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气候变化的检测是什么意思 气候变化是由人为温室气体排放造成的吗
更新时间:2024-05-13 18:51:00

导语:气候变化的检测是什么意思?气候变化的检测不仅仅是简单地观测气温的升高或降低,因为它涉及到全球范围内气候系统的复杂变化,而且科学家通过收集大量的数据,运用先进的模型和技术,才能够准确地检测气候变化的趋势和规律,下面就一起去看看气候变化是由人为温室气体排放造成的吗。

气候变化的检测是什么意思

气候不仅有着地域性变化,而且也随着时间自然地发生改变。在地球漫长的发展历史和人类漫步在这个星球上之前的很长时间里,这里就发生了许多从暖到冷、从湿到干的循环往复的变化。事实上,地球上的每个地方都经历过巨大的气候变化,例如从冰期气候到副热带沼泽气候或沙丘气候的变迁。

本章的第一部分会介绍科学家对地球气候历史的解释并探索一些气候变化的重要自然原因。现在,高科技与精确的测量仪器可以用来研究大气的组成和动力机制。但是这些方法是近代发明的,所以只能提供一小段时间范围的数据。为了充分了解大气的特征以及预测未来气候的变化,我们必须在某种程度上揭示出气候在更长的时间范围内是如何变化的。仪器观测的数据顶多只有两个世纪,再往前时间越早,数据就越少、越不可靠。

为了解决缺少直接观测数据这一问题,科学家必须使用间接证据来解释和重建过去的气候。代用资料来自气候变化的自然记录和历史资料,例如海底沉积物、海冰、孢粉、化石花粉以及树轮生长等。科学家分析代用资料和重建过去气候的研究工作被称为古气候学。这项工作的主要目的是认识过去的气候,进而从气候自然变率角度来评估现在和未来可能的气候变化。下面我们对一些重要的代用资料做简单介绍。

海底沉积物——气候资料的仓库

我们知道,地球系统的各部分是紧密联系在一起的,因此一个部分的改变会引起其他任何或者所有部分的变化。在这里,你会看到大气和海洋温度的变化是如何反映在海洋生物上的。大多数海底沉积物包含曾经生活在接近海表面(海气交界面附近)的微生物的遗体。当这些近海表面微生物死亡后,它们的壳就会缓缓地沉到海底,在那里它们成为沉积记录的一部分。

因为这些生活在近海表面的微生物的数量和种类会随气候条件发生变化,所以这些海底沉积物就成了是全球气候的有用记录。所以为了认识气候变化,科学家对隐藏在海底沉积物里的大型数据库越来越感兴趣。自20世纪60年代后期开始,美国参与了一些有关重要国际项目,其中,开创性的项目是始于1968年、配有“挑战者号”研究船的“深海钻孔计划”。

1983年深海钻孔计划被“海洋钻孔计划”所取代,并装备了新的钻孔船“乔迪斯·决心号”。2003年10月,“综合海洋钻孔项目”启动。这个最新的国际项目已不仅是一艘钻孔船,而是由多种船只来进行探索研究。其中之一就是那艘2007年投入使用的长达210米的巨轮“地球号”。这个项目的主要目的是收集早先无法获取的钻孔岩芯。这些新数据将会拓展人们对地球系统很多方面的了解,包括对气候变化类型的认识。

海底沉积物对认识气候变化重要性的一个著名例子就是揭示了冰期时大气状态的变化。由海底沉积岩芯获得的温度变化记录为我们认识最近阶段的地球气候历史提供了有效途径。

氧同位素分析

是基于对两种氧同位素比例的精确测量:最常见的¹⁶O和较重的¹8O。H₂O分子可以由¹⁶O或18O组成,但是较轻的同位素16O更容易从海洋蒸发。因此,降水(也包括冰川)中1⁶O较多,这就导致更重的同位素18O在海洋中的浓度增大。所以在冰川扩张时期,就有更多的1“O集中在冰中,而海水中的18O浓度就增加。相反,在温暖的间冰期冰川量迅速减少,更多的¹⁶O回到海洋,所以海洋中180与¹⁶0的比例也相应下降。现在,如果有古代18O/¹⁶O比例变化的记录,我们就可以确定什么时候是冰期,因而知道气候是在什么时候变冷的。幸运的是,我们确实拥有这样的记录:某种海洋微生物在形成它们的由碳酸钙组成的外壳时,其中就包含了当时的I8o/¹⁶O比例。这些微生物死亡后,它们的壳沉入海洋底部,成为沉积层的一部分。

因此,可以通过分析埋在深海沉积层的某些微生物壳中氧同位素的比例来确定冰川的活动时期。18O/¹⁶O比例还随着气温变化,气温高时,从海中蒸发的18O就多;气温低时,18O的蒸发就少。因此,在暖的时期,重的同位素在降水中比较充足,在冷的时期则较少。根据这一原理,科学家通过研究冰川中的冰雪层可以得出过去气温变化的记录。

冰川中的气候变化记录

对格陵兰和南极冰原冰芯的研究,改变了我们对气候系统是如何运行的基本问题的认识。科学家是用一个像缩小版的石油钻井设备那样的钻机来采样。一个空心轴随钻头进入冰层中,随后冰芯被取出。用这种方法,有时可以取出长度超过2000米的冰芯,可以用来研究超过20万年的气候历史。冰芯提供了气温变化和降雪的详细资料。冰芯中的气泡记录了大气组成成分的变化。二氧化碳和甲烷的变化与气温的波动有关。这些冰芯中同时包含有大气中的沉降物,如扬尘、火山灰、花粉以及当代的污染物等。氧同位素分析可以确定过去的温度。用这些方法,科学家可以建立过去的气温变化的记录序列。

环境

树轮——环境历史档案观察木头的一端时,你会看到一系列同心环组成的图案。这些树轮从中心开始向外直径慢慢变大。每年在温度适宜的条件下,树木在树皮下面会长出一层新木而形成一层新树轮。每层树轮的特点,如大小和密度,反映了树轮形成年份的主要环境,尤其是气候特征。有利的生长环境产生一个较宽的树轮,而不利的生长环境则产生一个较窄的树轮。在同一时间和同一区域生长的树木表现出相似的树轮形态。因为每年才增长一个单独的树轮,所以我们可以通过树轮的数目来确定一棵树的年龄。

如果树木砍伐的年份已知,这棵树和每个树轮形成的年份可以通过从外层树轮依次向里计数来确定。确定树轮及其定年的研究被称为树轮年代学。科学家并不局限于研究这些被砍伐的树木,从正在生长的树上也可以提取小型和完整的树芯样品。为了最有效地利用树轮,需要进一步建立树轮年表。科学家通过比较同一区域的树轮结构进行研究。假设在两个样本中发现了同一类型,如果其中一个样本已经被定年,另一个样本可以通过匹配相同的树轮类型来定年。在某些区域,已经建立了几千年前的树轮年表。为了确立一个不知年龄的树轮样本,可以将它的树轮类型与参考年表进行对比匹配。

树轮年表是环境历史的独特档案,在很多领域,如气候、地质学、生态学和考古学都有重要的应用。例如,树轮用于重建一个区域在人类历史记录数千年前的气候变化。这样的长期变化记录对判断有关现代气候变化记录具有重要价值。

其他类型的代用资料

用来研究过去气候的代用资料还有化石花粉、珊瑚和历史文献。化石花粉气候是影响植被分布的主要因素,因此一个区域的植物群落的特性反映了这个区域的气候特征。花粉和孢子是很多植物生命周期的一部分。因为它们具有保护性外壁,所以通常在沉积物中是非常多、非常容易辨认和保存完好的植物残体。通过分析已经在沉积物中准确定年的孢粉,我们可以获得一个地区关于植物变化的高分辨率记录。通过这些信息,可以重建过去的气候。

珊瑚

珊瑚礁包含生活在温暖、较浅水中的珊瑚虫外壳的集合体和在以前珊瑚顶上形成和堆积的新的坚固物质。珊瑚用从海水中汲取的碳酸钙(CaCO₃)来形成自己坚固的骨架。碳酸中的氧同位素可以用来确定珊瑚曾经生长过的海水的温度。由于生长速度与气温和其他环境因子有关,所以冬天形成的珊瑚骨架的密度与夏天形成的珊瑚骨架不同。因此,珊瑚可以显示出季节性生长带,与树轮非常相似。

通过将珊瑚记录与同期的现代观测仪器记录的比较,可以从珊瑚中提取准确可靠的气候记录。对珊瑚生长圈的氧同位素分析可以作为降水量的代用资料,尤其是在一些降水量年际变化较大的区域。将珊瑚作为古温度计,可以帮助我们回答有关全球海洋气候变率的某些重要问题。历史资料历史文献中有时也包含着有用的信息。尽管这样的记录看上去似乎可以直接用于气候分析,但实际上并非如此。因为大多数历史文稿是为一定的目的而撰写的,并不是为了描述气候。此外,作者往往很自然地忽略了风调雨顺的时期,而只记载干旱、剧烈的风暴、暴风雪和其他极端事件。不过,对农作物、洪水和人口迁移的记录却为变化的气候的可能影响提供了有用的证据。

气候变化是由人为温室气体排放造成的吗

温室气体排放:人类活动,如燃烧化石燃料(煤、石油和天然气等)和砍伐森林,导致大量温室气体(主要是二氧化碳)排放到大气中。这些温室气体对太阳辐射的可见光具有高度透过性,并且能强烈吸收地面辐射中的红外线,从而导致地球温度上升,即产生温室效应。

温室效应增强:由于温室气体的增加,温室效应得到增强,使得地球表面温度持续上升。这种增温作用已经对全球气候产生了显著影响,如海平面上升、中高纬度冰雪融化、全球降水量重新分配等。这些变化不仅危害自然生态系统的平衡,还对人类健康和经济产生严重影响。

人类活动的影响:除了温室气体排放外,人类活动还通过其他方式影响气候变化,如改变下垫面性质(如破坏原生植被)、改变大气中气溶胶浓度以及土地利用和陆面覆盖的变化等。这些活动都加剧了气候变化的复杂性。

综上所述,人为温室气体排放是导致气候变化的重要因素之一。为了减缓气候变化的影响,需要采取多学科、多部门的合作措施,如减少温室气体排放、改变农作物种类和品种以适应气候变化等。

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