全球變暖災難程序已啟動
一系列反饋效應會使氣候變化的速度大大增加，使氣候系統逐漸失控。
撰文 約翰•A•加裡 (John Carey)
翻譯 曹智 白艷瑩 閔慶文
過去十年來，科學家認為他們已經找到辦法，使人類免受氣候變化帶來的最嚴重威脅。據說，將地球變暖的幅度控制在2℃之內，就可以避免海平面上升和極端干旱等災難的發生。目前大氣中CO2濃度為395 ppm，而工業化前為280 ppm。要讓溫度上升幅度控制在2℃之內，需要將大氣中能夠吸收熱量的CO2含量限制在450 ppm以內。
現在看來，科學家們是錯誤的。全球最新數據顯示，地球變化快得出人意料。北冰洋消融的海冰比預期更多；橫跨阿拉斯加和西伯利亞的永久凍土帶釋放的強力溫室氣體CH4也比模型預測的更多；南極洲西部冰架垮塌的速度比預想更快；冰架後方大陸上的冰川滑入大海的速度也比以前更快；類似2012年夏天，席卷美國大部分地區的洪水和熱浪之類的極端天氣的出現頻率也有上升的趨勢。根據這些現像，可以得出什麼結論？德國波茨坦大學的海洋物理學教授斯特凡•拉姆斯托夫(Stefan Rahmstorf)說：“作為科學家，我們還沒有得出如果將氣候變暖幅度控制在2℃之內，一切將會萬事大吉的結論。”
可能會誘發全球氣候變化加劇的因素是正反饋循環機制，科學家一直假定這種反饋已經開始。例如，海冰的減少導致反射的陽光減少，使更多海水變暖，而這又會使更多海冰融化；更嚴重的永久凍土層融化，會釋放更多CO2和CH4到大氣中，而這反過來又導致永久凍土層進一步融化……
對潛在的快速反饋機制的研究，使一些科學家變成了災難預言家。這些專家說，即使各國立即認真對待降低溫室氣體排放問題，並將大氣中CO2濃度保持在450 ppm的上限之下(雖然這種情況越來越不可能發生)，這些努力可能也會太孝太遲了。美國航空航天局戈達德空間研究所負責人詹姆斯•E•漢森(James E. Hansen)警告說，除非世界CO2水平銳減到350 ppm，“不然我們將會啟動一個人類無法控制的程序。” 他說本世紀海平面的上升幅度可能高達5米，這將淹沒從邁阿密到曼谷的沿海城市。同時，持續的高溫和干旱可能帶來大規模的飢荒。漢森補充說：“後果是不可想像的”。我們可能正處在快速駛向更暖世界的單向快車道上。
這是危言聳聽嗎？一些科學家是這麼認為的。美國國家海洋和大氣局的艾德•德盧克恩埃克(Ed Dlugokencky)對甲烷含量進行了評估，他說：“我認為，在短期內，災難性的氣候變化是不可能發生的。”美國科羅拉多大學博爾德分校的冰川學家W•泰德•普費弗(W•Tad Pfeffer)對全球融冰進行估算，並得出結論：本世紀海平面上升最大不到2米，而不是5米。然而，他與漢森同樣具有緊迫感，因為即使很小的變化也會威脅到人類文明——如果這個文明只對非常穩定的氣候系統有認識的話。“公眾和決策者應該明白，海平面即使只上升60～70釐米，後果就會有多麼嚴重，”普費弗警告說，“這種日漸嚴重的災害真的可以毀滅人類。”
雖然科學家對氣候變化的速度意見不一致，但是這個特別的反饋循環機制如果真的具有放大氣候變化的作用，那它將對地球的未來造成很大威脅。英國南安普敦大學的海洋和氣候變化專家埃爾科•羅林(Eelco Rohling)教授說：“我們必須開始更多地考慮‘已知的未知領域’，和‘未知的未知領域’。”他解釋說：“我們可能無法確切地知道所有的反饋機制，但過去的變化表明，它們確實存在。”等到研究人員能夠控制未知的時候，可能為時已晚。這引起了新西蘭惠靈頓維多利亞大學大氣科學家、2007年政府間氣候變化專門委員會(IPCC)核心人員馬丁•曼寧(Martin Manning)的擔憂，他說：“本世紀氣候變化速度之快，使我們來不及了解它。”
從過去看未來
科學家越來越關注氣候劇烈變化的一個很重要的原因是，他們對過去理解得更深刻了。20世紀80年代，科學家通過從冰芯記錄中獲取的信息，了解到地球已經多次經歷突然和劇烈的溫度波動時，都震驚了。迄今為止，科學家已經擁有了過去80萬年的詳細氣候圖片。漢森的最新分析結果顯示，溫度、CO2濃度和海平面之間具有顯著的相關性：它們同增同減，變化曲線幾乎完全重合，但這種相關性並不能證明是人類活動造成的溫室氣體排放引起了氣候變暖。然而，哈佛大學的傑裡米•沙坤(Jeremy Shakun)及其同事的最新研究顯示：上一個冰期，CO2濃度增加要早於溫度增加。在最近的《自然》雜志上他們得出結論：“由CO2濃度上升引起的變暖是溫度變化的原因之一”。
過去的一些變化快得令人難以置信。羅林對紅海沉積物的研究顯示，大約12.5萬年前的最後一個暖冰期(在兩個冰期之間)，海平面在100年內升降波動高達兩米。羅林說：“這真是快的離譜。”他的分析結果表明：在與我們現在類似的氣候環境中，海平面要比現在高6米多。美國賓夕法尼亞州立大學地球科學教授理查德•阿利(Richard Alley)說：“這沒有告訴我們未來是什麼樣的，但這值得我們關注。”
同樣令人驚訝的是，只需要很少一點外部能量(或者說“脅迫”)，就能夠觸發過去那些波動。例如5 500萬年前，北極是一個亞熱帶的天堂，平均氣溫為23℃。那時，鱷魚可以生存在格陵蘭島，熱帶地區對大部分生物來說可能就太熱了。這個溫暖的時期，被稱古新世—始新世極熱(PETM)期，顯然是因為地球溫度升高2℃引起的，當時地球在溫度沒有上升前就比現在暖和。那次升溫可能造成CH4和CO2的快速釋放，這就導致溫度更高和更多溫室氣體的釋放，進而引起進一步變暖。最終的結果是：地球長達幾百萬年的持續高溫(見《環球科學》2011年第8期《全球變暖：速度比幅度更致命》)。
在過去的100年裡，人類活動已經帶來不止0.8℃的溫度升高。溫室氣體被釋放到大氣中的速度，是PETM時期的10倍，這給了環境非常大的壓力。美國普渡大學教授、地球和大氣科學家馬修•休伯(Matthew Huber)說：“如果我們用掉未來100年的碳，我們也將遇到和PETM時期同樣的變化。”
與已知的各個冰期發生變化的原因相比，我們現在更有力地推動著氣候變化。塞爾維亞天文學家米盧廷•米蘭科維奇(Milutin Milankovic)指出，冰期的消長與地球運行軌道和傾斜角的微小變化有關。幾萬年來，其他行星對地球引力的變化使地球軌道從接近圓形逐漸變成輕度偏心圓。漢森說，這些變化使照射到每平方米地球表面的太陽能有了大約0.25瓦的波動，這個量是非常小的。這些能量如果要引起能觀察到的氣候波動，必須經由像海冰變化和溫室氣體排放這類的反饋機制放大。英國皇家霍洛威大學教授、地球科學家尤安•尼斯貝特(Euan Nisbet)說，過去的氣候變暖，“反饋緊接著反饋，如此循環”。
人類排放溫室氣體帶來的氣候脅迫非常大，達到每平方米3瓦(相當於0.25瓦的12倍)，並在不斷上升。那麼，氣候變化的速度會不會也是以前的12倍呢？不一定。“我們不能將過去和未來的響應等同起來，”羅林解釋說，“我們要研究的是全球變暖的運行機制、如何觸發以及結果能有多糟。”
令人不安的反饋機制
科學家已經明白，反饋機制中，反應最快的部分是遍布全球、攜帶著熱量的洋流。如果大量的淡水(坍塌的冰川或增加的降水)傾入北半球海域，暖流就會減緩或停止，推動全球洋流的“引擎”也就停止了，結果會導致格陵蘭島在十年內從冷變暖。美國海洋及大氣管理局地球系統研究實驗室的資深科學家彼得•坦斯(Pieter Tans)說：“格陵蘭島冰芯記錄顯示，變化可能會發生得非常非常迅速，甚至用不了10年。”
阿利回憶說，剛進入21世紀，上述“淡水機制”被弄清楚時，“我們很多人都很緊張”。他補充到，然而更詳細的模型表明，雖然“增加淡水是非常可怕的，但是增加的速度並沒有達到從根本上改變全球氣候的程度”。
反饋機制中一個更直接的、令人擔憂的部分是永久凍土帶，它現在已經開始“冒泡”了。科學家曾一度認為，苔原凍土的有機質只有1米深，所以從升溫開始到深層土壤開始大量解凍，要經過很長時間。根據最新研究，這個判斷是錯誤的。佛羅裡達大學的生物學家特德•索爾(Ted Schuur)認為：“我們所有的發現幾乎都出乎意料。”
第一個意外是凍土中的有機碳深達3米，所以有機碳含量比預期更多。此外，西伯利亞零星分布著覆蓋有富含有機質的永久凍土層的大土丘，被稱為苔原富冰黃土(yedoma)，是由風帶來的泥土堆積形成的。這些碳存量多達幾千億噸。索爾說：“大約是現在大氣中CO2含量的兩倍。”科羅拉多州立大學甲烷研究學者喬•馮費希爾(Joe von Fischer)說：“這種形式的碳是一種定時炸彈。”凍土解凍越多，就會有更多的微生物把有機碳分解成CO2和CH4，造成氣溫升高，進一步使更多的凍土解凍。
定時炸彈爆炸的時間可能正在提前。凍土表面的冰雪融水往往會形成淺湖。阿拉斯加費爾班克斯大學的凱特•沃爾特•安東尼(Katey Water Anthony)發現，有甲烷從湖底釋放出來(見《環球科學》2010年第1期《甲烷：從北極凍土中爆發》)。許多研究人員還發現，永久凍土層融化會分裂成小峽谷，形成熱喀斯特地貌(thermokarsts)，這就會增加凍土暴露在空氣中的面積，加速凍土融化和溫室氣體排放。最近，對挪威斯匹次卑爾根群島和西伯利亞的考察中發現，淺水域的海底有大量甲烷釋放。
如果由點及面鋪展開來，甲烷排放總量足以引起全球氣候大波動。不過，全球甲烷排放量的測算值不一定代表當前甲烷的實際增加量。阿拉斯加費爾班克斯大學致力於永久凍土溫度研究的弗拉基米爾•E•羅曼諾夫斯基(Vladimir E. Romanovsky)說，一是因為甲烷排放的熱點“只存在於局部地區”，二是科學家們更善於發現以前本來就存在的熱點地區。因此，羅曼諾夫斯基說：“我不擔心甲烷增加帶來的氣候劇變。”
其他人並不這麼肯定，特別是因為甲烷有另一個潛在的主要來源——熱帶濕地。氣候變暖很可能引起熱帶地區降雨增加，濕地面積將會擴大，濕地生產力也會提高，就會有更強的厭氧分解作用，釋放更多的甲烷。增加的濕地可以釋放與北極變暖差不多、甚至更多的甲烷。我們應該有多擔心？尼斯貝特說：“我們不知道，但我們最好繼續觀測。”