近年來，相信大家對全球變暖這個詞已經很熟悉了，無論是網上還是教科書中都有介紹。中國等負責任的大國也積極的籤訂和履行著各種應對氣候變化進行節能減排的協議，關於全球變暖等氣候話題從上個世紀已經多次拿到了聯合國大會進行討論。
關於氣候
氣候與天氣不同，天氣預報可以精確到分鐘級別，而氣候的研究是以年為單位的。按照世界氣象組織的規定，每30年就是一個標準的氣候計量時間段。簡單來說，氣候學研究的是全球範圍內多年來的平均天氣狀況。
氣溫、降水等氣候要素及各種均值、極值等統計量是表述氣候的基本依據。比如二十四節氣表，就是中國古人依據長期的經驗對氣候做出的總結。影響地球氣候的因素很多，包括：太陽活動、地表植被、大氣環流、洋流、海陸分布、地勢地形、地球的運動等，如今還要加上一個人類活動。因為隨著人類的全球擴張以及工業化進程，人類已經擁有了能夠影響地球氣候的能力。
上圖為不同地理區域對應的氣候帶
太陽活動是影響氣候的關鍵因素，比如在某一個時期節點，太陽的活動比較活躍，地球上的氣候就會產生較大波動。
不過從短時間內來看，比如100年，人類對地球局部氣候的影響已經超過了上面的其它因素。在當代，人類文明的能力已經能夠影響到地球表面植被的分布情況，能夠使曾經的綠洲變成荒漠。在大規模人口聚居的城市，由於人類活動所產生的熱量堆積起來，使市區的溫度比郊區高上好幾度，這被稱之為熱島效應。
熱島效應示意圖
人類活動除了會在局部地區產生熱島效應，還會使地球平均氣溫上升，而導致地球平均氣溫上升的主要原因就是大量的溫室氣體排放。全球變暖是人為因素導致的，這並不是騙局或者謊言，這是多國科學家經過長時間的研究得出的結論。從上世紀末，聯合國等國際組織都為全球變暖表達了憂慮，並採取了具體行動，比如達成了《京都議定書》等協議。
什麼是溫室氣體？
溫室氣體具有保溫的作用。溫室氣體對太陽光中的可見光（波長較短）具有高度的穿透性，而對地面反射的紅外光（波長較長）具有高度的吸收性。它們能大量吸收太陽光中的紅外線輻射，並將之釋放到大氣中，還能攔截地球表面反射回太空中的輻射。
當太陽光照射到地球表面時，會使地表升溫，地球表面同樣會將大量的太陽光再次輻射回外太空，而大氣中的溫室氣體能夠截留地球表面的輻射，阻止了地球散熱，使地球表面變得更暖，就像給地球蓋了一層棉被。這種溫室氣體使地球表面溫度上升的效應，就被稱之為溫室效應。世界上最早論述相關問題的是法國科學家及數學家傅立葉。
目前地球大氣中主要的溫室氣體有水汽（H2O）、二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）等。不同溫室氣體吸收紅外線的能力與其分子結構有關。
《聯合國氣候變化框架公約的京都議定書》中規定要控制6種溫室氣體，它們是二氧化碳、甲烷、氧化亞氮（N2O）、氫氟碳化合物（HFCs） 、全氟碳化合物（PFCs）、六氟化硫（SF6）。其中，後三類氣體產生溫室效應的能力最強，但由於二氧化碳在空氣中的含量較多，對地球升溫的貢獻佔了近一半。
二氧化碳是主要的溫室氣體
地球大氣是混合物，主要由78%的氮氣、21%的氧氣、0.94%的稀有氣體、0.03%~0.04%的二氧化碳構成，餘下0.03%則是水蒸氣、臭氧、甲烷和其它大氣懸浮微粒。可以發現，地球大氣中二氧化碳含量其實很少，連0.1%都不到。不過就是這小小的二氧化碳增幅，就足以使全球平均氣溫上升。
古氣候學家綜合多方面的測量數據，發現在工業革命以前大氣中的二氧化碳含量大約為0.0275%。據科學家統計，在上世紀50年代，那時地球大氣中的二氧化碳含量達到了0.0315%，而到了70年代就增加至0.0325%，並且二氧化碳濃度的增長速率還在加快。
大氣中二氧化碳濃度增加的主要原因有兩方面。一是工業革命以來化石燃料的廣泛使用。19世紀中葉以來，隨著化石燃料的廣泛使用，二氧化碳的排放量逐年升高，平均每年的增長率估計在4%左右。過去一個世紀的二氧化碳排放量超過了人類上千年的二氧化碳排放總量，不僅是全球人口的暴漲，還在於個人的碳排放量需求增加了數倍。
二是人類對植被的破壞速度大大增加。地球表面的綠色植物就是一個巨大的造氧工廠，還具有固定碳的作用。據估計，每平方米的森林可以轉化1~2公斤的二氧化碳。由於人類的居住以及農業、工業生產需要，大量的森林被砍伐。上世紀70年代每年約有24億立方米的木材被採伐，其中有一半都被燒掉了，使空氣中的二氧化碳含量增加了很多。植物的減少將使大氣中的二氧化碳得不到及時轉化。
研究表明，自工業革命以來，地球表面的平均溫度就一直在上升，特別是最近半個世紀，地球表面平均溫度的增幅與大氣中二氧化碳濃度的增幅幾乎同步。
上圖為地球表面溫度和二氧化碳濃度的趨勢變化
溫室效應的危害
由此可見，如果不採取行動，人類的二氧化碳排放量遲早會打破自然界中的碳循環平衡。
如果按照現有二氧化碳濃度的增長水平，到了2050年，大氣中高濃度的二氧化碳會使地球表面平均氣溫上升好幾度。可能有的人覺得沒什麼，平均氣溫不就上升幾度嗎？沒什麼大驚小怪的。要知道，平均氣溫上升會導致某一時刻的極端氣溫出現大幅度波動。比如，全球平均氣溫雖然上升了1℃，夏天就要比過去熱好幾度。
上圖為最近100多年的全球平均氣溫變化示意圖
氣溫的急劇變化，會使全球各地出現極端氣候的頻率增加。除了全球降水量將會重新分配，全球變暖會使高山及兩極地區的冰蓋融化，海平面上升，許多海撥較低的地方會變成澤國，世界地圖會因此而改變。此外，高濃度的二氧化碳還有可能使海水中的二氧化碳含量上升，讓海水酸度增加，危害海洋生物的生存，不過考慮到冰川融化，具體情況還有待考量。另外，全球溫度急劇上升，絕對會加速地球上的物種滅絕速度。全球變暖帶來的危害還不止這些，就不細說了。
如圖所示，由於全球變暖，北極圈的冰蓋開始融化，北極熊失去了賴以生存的家園，以後我們也許就只能在動物園看到北極熊了。
從上世紀70年代開始，美國科學家就利用衛星研究北冰洋的海冰覆蓋情況，那時北冰洋的海冰覆蓋率在50%以上，而到了2007年海冰覆蓋率最低時只有29%，2012年最低值達到了24%。可能過不了多久，當北半球到了夏季，北冰洋上就完全沒有冰了。
上圖為北極圈衛星照片
金星就是最好的例子
如果人類現在儘快採取行動，扼制大氣中二氧化碳含量的增長趨勢，上面描述的場景可能就不會出現。不過我們可以從別的星球上感受一下溫室效應的可怕。
金星是位於水星和地球之間的一顆行星，表面平均溫度高達475℃。更靠近太陽的水星，其表面溫度在白天最高也才427攝氏度。為何離太陽遠的行星表面溫度反而比離太陽近的行星的表面溫度更高呢？關於金星表面高溫的成因，美國科學家卡爾·薩根最先給出了解釋，他認為這是金星大氣產生的溫室效應造成的。
上圖為金星表面火山噴發模擬圖，圖片來源於歐洲宇航局。
通過金星探測器傳回的數據，我們發現金星上的大氣主要由二氧化碳構成，還含有少量的氮氣。金星與地球的大小差不多，但金星表面的大氣比地球濃密，表面大氣壓大約是地球表面大氣壓的92倍。正是因為大量二氧化碳的存在，才使得金星表面的溫室效應異常恐怖，如果沒有二氧化碳，金星表面的平均溫度將下降300多度。
地球大氣中的二氧化碳含量若繼續升高，地球表面的平均溫度必然會持續攀升，雖然達不到金星那樣的恐怖程度，但對人類以及地球上面的生命將會是個嚴重的威脅。
結語
綜上所述，地球大氣中二氧化碳含量雖然不到0.1%，但因為二氧化碳是重要的溫室氣體，所以才會對地球氣候產生巨大的影響。二氧化碳濃度的上升是全球升溫的主要助力，這已經成為了科學界的共識。
正因為如此，世界各國才大力倡導低碳生活、減少碳排放。在經濟發展與減少碳排放這個兩難問題面前，終究還是要依靠技術變革來打破僵局，新能源無疑是發展的重點。
為了應對全球變暖，給地球降溫，科學家們給出了各種奇思妙想。無非兩種途徑，一種是降低大氣中的二氧化碳含量，一種是直接利用物理方法減少太陽輻射到地球表面的熱能。顯然第一種途徑更切實可行。植樹造林、提高植被覆蓋率，還有就是在生產生活中減少二氧化碳排放，這正是負責任的大國正在做的事。
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