要的不是开哥本哈根,而是建立一个有行政约束力的帝国。不然,有再好的主意也没法执行。

家园 你还是没弄明白

对于长周期变化来讲,温室气体本来不是一个诱发因素。其可能会加剧变化,但是并不会引发变化。因为温室气体的变化,需要其他原因诱发。这个情况的前提,在于没有什么能够在全球尺度大幅度改变温室气体的过程,至少,能够主动快速改变温室气体浓度的现象,是罕见的。

而现在人类就在制造这个人为的温室气体变化,而使得温室气体有可能成为气候变化的原因。

这个问题被政客利用是没错的,但是并不能因此否认相关科学事实。

家园 陆地上的碳酸钙(岩石)相对稳定,不易分解

海洋中的碳酸钙的溶解度同溶液温度有关并且因碳酸盐沉积在洋底,热量交换使得底层水温上升,是需要几百年时间。

家园 这不是逼着大家赶快用么?

如果每个人都是理性的经济人,结果是明显的。

怪不得资源类产品价格高涨。

看来有必要现在就买大屋,开SUV。回头就没有机会了。

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