《氣候變化》:本書是《危險的天氣》系列叢書中的一部，該套書詳盡描述了歷史 -百科知識中文網

簡介

《氣候變化》一書介紹了地球經歷的各種氣候變化以及這些變化對地球環境產生的影響。該書主要涉及以下8個方面的內容：大氣層、過去和現在的地球氣候、全球變暖、溫室氣體、冰期、來自太陽與地球的輻射、海平面變化、野生動植物。

書後附有國際單位和單位轉換表。本書附錄部分還向你推薦了可供進一步閱讀的書目和文章。為幫助讀者閱讀和理解，書中還特別添加了補充信息欄。

對於那些想了解氣候系統的基本知識以及氣候對地球環境產生影響的讀者，本套叢書是較為適宜的選擇。

作者

麥可·阿拉貝共編寫了40多本有關科學、自然史和環境方面的書。他在FactsonFile出版社出版的書還包括《沙漠》、《溫帶森林》、《天氣與氣候手冊》以及一套兩卷冊的《天氣與氣候百科全書》，其中《天氣與氣候百科全書》曾入選美國科學參考書排行榜前10名。

前言

什麼是氣候變化？

我們不妨用一個例子來說明這個問題：當你清晨醒來時，窗外的天空多雲而陰暗，沒多久，空中飄起了雨絲，但是接近中午時，西方的天空漸漸亮了起來。雨漸細漸歇，終於停了。濃雲漸漸散去，露出大片大片的藍天。到了午後，太陽出來了，照耀著大地，氣溫開始上升。傍晚時雖然又下了一陣小雨，但是雨停之後日落的美景以及西天的紅霞無疑預示著明天是個好天。這就是4月的春天。

晴天或陣雨、藍天或濃雲、雨雪冰雹、風起風歇，這些都是我們常見的天氣現象。它一日三變，四季不同。春天是細雨煦日，夏天則是暑熱酷曬。到了冬天，我們就得穿上更厚重、更保暖的衣服。這種有規律的季節變化可以使我們在生活中提前做好準備。比如為了能保證溫暖過冬，我們在夏天裡就要檢查取暖設施。甚至我們可以準備兩套汽車輪胎，一套在夏天使用，另一套則是為冰雪路面而準備的。

由於天氣變化時時發生，天氣預報也就應運而生了。假如天氣一成不變的話，我們自己就可以知道明天會是個什麼天兒，誰還要天氣預報乾什麼呢。對研究天氣預測的人，我們稱之為氣象學家meteorologist，而研究天氣的這門科學就叫氣象學meteorology。氣象學一詞中的meteor。來自於希臘語meteoron，意思是“大氣現象”，而logos一詞也是來自於希臘語，意思是“理由，理念”，所以氣象學就是對高空大氣中發生的各種大氣現象進行解釋的科學，而降雨、濃雲、沙塵暴以及所有你能想到的發生在大氣層中的現象都可以統稱為氣象。

古希臘的哲學家和科學家亞里士多德(前384一前322)是第一個使用氣象學一詞的人。他對天氣進行了科學的研究，並提出了氣象學這一重要概念。他一生著作頗多，在其流傳於世的47部著作中，有一部就叫meteorlogica——顧名思義。《天氣現象的原因》。亞歷斯多德在書中不僅使用了氣象學一詞，並且試圖解釋雲、雨、冰雹、狂風、雷電、暴雨等的形成原因，指出這些並不是什麼天神用來獎賞或懲罰人類的方式，也不是天神之間進行的一種遊戲。這些現象均有其自然界的起因，人類是可以了解這些起因的。今天看來，亞里士多德在書中所做的種種解釋大多是錯誤的，但這是由於當時的條件所限。如果人們無法對一些超自然的現象做出解釋，那么他們對天氣問題的理解也不太可能是準確的。但就亞里士多德而言，重要的是他教會了他的學生們用仔細觀察的方法來了解這個世界而不是人云亦云。

天氣與氣象不同

夸那克過去又稱圖勒，是一個位於格陵蘭島北部的小鎮，人口約600人。與我們在第一段所提到的不同，這裡的4月可沒有細雨、陽光和迷人的落日。清晨你看到的是蔚藍清澈的天空以及一望無垠的冰雪世界。將近中午時分，氣溫會達到O.50F(-17.5℃)。整個4月份，該地區的降雪量很少，平均是2英寸(40毫米)——如果將這些雪融化的話，只相當於0.2英寸(4毫米)的降雨量。所以4月份在夸那克看到降雪是不太可能的事情。如果你想從事什麼戶外活動的話，你完全不用擔心天氣問題，只要記住穿暖和些就可以了。在這裡，天氣預報只會提供一條人們覺得有用的信息——那就是風力。因為強風會將雪地表面鬆散的浮雪刮起來，形成雪暴。屆時，天地相連，一片白色，人們連方向和距離都難以辨認。氣象學上稱之為乳白天空。想想看，誰願意突然之間被困在這種天氣里呢？

同樣是在4月，在沙烏地阿拉伯的首都利雅得，天氣則是明朗而溫暖。清晨的氣溫大約是64F(18℃)，到了中午則會躥升至89F(32℃)。然而別擔心，這樣的溫度並不會使人覺得不舒服，因為少雨的緣故，這裡的空氣非常乾爽。

無論是在你所居住的地方，還是在利雅得或夸那克，一天之中的天氣變化都反映出氣候的變化。儘管每個地方的天氣會隨著時間與季節的交迭而改變，但是這些變化都有極限：在夸那克永遠不會有酷熱難耐的日子，阿拉伯海沿岸地區的海水也永遠不會結冰。

談到一個地區的氣候情況時，人們其實指的是該地區長期以來的天氣平均情況。雖然有記錄顯示，幾年前夸那克4月份的溫度最高曾經達到370F(3℃)，而最低的時候是-26F(-32℃)，但這些都被用來計算當地4月份的平均溫度。這種鬻均後的結果對於研究氣候類型是非常有用的。

氣候一詞可以被用來描述某一地區反覆發生的天氣狀況，因此人們對氣候做了分類命名。比如阿拉伯半島的大部分地區屬於沙漠型氣候，而格陵蘭島則屬於極地氣候。氣候分類是一個看起來簡單實則非常複雜的工作，有著很多的分類體系。氣候學就是專門研究各種氣候的科學，而從事這項工作的人被稱為氣候學家。氣象學與氣候學之間雖有聯繫但又有區別，是兩門獨立的學科。（圖略）

氣候也在變化

氣候與天氣一樣，也在發生變化，只是變化的速度要慢得多。歷史上各個不同的時期的氣候狀況和今天的氣候相比是完全不同的。比如，現在的美國芝加哥在很久以前曾被厚厚的冰層所覆蓋，氣候與現在的格陵蘭島差不多。而在英國倫敦的街道和廣場下方，科學家們曾發掘出熱帶氣候所特有的動物遺骸化石，比如河馬化石和大象化石。

即便是今天，地球上的氣候也在悄然發生著變化，只不過這種變化的進程非常緩慢，讓人難以發覺。假如說半個世紀以來，地球的平均溫度一直在上升或下降，但這並不意味著這種趨勢會在未來繼續下去。所以短期內發生的一些氣候變化並不是那么可靠。正如我們在圖中看到的，把一個短期內出現的趨勢置入一個長期的模式當中，其困難程度不亞於猜謎遊戲。這也恰恰說明了為什麼對地球過去的氣候變化進行研究是如此重要，因為只有藉助於這些歷史記錄，才能讓我們對未來的氣候做出可靠的預測。

氣候學和氣象學雖然不同，但兩者的基礎都是來自於人們對大氣活動方式的了解。溫暖的陽光，地球的自轉以及大氣與各大陸、大洋表面的接觸聯繫等，都會對大氣活動方式產生影響。氣候學和氣象學都是有關地球大氣的科學。

書摘

大氣層演化的三個階段

人們已經知道地球上的氣候是不斷變化的，但是對於大氣層的認識卻仍然趨向於一種觀點：即地球上大氣的組成是穩定的，始終是78％的氮氣和21％的氧氣，還有一些其他氣體。其實這種看法是錯誤的。我們現在所說的大氣層是地球大氣演化過程中的第三個階段。

大氣演化過程的第一個階段大約是在45億年前。那時地球被一層正在形成中的氣體所籠罩，不斷有岩石從地球內部被噴射出來，而噴發時所產生的熱量使岩石中的某些成分被蒸發出來，產生氣體形成空氣。與此同時，來自太空的一些天體也在不斷撞擊著地球。這些天體中大部分都含有水，有些彗星的水分含量非常高以至於被人們稱為“髒雪球”。

噴發和撞擊使第一階段的大氣主要由水蒸氣構成並混有少量的氫、氮、一氧化碳和二氧化碳。同時這種像錘子敲擊釘子似的撞擊又使大氣中的水很難以液態的形式存在，結果水汽變成了氣體而不是雲。

此後一個體積差不多與火星相近的天體撞擊了地球。這次的撞擊異常猛烈，以至於當引力最終將撞擊所產生的碎片吸引到一起的時候，形成的是兩個而不是一個天體：地球和月亮。隨後大氣層也得以恢復。此時的地球不僅體積巨大而且內部異常炙熱，不斷有火山開始噴發，其數量遠遠多於今天的活火山，而火山噴發時所釋放出的氣體也成為地球大氣的一部分。

由於有越來越多的天體撞向地球、月亮、金星和火星，並成為這些天體的一部分，圍繞太陽運轉的天體開始減少，宇宙中的這次大轟炸終於平息了下來，地球也開始冷卻。又過了一段時間，地球上的水汽終於得以凝結成雲，天空開始下起了雨，雨水落回到地面在低洼處形成了海洋。由於氫氣是質量最輕的一種氣體，很容易逃逸出地球的引力擴散到高空，因此氫的含量此時減少了很多。大氣成分與今天金星和火星上的大氣成分相似，主要是95％的二氧化碳，3％的氮和少量的一氧化碳與其他氣體，密度也遠遠高於今天的大氣，氣壓值大約是每平方英寸365磅力(250O兆帕或25毫巴)。這階段二氧化碳與地表岩石中蘊含的水、碳和鎂發生反應形成碳酸鹽。這些碳酸鹽沉積在海底經過幾百萬年的壓縮和加熱形成了石灰岩。地球大氣中的二氧化碳的含量逐漸減少降低了氣壓，減緩了大氣與地表岩石問的化學反應，大氣開始穩定下來。至此，儘管空氣中二氧化碳的含量還非常高，但地球卻已經完成了大氣演化的第二個階段。
氧氣的累積

當大氣演化的第二個階段結束時，太陽還是宇宙中一個新的天體，威力遠不如現在。在太陽中心區發生的熱核聚變已經使太陽開始發光，但強度要比現在弱25％-30％，溫度也沒有現在高。即便如此，此時的太陽已足以使地球水體表面的溫度升高。陽光使地球上出現了第一批通過光合作用生產糖的細胞生物。它們是含有葉綠素的藻青菌，生活在水底微生物叢中。這些微生物化石的殘骸被稱為迭層。氧氣是藻青菌進行光合作用時釋放出的副產品。

大約21億年前，大氣中的氧含量大約是現在的15％，並且數量在不斷增加。臭氧層此時已經在平流層中形成。臭氧是氧的一種形式，它的分子中含有3個氧原子而氧氣的分子只含有2個氧原子。其實，當大氣中的氧含量還只是今天氧含量的1％的時候臭氧層就已經出現了。

雖然光合作用可以產生氧氣，但是我們還不清楚氧氣是怎樣累積的，因為伴隨光合作用發生的還有呼吸作用。當某些生物體死亡時，它們的組織會被其他生物所分解，分解過程中產生的碳是這些生物的能量來源，並通過它們的呼吸作用被釋放回空氣當中。光合作用可以通過吸收二氧化碳的方式來釋放氧氣，但呼吸作用卻又將碳氧化成二氧化碳從而消耗掉了這些氧氣，因此大氣中氧的含量並沒有發生變化。那么氧氣究竟是怎樣累積起來的呢？

對此科學家們提出了兩種看法。許多科學家認為：既然最早從事光合作用的生物生活在水中，那么大約有0.1％的生物死後就被埋在了海底，從而阻止了過多的生物分解過程的發生，氧氣得以在大氣中保存。……P3-4