地球温室效应是真实的谎言吗?-兼谈现代科学的局限性 【按】本文是一篇科普,通过分析地球变暖和温室效应形成机理的极端复杂性,展示我们人类知识和智慧的某些局限,特别是西方科学和思维方法在某些科学领域无能为力的局面,对未来科学的发展方向作了一些探讨。部分内容与笔者的研究领域相关,请方家批评指正。(本文系原创,转载请务必注明出处。) (1) 地球变暖 这几天北半球掉进了冰窟窿,许多地方的降雪和低温打破了几十年甚至上百年的记录,想起08年大雪灾以来连年出现的酷寒天气,仿佛给前些年狂炒“地球变暖论”的国际专家们兜头一盆冰水。有人不禁问,地球真的在变暖吗,我咋冻得直哆嗦涅? 于是专家们出来解释了,说是地球变暖不一定表现在温度上升,还可能表现在温度变动幅度加大,引起极端天气的增多。你信吗?这几年多少地方的旱灾,酷暑,洪灾,冰雹灾,甚至地震火山,层出不穷,想想也有几分道理。 其实自上个世纪以来,地球温度的不断上升还是有数据支持的(图1),根据卫星观测,北极冰盖正在迅速减小,海平面正在上升(图2)。地球变暖,似乎是无法否认的事实。 但问题不在这儿,真正的问题是,地球变暖究竟是自然的现象,还是人类活动的结果?  图1 最近130年的平均气温变化 (图片取自网络,下同)  图2 最近130年的海平面变化 (单位为毫米) (2) 温室效应 曾几何时,CO2等温室效应气体(Greenhouse gases) 的排放被认为是造成地球变暖的罪魁祸首。 与《寂静的春天》的发表和臭氧层空洞的被发现所造成的轰动效应不同,温室效应早在1896年前就被研究过,但直到1970年代后才成为公共话题。所谓温室效应,根源在于一些气体如CO2和水蒸气等,对热辐射波的吸收有选择性。这些气体可以吸收长波(如红外线)辐射,却对短波(如可见光)辐射没有吸收效果。而太阳光的辐射以短波为主,因此可以顺利照到地面;相反,地面的辐射呢,却以红外线为主,中途被吸收,散发不到太空去,这就好像形成了一个看不见的热罩子,吸热大于放热。  图3 温室效应图解 图4 温室气体排放量及地球温度的变化对比 (3) 究竟谁该为地球变暖负责? 显而易见,大气中CO2的浓度越高,温室效应将会越明显。于是有学者绘制了一张CO2排放量和地球温度变化的趋势图(图4),试图佐证温室效应是地球变暖的主要因素的观点。 但是反驳意见马上出来了,大家知道太阳的活动具有周期性,这些年太阳辐射量也在增加;同时,这些年地球粉尘污染和火山喷发在变少,灰尘对阳光的遮蔽效果也在变弱(大家想想去年冰岛火山喷发和今年酷寒的关系),这都可以造成气温升高。温室气体的影响又能占多少?退一步说,即使温室效应的影响很大,地球上的主要温室气体是水蒸气,CO2所占的比例很低,浓度变一点又能影响多少? 他们还拿出过去数千年的地质资料以佐证,认为目前的地球温度变动尚在正常幅度以内 (图5)。  图5 过去12000年中地球温度的变化 于是,一些研究者借助大型计算机模拟技术,定量地对温室效应作了分析,并悲观地预测,照目前的趋势,到本世纪末地表温度将上升5到6.5度,影响将是灾难性的。 但反驳意见又说了:你考虑海洋对CO2的吸收了没有?大家知道,CO2分子量大,比较重,因此主要集中在地面附近,地表植物对CO2的吸收只是一小部分,更多的CO2是被浩瀚的海洋吸收的(原理如同造汽水)。而海水中的CO2继续沉积,最后形成海底的碳酸盐岩层。 于是,研究者对计算机模型作了修正,一旦考虑海洋的吸收效果,100年后地表温度只上升2到4度。 反驳意见又来了: 你考虑海浪的影响了没有?俗话说“大海无风三尺浪”,笔者曾看到2005年的一篇Nature的封面文章,说海洋表面绝大部分有海浪,特别是产生破碎波的海浪,使气液接触面积成倍地增加,因此用平表面面积计算吸收量是不对的。(*注1) 于是,搞定量分析的人哭了:等我分析出来,2100年早就过去了!  图6 海浪及破碎液面 不但如此,造成地球气候变动的影响因素远不止人类活动,太阳辐射,地磁的变化,地壳内部的变动,地震的影响,火山灰的影响,大气环流和海洋环流的涨落……诸如此类的因素对气候的影响很可能远大于人类活动。 有科学家不无讽刺地说,“上帝才不管你用不用太阳能,开不开混合动力车,地球就是地球。” 如何定量化研究这些因素的影响,并对气候变动做出准确预测,目前的工作是远远不够的。或者说,对于温室气体的排放对地球变暖有多大的影响,现在还根本无法给出满意的结论。 (4) 人类科技智慧和现行科研方法的局限性 面对地球气候研究这样复杂的课题,现代人类知识和智慧的局限性,表现得非常明显。我们知道,西方近现代科学体系的建立,主要基于希腊时代的演绎法和近代的归纳法,这种科学思维的特点在于对抽象概念的外延作严密的逻辑分析和推理,这也造成了近代科学的一个现象,即各门学科的发展不平衡。 凡是能够把单个因素分离或抽象化出来的自然现象,西方科学都很成功,有些学科如分子和原子物理,力学,热学,电磁学,生物学和医学等等,基本理论框架已经建立,实践上更是取得了摩天大楼,发动机,无线电,计算机,CT和核磁仪,人造卫星之类的惊人成功;反之,凡是无法排除其他因素而孤立地研究某一作用的自然现象,都不很成功,这类现象就包括,包含多参数影响的复杂系统,非平衡系统,临界现象,非线性物理等等。 地球气候就是一个多参数影响的复杂系统,而这些影响参数又是动态地相互作用的,“牵一发而动全身”,人们无法分离出一个,而不考虑另一个。大家都听说过著名的“蝴蝶效应”,最初就是大气科学家提出来的。在非线性科学领域,有一个“混沌物理学”的概念,指的就是它。混沌算法目前是复杂领域的研究方法之一,而“混沌(Chaos)”一词就取自《庄子》,咱们是不是该自豪一把? 喜欢仰望星空的人类,早就在天文学上 |