環境與生態

地球實驗室

如果全球暖化持續下去,地球會變成什麼樣子?

撰文/卡德拉 ( Ken Caldeira )
翻譯/張雨青

環境與生態

地球實驗室

如果全球暖化持續下去,地球會變成什麼樣子?

撰文/卡德拉 ( Ken Caldeira )
翻譯/張雨青


商業、政治或科技預測通常放眼未來的5年或10年,頂多50年,然而氣候科學家談論的問題擴及本世紀末。事實上,我們今天排入大氣中的二氧化碳,會影響今後數十萬年的地球。


這些溫室氣體將如何改變遙遠的未來?地球究竟會因此變成什麼樣子?沒人能說得準。但氣候科學家運用數學模型,便能預測地球將來的面貌。他們根據過去對氣候系統的知識、影響氣候的複雜過程脈絡,以及物理與化學定律,建構了這類模型。


這類模型所推測的未來正在我們眼前一一成真。一如預言,陸地的暖化程度比海洋大、極地比赤道附近嚴重、冬季勝過夏季,而夜晚更甚白天;超大豪雨更加常見;北極地區的冰雪覆蓋面積縮小,富含甲烷的永凍土開始融化;多出來的熱令風暴四起,天氣更加詭譎多變。


我們引發的改變有沒有最終極限?史上最好的範例是一億年前白堊紀的氣候,當時濕熱的空氣圍繞著恐龍堅韌的皮膚,鱷魚這類生物在北極出沒,大量植物在富含二氧化碳的空氣中茂盛生長。而現在造成的溫室效應將持續數十萬年以上,地球上大多數的生命必先深受影響,尤其是我們人類。


沙漠帶北移


介於北緯30°與60°之間的北半球中緯度地區(涵蓋美國、歐洲、中國以及大半個加拿大與俄羅斯),緯度每增加一度,年均溫即降0.67℃。一個世紀之內升溫5℃,相當於平均向北極移動超過800公里,也就是這個氣溫帶平均每天北移20公尺以上。松鼠或許還跟得上這樣的移動速度,橡樹或蚯蚓就無法如此快速遷移,恐怕只能坐以待斃。


接著是降雨。地球是行星規模的熱機,赤道的空氣受到炎炎日照的加熱後上升,再慢慢冷卻。空氣中的水蒸氣遇冷後凝結成雨滴落回地表,於是在赤道附近形成暴雨帶。


而水氣凝結又會加熱周遭的空氣,使空氣上升得更快。乾燥的熱空氣有如噴射機般往上衝,接著往兩極水平擴展。熱空氣在高空中把熱量輻射至太空,因而變冷並沉降回地球表面。陽光穿透如此乾燥無雲的空氣,直射並加熱乾燥的土地。目前這類乾燥的空氣沉降在南北緯30°附近,因此環繞著地球形成廣大的沙漠地帶。


溫室效應導致暖化,上升的空氣變得更熱,空氣冷卻與沉降回地表所需時間因而更長,於是沙漠地帶往兩極擴展。


撒哈拉沙漠的氣候型態可能北移。儘管整體來看,全球降雨量增加,南歐的旱象卻日益嚴重,長久公認為世上最宜人氣候之一的地中海型氣候,恐將成為絕響,斯堪地那維亞半島型氣候可能取而代之,成為後代子孫心目中的首選。


而在北半球的中緯度地區,生長季則變得更長,春天更早到來:植物開花、湖面冰融與候鳥歸返的時期,都比過去早。


受惠的不只是加拿大與西伯利亞的耕地。植物利用日光的能量使二氧化碳與水結合而製造養份,大多數情況下,植物透過葉片上的氣孔吸收二氧化碳,氣孔張開時,植物能獲得充份的二氧化碳,但大量水份也會經由這些氣孔蒸發。大氣中的二氧化碳濃度升高,表示植物只要稍微打開氣孔,即可得到所需的二氧化碳,甚至葉片上不需長出這麼多氣孔。在高濃度二氧化碳的世界裡,同樣的用水量,植物卻能長得更好。(來自植物的蒸發量減少,也會導致降雨量進一步減少,而且由於蒸發具有冷卻的效果,蒸發量的減少將引起進一步的暖化。)


這類好處並非隨處可見。在熱帶地區,許多農作物早已飽受高溫所害;這種熱壓力可能隨著全球暖化而更加惡化。總體看來,農作物產量說不定不減反增,北方增加的產量會超過赤道附近減少的產量。全球暖化也許不會使總體糧食供給量減少,卻可能令富國豐收,而窮國歉收。


海洋酸化


廣闊的海洋可以耐受改變,卻仍不免變樣。科學家預期,接下來幾十年的海洋化學性質變化之勢又快又猛,歷史上大概只有大滅絕事件能出其右。二氧化碳進入海洋後,會與海水反應形成碳酸,只要碳酸濃度夠高,就會導致許多海洋生物的外殼與骨骼溶解,尤其是由「霰石」這種可溶解的碳酸鈣成份。


科學家估計,超過1/4的海洋物種,一生中都有特定時期是以珊瑚礁為家。珊瑚的骨骼是由霰石構成,縱使海洋的化學性質尚未惡化到使外殼溶解的程度,酸化的海水仍然會抑制珊瑚骨骼生長。不出數十年,過去支持珊瑚礁生長的地質化學環境,將在大海中消失,而倚賴珊瑚生存的物種,也不知有多少將跟著珊瑚礁一起消失。


這些化學變化直接影響的是珊瑚礁生態,但包括我們在內的其他生物,則應該留意眼前發生的物理變化。從最基本的層面而言,水就如同溫度計中的水銀,受熱即升高。藏在冰帽中的水,如今也正因冰融而注入海中。


步上金星後塵


試想,北極暖化會導致數千億公噸的甲烷從北極海床與土壤中迅速冒出而進入大氣,而大氣中每一甲烷分子的集熱能力是二氧化碳分子的37倍,一旦這些甲烷突然釋放出來,5500萬年前的「古新世–始新世氣候最暖期」(Paleocene-Eocene Thermal Maximum)就可能重演,到時我們真的會大難臨頭。然而,大多數科學家認為這樣的風險目前微乎其微。


也有人提出,永凍土融化造成的反饋效應,可能讓溫室效應失控,海洋因而變得滾燙而蒸發掉。由於水蒸氣本身即溫室氣體,如此強烈的水循環會使地球熱到水蒸氣永遠留在大氣中,再也不會下雨。在這種情況下,來自火山或其他來源的二氧化碳會在大氣中不斷累積。宇宙射線會使高空中的水蒸氣分解,產生的氫最終會逸散至太空,地球的氣候狀態則會越來越像一旁的金星。


在這個暖房裡,誰能繁衍旺盛?有些生物,例如鼠類與蟑螂這種入侵大師,能在混亂環境中取得優勢。其他生物,例如珊瑚與熱帶雨林物種,已經演化成只生存在變動範圍極小的環境中,全球暖化可能使這類生態系因其他物種入侵而走樣。氣候變遷或許會讓世界變成一片荒蕪。


氣候變遷可能釀成區域性的危機。若富者越富、貧者越貧,會不會引發大遷徙,撼動政治與經濟的穩定性?而深受全球暖化的變局所苦的國家之中,也不乏宣稱擁有核武者。氣候變遷是否可能讓緊繃的政治情勢加劇,引爆核戰或其他毀滅性動亂呢?對人類而言,社會如何因應氣候變遷,恐怕是比氣候變遷本身更大的問題。


一切從零開始


白堊紀茂盛生長的木本植物死了以後,有些在漫長的地質年代裡形成煤炭。海洋浮游生物死後葬身沉積物中,有些變成石油與天然氣。海洋生物把二氧化碳固定在外殼與骨骼中,氣溫隨之下降。


數千年以來,海洋把我們排放的二氧化碳吸收大半,海水因而酸化。酸化的海水將使碳酸鹽礦物溶解,溶解的化學效應又吸收了更多二氧化碳。然而,大氣中的二氧化碳濃度仍將維持高檔達數萬年,遠高於工業化以前的280ppm。因此,地球軌道的細微傾角造成的冰期消長將不復見,人類排放的溫室氣體,將使地球繼續身陷暖房中。


久而久之,高溫與高降雨量將加速岩床與土壤的溶解。溪流將把這些溶解的岩石與礦物(含有鈣與鎂等元素)帶進海洋。或許數十萬年後,某些海洋生物將攝取鈣與二氧化碳,形成碳酸鹽外殼。這些貝類以及其他數百萬種生物,也許終會成為石灰岩,如同英格蘭多佛(Dover)的著名景點白色峭壁(White Cliff),記錄了白堊紀的大氣,我們今天燃燒的化石燃料中大量的碳,大多數將成為岩石中的一層,成為人類這個物種改變世界的記錄。