碳排放是暖化禍首,19 世紀科學家早就知道

作者 | 發布日期 2020 年 01 月 03 日 14:32 | 分類 環境科學 , 自然科學 follow us in feedly


今年全球各地都經歷百年來最暖的冬天,北方地區無雪,莫斯科使用人造雪過耶誕,北海道滑雪場、著名的旭川動物園企鵝遊行都延遲開放,澳洲野火造成數億隻動物死亡,很多人感嘆將來孩子可能看不到白色耶誕。全球暖化不是近幾十年才發現,19 世紀科學家早就預見,二氧化碳終有一天會改變地球溫度。

敲醒這世代人對全球暖化的意識,最早應該是 1988 年美國太空總署科學家 James Hansen 對國會說「有充分的證據證明這裡有溫室效應」,但其實早在 19 世紀中期,當時維多利亞時代的科學家們進行第一批實驗,證明失控的二氧化碳有一天可以煮熟地球。換句話說,全球變暖是在 100 多年前就被發現。

早期的氣候研究源於該世紀快速的科學發展,那個時代科學家們正在致力發展熱力學以及與化學和分子物理學關係的基礎,法國數學家和物理學家 Joseph  Fourier 就是其中之一,他一生都在研究控制傳熱的力學和方程式。他當時思考的是為什麼地球如此溫暖,當他估計來自太陽的能量撞擊到地球時,他認為地球應該比現在冷。

他提出的答案是大氣以某種方式防止熱量逸出。在 1824 年一篇論文中,他假設大氣中的氣體必定會形成阻擋熱量的屏障。Fourier 還不知道是什麼分子機制在吸收熱量。但是在 1837 年《美國科學與藝術雜誌》的論文他推測,很長一段時間內,地球的自然演化和人類活動,大氣熱量可能會發生變化。

這是可能發生氣候變化的第一個預測之一,但還不清楚如何發生或為什麼發生。1856 年業餘科學家、美國女性參議員 Eunice Newton Foote 首次測試不同氣體的吸熱能力。

她拿了幾個玻璃瓶,在底部放一個溫度計,然後裝滿各種氣體,從稀薄的空氣到濃稠的空氣、潮濕的空氣,以及帶有碳酸或我們現在稱為 CO2 的空氣。Foote 將氣瓶放在陽光下加熱,然後在陰涼處冷卻。當她觀察溫度如何變化時,她發現裝有二氧化碳和水蒸氣的鋼瓶,比普通空氣更熱,並在陰涼處熱量保留時間更長。換句話說,濕空氣和 CO2 是捕集熱量的關鍵氣體。

Foote 將研究結果發表在 1856 年發行的美國科學雜誌,她預測這種氣體會給地球帶來高溫。但不幸的是,一個多世紀以來,主要聚集在歐洲的氣候科學家似乎沒有討論或引用過 Foote 的研究,主要原因是她是女性,且是一個業餘愛好者,第三個原因是她是美國人。她的作品直到最近十年才浮出水面。

1859 年愛爾蘭科學家 John Tyndall 遵循 Fourier 的推理路線,創建一些巧妙的精密設備來測試哪種氣體是導致溫度上升的關鍵。與 Foote 非常相似,他發現水蒸氣和二氧化碳在捕集熱量方面作用非常強大,二氧化碳捕集的熱量是乾燥空氣的 1 千倍。

1896 年瑞典物理學家 Svante Arrhenius 創造第一個氣候變化模型。他想計算的是改變全球溫度需要多少二氧化碳。Arrhenius 花了一年時間手工計算上萬次方程式,做出驚人的預測,即如果將大氣的 CO2 量增加一倍,將使世界溫度升高 5~6 攝氏度。

但是當時科學家並不認為燃燒化石燃料有多麼嚴重,他們無法想像到下個世紀會發生什麼事,當時 Arrhenius 認為氣候變化肯定會發生,但會非常緩慢,他預計大氣層中的 CO2 濃度上升 50% 將需要 3,000 年,但事實上 CO2 僅在一世紀內就飆升 30%當時科學家比較擔心火山噴發破壞氣候的可能性。

Arrhenius 反而認為,溫暖的世界會有很大的好處。他在 1908 年出版的《世界的製造中表示,受到大氣中碳酸含量不斷增加的影響,我們可能會享受一個氣候更加平等,氣候更好的時代,尤其是在地球上較冷的地區,在這個時代,地球將帶來比現在更多的農作物,對快速繁衍的人類有益。事實上暖化造成的災難已遠遠超乎那個時代科學家的想像。

儘管現在人類已經對暖化有高度警覺,新能源技術也不斷在進步,但今年全球碳排放量仍續創歷史新高,打破 2018 年創下的紀錄。全球碳項目(Global Carbon Project)最新報告表示,到今年底,來自工業活動和化石燃料燃燒的排放量將向大氣中排放約 368 億噸二氧化碳,包括農業和土地利用在內的所有人類活動的總碳排放量可能會達到約 431 億噸。

煤炭是唯一一種呈下降趨勢的化石燃料。報告估計全球煤炭用量在 2019 年略微下降 0.9%,但是,全球天然氣和石油使用量分別增長 2.6% 和 0.9%,抵消煤炭小幅下降帶來的好處。

聯合國環境計劃署的一份嚴峻報告警告說,若依照現在的溫室氣體排放趨勢,地球將在 2030 年突破攝氏 1.5 度的「升溫大限」,未來十年二氧化碳排放量需要減少 55% 控制升溫趨勢,報告中指出這是「技術上可行的」,但眼看碳排放至今仍不減反增,科學家直言 2050 年將是人類文明的末日。

(首圖來源:Flickr/Automobile Italia CC BY 2.0)