从气候历史看人类世变暖
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- 2020-07-04 09:15:29
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【简介】
2016年，人类世作为非正式的地质年代被国际大会接受，建议的起点为公元1950年。这表明人类对地球系统的影响，已经超出了全新世自然变化的范围。大气中二氧化碳和悬浮微粒的增多、大量的森林砍伐正在戏剧性改变着地球景观，海洋的酸化、升温，过度捕捞，以及珊瑚正在迅速消亡，近几年台风的频度及强度的增加。气候状况是理解人类世气候系统特征的重要背景，科学家从第四纪气候变化中获得的气候系统变化过程、动力、规律、理解，也是应对人类世气候变化的科学基础。本次沙龙从历史气候变化的情况和规律讨论人类活动的影响。
【主持人致辞】
滕吉文：唐自华博士是我们所新生代地质与环境重点研究室年轻的副研究员，对新生代主要暖期及其对“人为变暖”做过深入研究，通过大量资料的深入和反复的思考，对当今全球变暖提出了自己的观点。下面，请唐博士给我们做报告。
【主旨报告】
唐自华：从气候历史看人类世变暖
我今天想从历史的角度、从古气候的角度，讨论如何看待全球变暖这个事情。
先看几张片子，在非洲埃塞俄比亚首都郊区的一片麦田，几乎看不到原始的景观，而是村落和田野。我们的华北平原也是如此。另一张是我国云南元江县的梯田，从下面的江边到最高处有1000多米的海拔，有三千多级梯田。这是一张沙特阿拉伯沙漠中的麦田，是从1000多米深的地下抽水灌溉。没有水的地方，就仍是沙漠。还有一张是西班牙沿海的养殖网箱，我们中国沿海地区也有这种网箱，而且很密。
可以看出，人类不仅改变了山地、也改造了沙漠、平原，甚至海洋。
这是法国巴黎凯旋门及其周边十二条大街的照片，这里都是房屋，看不到原始的自然景观。在印度德里的贫民窟，矮小的房屋密密麻麻，已经没有原始的自然景观。在肯尼亚的世界上最大的难民营，其面积与我国北京的故宫一样大，却居住着四十几万人，这些流落街头、无家可归的人同样对环境有着严重影响。美国的戴维斯空军基地淘汰的、废弃的飞机的乱放乱停，韩国的垃圾填埋场等，都对环境造成影响。
如今，人类对环境的影响已经超过自然过程可能带来的变化。
图1.中国元阳县的水稻梯田，梯田的坡度从15°-75°不等，台阶多达3000级
图2.法国巴黎，12条大道从凯旋门广场辐射延伸出去
图3.美国戴维斯-蒙森空军基地的飞机墓地
在2000年的一个国际会议上，1995年诺贝尔化学奖得主保罗-克鲁岑提出，当今人类活动对自然环境的影响已经超过了自然状态的变化，应该定义一个新的地质时代，叫人类世。我国科学家刘东生院士参加了此会，回国后就极力推荐这个词。
我们单位是地质与地球物理研究所，大部分研究人员是研究地质的，其实90%的地质学都是地层学，通过地层学来研究和重建地球的历史。
1958年，美国的夏威夷建了一个大气二氧化碳观测站，从此，世界上有了观测二氧化碳的连续记录。1960年发表的观测记录发现，二氧化碳浓度在一年里是有变化的。在北半球夏季浓度低，大约是308ppm，而到了冬季，浓度是318ppm。科学家们还指出，二氧化碳浓度年际呈现微弱增加的趋势。在上世纪60年代，大气成分中二氧化碳的含量大约是0.03%，而到现在，大气中二氧化碳的含量达到了0.04%。科学家在南北极的冰层中取样，当时含有空气汽包的雪被冷冻成冰，并被沉积成冰层。现在化验这些冰层中的气泡，发现，在反映1750年左右的冰层中的气泡中的二氧化碳浓度是285ppm，这个时代大约是工业革命前后。可以发现二氧化碳浓度在持续增加。在南极3000多米的冰芯可以代表80万年的情况。测量南极冰芯中的气泡，在80万年前，二氧化碳浓度在最高时，低于300ppm，而在最低时，大约在175-180ppm。
在2017年发表的科学文章中，提到现在的二氧化碳浓度已达400ppm。文章还提到，如果人类按现在的生活方式，每年增加2ppm。在本世纪末二氧化碳浓度就有可能达到1000ppm。如果按照几万年前的发展水平，需要5000万年才能达到1000ppm。二氧化碳浓度在1000ppm时是个什么概念，那就像许多人站着挤在一个不通气的小屋子里两个小时以上的感觉。
人类从什么时候开始对环境有显著影响呢？最近有一篇文章，通过树轮研究干旱的变化。可以发现从20世纪初开始有三个阶段的变化，分别是1900-1950年的干旱加剧、1950-1975年的干旱缓解、1975年以后的再次干旱。作者对干旱与人类影响做了归因分析，认为人类对地球系统的影响至少从20 世纪初就开始了。2018年同济大学在我国南海的钻孔中分析了几十万年间的孢粉记录。发现在6000年前后的钻孔中出现大量的碳屑，原来的阔叶植被减少了，增加了禾本科植物的孢粉。说明华南人类的活动影响了区域植被生长的变化。佛吉尼亚大学的古气候学家William Ruddiman教授写了一本Plows, Plagues & Petroleum，书中提到在8000年前后，二氧化碳和甲烷升高就已经出现并影响古气候。
图4.全球变暖的不利结果
国际地层委员会的人类世工作组工作了10年，总结了一些现象，如城市化和农业的侵蚀、沉积速率成量级地增加，显著而突然的对碳、氮、磷循环的人为扰动，产生一些新的化合物，使得生物圈出现快速变化、栖息地的损失带来植物多样性的降低、驯化生物种群大规模增加，人类的迁徙活动等等。
人类世工作组写了一篇文章，认为人类世与全新世在功能和地层上显著不同。建议人类世从1950年开始。其标志是最明显的引起全球同时变化，又能同时观测到的，能够得到公认的，这个界限就是核爆炸的出现。
看一下1881-2018年间全球温度的变化。从1997年至今的22年间出现了20个最温暖的年份，而过去四年是最温暖的四年。在北半球的高纬度地区经历了明显升温，平均升温1-2度。
2019年1月7日，美国科学院院刊PNAS的一篇文章说，自1881年以来，海洋变暖的速率相当于每秒向海洋里投掷一颗广岛原子弹，而现在海洋变暖的速率相当于每秒投掷三颗原子弹。
全球变暖，海洋中，深度在2000米以内的海水升温，将导致在陆坡上存在的可燃冰（固态甲烷水合物）释放，空气中的甲烷会迅速氧化成二氧化碳，使二氧化碳浓度急剧增加。
在地质历史上，曾发生过全球变暖事件。最显著的一次增温发生在5600万年前，上层海水升温，导致陆坡上存在的可燃冰全部释放，在空气中急速氧化，产生二氧化碳。使二氧化碳浓度急剧增加。这一事件导致全球平均升温5度，北极变成了一个湖，大量的淡水流入北冰洋，海平面上升，海水酸化。海洋洋流的格局也发生彻头彻尾的变化。
科学家在南极周围海区地下4000多米的钻井取样，发现深海沉积的碳酸钙已全部被溶解，沉积物变成了红色的，说明当时的海洋存在显著酸化。
图5.可燃冰释放
图6雅鲁藏布江的冰崩碎屑物堵江
全球气候变暖可能会带来一系列变化，甚至会带来一系列连锁反应。
在2019年2月对南极海冰面积进行比较，发现比1981-2010年间的海冰面积变小了。北极也如此。在我国西藏的雅鲁藏布江色东普沟再次发生冰崩碎屑物堵江。科学家们在冰冻圈评估报告里提出，目前 “冰冻圈告急”，而研究大气的科学家认为是“病入膏肓”。
看看北京。我们研究所的周围，在1984年周围还是菜地和空地。而从2019年2月份的卫星照片看，我们单位周围是密密的高楼。北京机场在1984年是二条跑道，而现在，其面积增加了20多倍。北京城的建城区的面积，从鸦片战争到新中国成立的二百年间，北京城的面积变化不大。过去40年中北京城的面积急速扩张。
栖息地的损失，将给全球的生态系统带来的后果是生物多样性的降低，使大量的物种灭绝。单纯用古气候或者古生态讨论问题已经不够了。大约在十年前，科学家们把全球的表生系统分成若干个临界要素。有的增温5度就会被触发，而冰盖遇到升温1度就被触发。
如何应对全球气候变暖，中国做出了大量工作，退耕还林、还草等大量的绿化工作。上个月NASA发表的报告里，在过去的十几年间，全球变绿的地方大幅度增加。印度的绿色革命，西班牙的太阳能发电站，丹麦的风力发电站，中国在新疆、内蒙古等地的太阳能和风力发电站，利用清洁能源，对改变气候会产生积极影响。人类对全球变暖正采取一系列抑制措施。
图7.全球变绿的地方的增加
【讨论与交流】
滕吉文：唐博士给我们做了一个很好的报告，大家有什么问题，都可以提出来。
张维：唐博士的报告很精彩，内容很丰富，数据很多，使我开阔了眼界，我支持唐博士的观点。我是原地质所搞地层研究的人，在2000年，与地球所整合后，地层室撤销了。地层学在地质学研究中很重要，对于撤销地层学还是很遗憾的。如果地层学存在，会对研究创新世、人类世及人类与环境的关系等发挥更大的作用。
人类的历史，也就是300万年，与地球的历史比较，还是很短暂的。对于一个地质事件的解释，由于我们占有的资料有限，往往有多个解释，就如同盲人摸象，得出的结论较主观，很难接近真实性。我们搞地质的人，必须掌握大量资料，才能有说服力。这也是我们搞地质和搞地球物理研究的今后的努力方向。
许荣华：我有二个问题。一个是人类世中提到的二氧化碳变化过程，为什么不从工业革命开始，它应该比1950年更合适。再一个问题，你提到核爆炸的影响。从工业革命以来，人类历史有几次大的事件发生，比如发生过三次世界大战，消耗了大量能源、产生了大量的二氧化碳，也死了很多人。这些事件为什么没有在你的数据中有反映。
唐自华：为什么不选在工业革命，因为工业革命开始的年代不统一，英国、法国、甚至中国的工业革命，不是同一年代发生的，不易被各国公认。而原子弹爆炸，会对大气传播、二氧化碳扩散、对生物，对地震动，会马上被各国观测到。会被各国很容易接受，得到公认。关于第二个问题，就是地球上发生的事件在地层中有无记录，有些记录不一定引起注意和公认。如在我国山西省的中条山的地层的沉积物中，发现人类在4000年前的活动遗迹。能否把人类活动放在4000年前，就没有得到公认。
王柏懿：现在接受人类世观点的地质界的比例是多少。
唐自华：接受这一观点的人占多数，是主流。
王庚辰：今天唐博士的报告，资料多、信息量大，我要好好的去琢磨和学习。几点感受，关于全球气候变暖，研究大气的人强调环境变化，而研究地质的人员更多的是强调地质年代和自然变化。丁仲礼院士是一位很优秀的地质科学家，他的观点和见解，我们搞大气的人还没有机会和他沟通。
我们搞大气的人说全球变暖，是指近一百年来的变化，一百年之前的不讨论。所以搞气象的人认为全球气候变暖是强调了人类活动导致和影响的。今天，唐博士作为搞地质的人，在分析引起变暖的诸多因素中，也强调了人类活动，这是我们搞大气的人感到很震惊的。我们赞成地质学家的观点。另外，我们现在强调的全球变暖也好、温度增加也好，二氧化碳引起的温室效应、辐射效应等，都具有很大的不确定性。我们国家要发展，我们要努力做到减少碳排放，要做到绿色出行。
国连杰：对于全球变暖的驱动力可分为自然的、地球本身的和人为的。关于二氧化碳的排放量，如何区分出来，如大规模发展农业和发展工业，排放量是不一样的，能否区分出来。现在提到的是平均值，这缺乏科学依据。全球变暖是一个系统科学问题，它涉及政治、军事、外交、民族生存等问题，国家应成立一个部门，专门研究这个问题，而不能像现在似地，地质、气象、农业、工业等各有自己的观点，总在争议，不能系统地研究。我们国家研究第四纪是强项，可是你今天让大家看到的数据和图表，几乎都是外国人做的，我有些疑问。根据重力吸引原则，排放的二氧化碳有一部分沉降在地球上，而有些应该外泄，飘落到地球以外的空间，能保存到地球上的二氧化碳可能有多少。
唐自华：关于全球变暖的驱动力的细分，我这里有各种数据，今天我没有介绍。关于全球变暖的原因，要想说清楚非常难。我是整理了各国科学家的思路，做的今天的报告。研究气象的和研究地质的科学家，对全球变暖的观点是有分歧的。气象记录已有100多年的历史，而地质从冰芯中研究，其记录也就在70-80万年，气象和地质的数据如何对接，是很困难的事。我们国家的科学家的一些观点和数据，绘出一条曲线，能在国际上得到认可和引用，正在逐步增加，尤其是现在。
王庚辰：研究大气的科学家也发现观测的数据有对接问题，大气观测过去是人工观测取样，现在是自动观测记录，原来的观测站在城里，后来搬到了西郊，再后又搬到了南郊。这里面就有数字的对接问题。
孙克忠：国际上对全球变暖很重视，这里把巴黎气候变化大会上的有关信息介绍如下。
《巴黎协定》是2015年12月12日在巴黎气候变化大会上通过、2016年4月22日在纽约签署的气候变化协定，该协定为2020年后全球应对气候变化行动作出安排。《巴黎协定》主要目标是将本世纪全球平均气温上升幅度控制在2摄氏度以内，并将全球气温上升控制在前工业化时期水平之上1.5摄氏度以内。
在各国的努力下，全球气候变暖问题，应该有一个好的期待。
孙建国：这次沙龙的题目是当前的热门话题，也是大家非常关心的话题。今天的报告从古气候发展的自然规律，从历史上、从根源上挖掘气候变暖的原因，很有意义。
应该让更多的人了解，来提高全民素质。我们有能力，也有平台做好这类科普工作。
滕吉文：今天，唐博士给我们做了一个非常好的报告。气候变暖的过程和趋势，对我们人类生存、生活很重要，也很关心。而气候变暖是一个复杂的巨型的系统工程，它涉及到地质、气象、生物、天文和物理等。当前人类认识地球的数据也就是5%左右，更多的数据还需我们不断的努力，不断的去探索。当今国际上发表的文章中引用的数据，是采用的全球测量的平均值，他们的观点具有局部性，对这个地方合适，而换一个地方可能就不合适。
【结论和建议】
在 2016年，人类世作为非正式的地质年代被国际大会接受，建议的起点为公元1950年。这表明大气中二氧化碳和悬浮微粒的增多、海洋的酸化、升温等，人类影响已经超过地球系统的自然变化，无论是幅度还是速度。人类影响可能诱发连锁反应，后果严峻。当前气候系统和生物系统服务压力巨大，人类必须积极作为，才有可能扭转趋势。
气候变暖是一个复杂的巨型的系统工程，它涉及到地质、气象、生物、天文和物理等，有必要把不同学科的科学家聚在一起，共同探讨这个问题。
