GISP格陵兰冰芯O

图1.14:氧同位素数据GISP-2格陵兰冰芯。大的(负面)值与温度相对应。

的冰川湖进入海洋,但一般来说新仙女木和机制的千禧年的变化仍是尚未解决的重大问题。这是一个特别重要的问题,因为平的,静止期结束的时候——格陵兰岛记录全新世时期我们住在所有历史的文明——代表突然停止高振幅千禧年的可变性。占什么极其稳定的全新世气候,需要打破这种情况呢?raybet雷竞技最新这是一个大问题,确实可观的进口。

1.11全新世气候变化raybet雷竞技最新

全新世的raybet雷竞技最新气候变化已经(至少到目前为止)更微妙的比之前我们已经讨论过的巨大的变化。在某种程度上,这只是因为全新世是一个短的时间内,并没有足够的时间非常戏剧性的发生,许多的速度相对较慢地质过程修改气候。raybet雷竞技最新但有限的全新世不是故事的全部。全新世没有目睹极端千禧规模可变性的看到在前面的冰川。事实上,关于全新世的一个大问题是相对稳定的物质基础全新世气候raybet雷竞技最新。特别是考虑到大规模袭击气候由工业社会(见1.12节)变得更加紧迫的理解需要打破平静的和稳raybet雷竞技最新定的全新世气候享受在文明的崛起。

不过,全新世不无的兴趣点到目前为止就气候变化,更因为有人类文明的见证,是受到这些变化的影响。raybet雷竞技最新全新世气候变化的关键驱动因素raybet雷竞技最新岁差的周期,将在第7章讨论。同样的岁差的循环,扮演一个角色在更新世冰河时代的节奏。地球的自转轴像陀螺进动的,这样的方式“倾斜季节”与“距离赛季”与不同距离地球从太阳经过一个周期的持续约22000年。四分之一周期只有5500年,这些周期跨度内的历史记录。目前,地球离太阳最远当北半球指向太阳(即北部夏季),并且是最接近太阳时,北半球点(即北部冬季)。这给了我们相对温暖的冬天和相对凉爽的夏天。11000年前的情况却是相反的,北半球夏季收到相当多的阳光比今天,特别是在高纬度地区。这应该使极地比今天暖和得多,但原因仅仅是一定程度上理解,最热的时间被推迟了几千年的夏天,一个时间叫,而有偏见的气候适宜期大约7000年前。目前并不完全清楚气候是“优”,这是在任何情况下Northern-ceraybet雷竞技最新ntric视图作为南半球大陆此时如果任何经历过弱冷却(正如预期的那样从岁差的周期)的性质。替代术语高热期优先,是更少的价值负载。在任何情况下,这个时候北方极地得到10%比现在更多的太阳辐射在夏天,炎热的夏季。全球变暖将伟大的土地,因为海洋平均夏季温暖,寒冷的冬天。树木的年轮记录显示高纬度陆地之间2 c和夏季气温升高4摄氏度时的高热期。这些估计了林木线高海拔土地的扩张在欧洲北极。耐寒性树木生长期主要是敏感的温度,是影响一个温和的冬季气温下降;事实上,更严重的冬天在某些情况下可以有利于树木生长,寒冷的冬天中断的生命周期不同的害虫。肯定在高热期与岁差的循环,变暖的幅度、原因延误在变暖(部分与剩余的冰川从最后一个冰河时代),以及海洋的作用在高热期发行量和植被变化,都是活跃的研究课题。

岁差的周期也产生了深远的影响在低纬度地区降水的分布。撒哈拉沙漠是一个沙漠今天,但干河河谷的特性称为流动与水六千年前,那时的沙漠草原草地。这个潮湿时期约14500年前开始,撒哈拉沙漠突然恢复了大约4700年前。也有有趣的迹象表明,目前热带山地冰川的起始时间遵循一个岁差的周期。例如,秘鲁安第斯冰川的南半球追溯到冰河时代,虽然乞力马扎罗山冰原是约10000年前在非洲潮湿的时期和亚热带北部喜马拉雅冰川的往往是更年轻的。太阳辐射的季节周期之间的联系和热带降水分布涉及大气发行量——季风和哈德利环流——不能治疗没有一个完整的大气流体动力学的理解。因此我们将只有有限的机会去追求岁差的降水周期在这本书的过程中,尽管太阳能迫使岁差的周期的治疗将为学生提供必要的背景进行进一步的研究。

小冰河时期是另一个全新世气候波动相当大的兴趣。raybet雷竞技最新这个词是指一段一般酷北半球温带陆地温度从大约1500年到1800年。树木的年轮估计北半球平均气温下降了一些1400年和1600年之间在0.5摄氏度。冷却由进步高山冰川的记录证实,水手的海冰观测,农业记录。小冰河时期太短、太最近与岁差的周期,虽然有可能波动的海洋环流会产生冷却,总理候选人小冰河时期的一个解释是一个临时的稀薄的阳光。太阳黑子观测表明停止在正常的太阳黑子周期——称为“蒙德极小期的小冰河时期的时代。然而,大多数的估计太阳能输出变化太小而不能产生显著的冷却。

正在调查各种机制可以增强应对小型太阳能波动,但在事物的小冰河时期是一个相当微妙的事件,因此难以理解,尤其是简单的模型。

把全新世的角度来看,它是有益的,注意,“突然”古1.9.1章节中讨论事件持续了近200000年,并设置在约10000年的时间,只要全新世的全长。确实没有太多时间事情发生在全新世,和图1.9的时间跨度无疑包含了许多10000年静如全新世时期直到最近。短至全新世,接下来我们将看到人类活动能够引起一些戏剧性的变化在大气的成分,因此在地球的气候。raybet雷竞技最新一个奇迹,也引发过高热的古新世-始新世极热事件等,这是在眨眼的按照图1.9的标准,但有一个持续时间20倍,只要人类文明的跨越。

1.12回到家:全球变暖

我们已经看到,二氧化碳也是一个主要因素在决定气候througout地球的历史,生活,反过来,极大地影响了碳循环。raybet雷竞技最新生活是在破坏碳循环一次,但这次的科技生活,提供了必要的创新。数十亿年来,大量的有机碳一直隐藏在地壳不氧化。大部分的碳是非常稀释形式不能很容易地利用提供经济上有用的能量的。然而,一个非常小的一部分风几乎纯粹的形式,而且化学改变的时尚让他们特别方便,燃料。这些都是ios版雷竞技官网入口 ——煤形成的陆地植物和石油在海洋环境中形成的。ios版雷竞技官网入口 可以由热变煤或石油。化石燃料的集中代表太阳能存储在有机碳的形式,已经积累了数亿年。这个池随时可氧化的碳存在,正是因为它地质结构让它除了氧气的年龄。只有技术文明的进化,使挖掘和氧化数亿年的化石碳存储在几个世纪。

在2005年,超过8吨(8•1012公斤)的碳被释放由化石燃料燃烧和年度排放量继续快速增长。有几种方法可以看到,这是一个非常巨大的数字——主要心烦意乱自然的碳循环。首先,工业化以前的大气中含有大约600吨的碳,所以2005年度排放1.3%的未扰动大气的内容。如果相同数量每年释放到大气中,它只需要75年大气中的二氧化碳含量翻倍,提供所有的释放二氧化碳在大气中。此外,你可以比较的化石燃料排放火山出气长期的平衡硅酸盐风化和维持碳循环。火山出气很难得到精确的估计,但通常是在每年0.1吨的碳或更少。因此,化石燃料的碳排放量是八十定时器大于背景火山出气。事实上,最大的碳通量数参与整个碳循环是净二氧化碳碳固定转化为有机碳全世界每年由光合作用,甚至化石燃料排放相比,这一数字令人印象深刻。根据卫星叶绿素的观察,据估计,每年100吨的碳,光合作用修复大约一半在陆地和海洋的一半。2005年化石燃料排放的8%这个数字。换句话说,全球光合生产力必须增加8%的化石燃料的二氧化碳和100%的碳会埋藏有机质没有被呼吸循环。当然,这将是一个完全荒谬的情况下,几乎所有的光合成固定碳很快气息奄奄的回大气层,主要由细菌有几十亿年成为精通利用有机碳无论他们找到它。光合作用为例,土地修复每年约50吨的碳,但有机碳通量在世界上所有的海洋河流只有每年0.4吨(化石燃料碳排放的二十分之一)。并没有证据表明大部分剩余的光合成固定碳剩余土地作为土壤有机碳。 To say that humans have become a force of geological proportions vastly understates the case, for by this measure human influences on the carbon cycle overwhelmingly dominate the natural sources.

所有我们忙碌的挖掘和燃烧的结果一直是稳步增加大气中的二氧化碳。图1.15显示了自1750年以来,大气中二氧化碳浓度的时间序列。二氧化碳也很长大气一生,所以它是混合。结果,发现几乎相同的二氧化碳浓度无论一个措施,只要测量不是附近的主要来源或下沉。自1950年以来记录的一部分来自空气样本的直接分析莫纳罗亚山天文台早些时候,而记录的一部分来自空气困在泡沫的冰冰期圆顶网站,南极洲,但两个记录匹配好了他们见面的地方。在工业时代的黎明二氧化碳浓度是280点附近分子每百万(简称ppmv),左,右的最近的冰河时代。1750年之后浓度开始上升,到2007年,浓度超过380 ppmv - 35%高于工业化前的价值。大部分的增长发生了自20世纪中叶以来,似乎和增加的速度加快以及人口和经济增长。

并不是所有的化石燃料燃烧化石燃料释放出的碳仍然在大气中。库存估计基于仔细的历史表明,只有约一半的总碳释放到目前为止仍然在大气中,二氧化碳。其余的大部分慢慢渗透到海洋中,与一个较小的数量已经由陆地生态系统(砍伐森林的净)。事实上,它已经表明,海洋的速度可以吸收多余的二氧化碳是有限的混合上层海洋和深海之间。这是一个缓慢的过程,如果所有化石燃料燃烧突然停止,需要超过600年80%的多余的二氧化碳从大气中。其余将几千年来在大气中停留更长时间,由于某些化学过程(在第8章简要讨论),限制海洋吸收二氧化碳的能力。二氧化碳的净去除率缓慢使化石燃料排放大气中积累。长寿命的另一个后果的二氧化碳在大气中,二氧化碳升高的气候效应会持续几百年几千年,甚至在任何(期望)的限制化石燃料燃烧。允许摄入的海洋,有足够的化石燃料储备——主要是在形式的煤——最终将大气中的二氧化碳浓度增加到至少六次工业化前的值。数量可能会更高,如果海洋下沉变得不那么有效,或者如果陆地生态系统转身成为二氧化碳来源而不是一个水槽。

这一切使我们一系列的很大的问题:如果二氧化碳含量的上升可以继续工业化前值的一倍,地球温暖多少?全球变暖将如何分配?多少土地冰的融化导致海平面上升,海水热膨胀?降水模式将会发生什么?所有这一切将如何影响人类社会和自然生态系统?所需的基本物理治疗的这些问题正是用来占温室气体二氧化碳和其他长寿命的影响在过去的气候。raybet雷竞技最新这个问题在这个实例中有更多的即时性尽可能多的一代又一代的我们的后代将生活在我们的化石燃料排放的后果在接下来的几个

400 380 360 340 320 300 280

莫纳罗亚山■冰期圆顶

1750 1800

1850年1900年

1950 2000

图1.15:年平均二氧化碳浓度从1750年到写作的时间。早期的记录是空气被困在泡沫冰期圆顶南极冰芯。最近从仪器测量记录的一部分的莫纳罗亚山天文台。每百万单位是分子二氧化碳分子的空气。

几十年。为了理解什么样的星球我们离开这些后裔,需求有一个更详细的了解气候变化造成的这些快速增加大气中的二氧化碳。raybet雷竞技最新

二氧化碳对气候变化的影响的兴趣远早于图1.15所示的类型的数据表明,二氧化碳的增加raybet雷竞技最新,事实上早意识到人类活动很可能会导致二氧化碳增加明显。同样,全球变暖是一个问题很久以前就被证实,地球真的是变暖为了应对增加的二氧化碳。这些东西都是理论上预期的一个多世纪前全球变暖横空出世作为问题的政治后果,驱动力是对物理管理基本的好奇心行星的温度。行调查,扩展了对回傅里叶的开创性的调查氛围如何影响地球上的能源预算,因此它的温度。全球变暖的发现是一个伟大的胜利两个世纪的基本物理和化学的发展。它不是人们已经注意到,二氧化碳和温度都上升,和结束,第一个必须以某种方式导致第二个。二氧化碳的增加由于化石燃料的燃烧,并作为响应的温度上升到地球的摄动能量平衡,是预期的观察很长时间。

傅里叶后,故事的简历和廷德尔的红外吸收的工作二氧化碳和水附近的蒸汽被提及这一章的开始。廷德尔这些气体很感兴趣,因为傅里叶提出的问题关于管理行星温度的因素。他还感兴趣最近发现冰河时代的现象,和几个同龄人想也许冰河时代可以从减少二氧化碳的产生。在一定程度上他是对的;更新世冰期是寒冷的冰期间冰期二氧化碳周期的部分原因是,即使最终起搏器的冰河时代是地球的节奏轨道参数。廷德尔去世后,然而,在他有机会将他的测量转化为计算地球的温度。这个任务是瑞典物理化学家Svante离开

阿伦尼乌斯,他在1896年执行的第一个自洽计算地球的温度将水蒸气和二氧化碳的温室效应。有趣的是,廷德尔的测量都不足以提供信息弱吸收长路径长度,所以吸收的数据他需要他转向兰利的观察月亮发出的红外线。这是一个恰当的最初目的重用的数据测定月球的温度,实际上是一个更正确使用的数据比兰利能够完成。这说明的好处不容动摇科学:测量采取满足好奇月球温度的仪器在允许一个评价的影响地球上地球大气层的温度。天文学家们发起的研究红外观测技术,但辐射传输的工作刺激他们的需求很快提供了重要工具需要理解行星的气候。raybet雷竞技最新阿伦尼乌斯不仅估计地球的温度,兑换成也估计需要多少温暖如果大气中二氧化碳的数量翻倍。使用聪明的比例从兰利的数据分析,公司不知情的情况下他能够这样做的大气的二氧化碳含量实际上是什么。不久之后,他意识到工业燃烧煤倾倒二氧化碳到大气中,并可能最终导致一倍;他把这个过程描述为“我们煤矿蒸发到大气中。”At then-current rates of consumption, it appeared that a doubling would take up to a millennium, and Arrhenius would no doubt have been surprised to know that his own great-grandchildren could well live to witness the doubling. This takes our story to about 1900. What happened then?

很长时间的间断。在某种程度上,几乎没有紧迫感,因为未能预见的爆炸性增长,化石燃料的使用即将在未来几十年内导致相信任何问题都是在很远很远的未来。除此之外,两个不幸的事件阻碍几十年来全球变暖的研究。首先是一个高度吹捧实验研究在1900年发表的著名物理学家克努特埃,它显示的辐射效应的二氧化碳已经“饱和”,也就是说,气体在大气中吸收尽可能多的然后浓度,所以增加会没有效果。相伴,密切相关(同样是错误的)的想法是,强劲的水蒸气的吸收二氧化碳可能会完全淹没任何影响。实验被证明是错误的,但这就是埃的名声,这就是人类抵抗的想法可能会改变气候,这是几十年前有人明确检查结果。raybet雷竞技最新此外,事实证明,即使埃是正确的,它也不会否定温室效应;这误解铰链不发达温度分层大气中辐射传输的理解。“灰色气体“我们将研究上半年第四章“饱和”埃,但允许增加温室效应越来越多的温室气体被添加到大气中。第二个障碍的进展是相信海洋的巨大的碳含量将缓冲区的气氛,压倒性的任何人类工业可能抛出。 The碳酸盐化学需要击败这个想法在很大程度上是由1930年的;事实上,它需要只不过今天教授经常在高中化学课程。然而,它没有被同化成一个连贯的和广泛的赞赏的照片海洋二氧化碳的吸收速度,部分原因是缺乏知识的混合率上海洋和深海之间。雷夫尔和休斯于1957年发表的一篇论文。人们普遍认为它打破了僵局,但实际上提到必不可少的碳酸盐缓冲机制(完全由研究人员早些时候,认为是这样)似乎若有所思。雷夫尔和休斯的尝试无疑有助于恢复兴趣海洋二氧化碳吸收速率的问题,但事实上这篇论文得出完全错误的结论,化石燃料排放不太可能导致任何显著增加大气中的二氧化碳浓度。的真正影响碳酸盐缓冲二氧化碳增加由于化石燃料燃烧终于拿出明确的一篇论文中两年后,伯特柏林和埃里克·埃里克森。

尽管雷夫尔和休斯的结论,认为人应该系统地检查获得的想法和发现大气中的二氧化碳在做什么。这个项目是由查尔斯Keeling加州理工学院时,由雷维尔,随后被鼓励。倾覆的工作最终在莫纳罗亚山数据显示在图1.15。技术恢复过去CO2气泡被困在冰没有开发,直到1970年代,所以Keeling不得不等很明显,前十年左右的二氧化碳是上升,和更多的时间之后,之前有一个清晰的想法多么高二氧化碳已经是前工业时期的相对价值。这项工作,加上红外辐射传输的发展刺激了天文观测和军事兴趣红外目标探测导致制定辐射传输的新突破。工作在1967年达到顶峰的计算由Manabe和Wetherald使用现代辐射物理地球的温度。他们也能够计算变暖由于两倍的二氧化碳,水蒸气允许预期的变化内容地球变暖。这不是故事的结局,这的确一直延续到今天,因为有很多要做的嵌入在一个完全一致的计算辐射传输结合流体动力学的大气环流模式。然而,现代的章的开始研究全球变暖的。恰尼报告出版的美国国家科学院1979年,全球变暖开始被视为一个真正的威胁。 The powers that be were slow to awaken to the magnitude of the problem, and several more years were to pass before the creation of the Intergovernmental Panel on Climate Change in 1988, which initiated regular, comprehensive surveys of the state of the science surrounding global warming. At the time of writing, the world still awaits substantive action to curb fossil fuel emissions.

所有方面的基本化学、辐射物理和热力学基本人类引起的全球变暖的预测被证实在许多实验或观测地球和其他行星。其他方面增加温室气体的影响依赖于复杂的集体行为的交互部分气候系统;raybet雷竞技最新这包括行为云和水蒸汽、海冰和雪和再分配通过大气的热量风和洋流。这样的事情是不可能在实验室的实验测试。在某种程度上,我们的集体行为的理论方面的测试对地球的季节性周期年际变化,和过去的气候,以及试图模拟其他行星的气候。raybet雷竞技最新理论的终极考验,是验证它在控制和无意的实验我们对地球的气候正在进行。raybet雷竞技最新我们可以看到数据的预测气候变暖吗?这不是一项容易的任务。首先,大气中的二氧化碳增加只是一小部分的一倍,甚至和气候并没有完全适应这么多额外的辐射强迫的影响:海洋花时间热身,和延迟的影响多年(将在第7章讨论的原因。raybet雷竞技最新因此,到目前为止,人类印记的信号在气候是相当小的。raybet雷竞技最新与大量的噪声复杂信号的检测。raybet雷竞技最新气候,甚至被人类影响,从每年并不稳定,但受一定的自然变化。 This can be due to volcanic eruptions and subtle variations in the brightness of the Sun. There are also various natural cycles in the ocean-atmosphere system that cause the planet to be a bit warmer or colder from one year to the next. Chief among these is the El Niño phenomenon of the tropical Pacific. During El Niño years, the coupled dynamics of the tropical ocean and atmosphere causes warm water to spread throughout the Pacific, leading to a warming of mean surface temperatures both in the tropics and further afield. La Niña years represent a bunching up of the warm water, and an accentuated upwelling of cold water, leading to cold years. The two phases alternate erratically, with a typical time scale of three to five years.

事实上,很难探测到的信号并不意味着全球变暖的后果很小。困难出现,正是因为我们试图检测信号之前变得如此之大是显而易见的。考虑到长寿命的二氧化碳在大气中,这将是非常理想的防止信号越来越大,好像永远也需要许多世纪消退。现在让我们看看一些数据,看看是否有任何迹象表明,理论上预期的变暖是真的发生。

图1.16显示了一个时代一系列估计全球平均地表温度,根据记录用温度计测量温度。有很多艰巨的统计资料和数据背后的考古这简单的曲线。特别是对数据曲线的早期,有需要标准化测量允许各种不同的温度读数。大部分的海洋测量,例如,被商业或军事船只的另一个,和一些船的日志记录条目的诸如“鱼饵箱温度”或“发动机进气温度。”的re has also been a need to screen out stations that have been strongly affected by local land use changes such as urbanization, and to avoid spurious trends due to changes in the spatial温度分布测量(如少南极读数一次南极捕鲸基本上停止了)。帮助纠正偏见在个别类的温度测量,提出了长期趋势的异常相对于平均的长期平均标准化,以一个固定的基础期(如1951 - 1980年的数据在图1.16)。

几乎没有温度的趋势在1880年至1920年之间,但在1920年和2005年之间的温度上升了近1 c。没有稳定、不间断,然而。需要早期崛起的形式在1920年至1940年之间,随后30年时期气温仍相当平坦,随后温升的简历,一直到现在。鉴于二氧化碳一直在以不断加快的速度上升工业时期为什么是1940年和1970年之间的变暖打断?答案很大程度上取决于另一个人类活动对气候的影响。raybet雷竞技最新燃烧化石燃料,特别是煤炭、向大气中释放的硫化合物,形成微小的高度反光的水滴称为硫酸盐气溶胶。到1995年,终于量化影响有足够的精度,允许合理估计的影响,开始出现,大部分气候20和21世纪的进化可以占的结合不断上升的温室气体(主要是二氧化碳)由于人类活动,以抵消硫酸盐气溶胶的降温效果。raybet雷竞技最新小颗粒的原因是如此擅长散射光回到空间第五章中讨论,硫酸盐气溶胶的光学特性将详细讨论。到2000年,温室效应信号无疑已经超过了自然变化的噪音和抵消气溶胶冷却的效果。硫是一个活跃的元素在许多实际的和假想行星大气层,所以硫酸盐气溶胶的研究地球上通知其他行星的问题,包括金星的云层和金星那样太阳系外行星。

地球的排放在星载微波频段不断监测仪器自1979年以来,在原则上,这些观察结果可以得到重建的大气温度趋势有点不均匀表面的独立站网络。处理微波数据acccurately足以获得可靠的温度趋势被证明是非常困难的,和有许多错误的步骤。尽管如此,所解决的主要问题在二十一世纪初。微波温度检索给大气的温度平均值相当深的层,高对比度的表面站测量近地表空气温度。图1.17的左面板显示温度的卫星检索层大气的被称为低对流层——扩展从海平面到海拔约5公里。卫星跟踪GISS表面站记录非常密切,除了1997 El很强

我表面GISS站数据

J_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_l_

1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000

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1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000

一年

图1.16:全球平均年平均地表温度自1870年以来,从表面温度观测估计。数据来源是美国宇航局戈达德太空研究所表面分析。温度作为一个异常相对于1951年至1980年的平均温度。将这些转化为实际的全球平均温度在摄氏度,添加14 c的异常。

尼诺,卫星表明低对流层层温暖大大超过近地表的空气。卫星和GISS记录繁殖造成的冷却El Chicon喷发(淹没了1982年厄尔尼诺)和皮火山喷发(强调拉尼娜冷却后1991年的厄尔尼诺现象,导致很冷的一年)。卫星和地面之间的实质性协议站记录毫无疑问证明,近年来观察到的变暖应该不是一个工件的表面的缺陷记录。

情况看起来很不同的大气中更高。右边的面板图1.17显示了大气温度趋势部分称为低平流层,延长15到25公里的高度。这里,火山喷发产生明显的变暖,而不是在低层降温。这表明火山气溶胶热量吸收阳光的上层大气。上层冷却和低水平的模式变暖所产生的高海拔solar-absorbing层将在第4章中,讨论和气溶胶的反光效果将在第5章带进画面。离开了温暖的峰值与火山喷发有关,低平流层似乎经历了明显的冷却在张成的空间卫星记录。平流层冷却兼容CO2-induced对流层低层变暖吗?这是一个大问题,在第四章解决。臭氧层的破坏也冷却平流层,因为臭氧吸收阳光。部分冷却应该消失,臭氧恢复由于《蒙特利尔议定书》禁止破坏臭氧层的氟氯烃。

多少地球的大问题将温暖的两倍或四倍的二氧化碳,和速度会这么做,从事一些相关问题。因为水蒸气本身就是一种强大的温室气体,任何倾向于水汽含量随温度增加会放大造成的变暖的二氧化碳。这就是所谓的水蒸气的反馈。这个反馈是现在被认为是相当安全的,但研究的行为大气中水蒸气提供了许多挑战,是一个相当微妙的问题。在随后的章节中,我们将提供所需的基础这一系列问题的研究。云提供一个完全的难度会更大,因为他们通过他们的影响地球变暖

图1.17:大气温度时间序列来自微波卫星数据的分析。左面板:平均气温异常的层大气低于约5公里,与GISS仪器记录。温度作为一个异常相对于相同的基值用于GISS仪器记录。右面板:温度异常的低平流层(层从约15公里至25公里)。在这两种数据,El Chichon和皮火山喷发。在左侧面板中,主要的厄尔尼诺现象是由open-shafted向上箭头表示。

图1.17:大气温度时间序列来自微波卫星数据的分析。左面板:平均气温异常的层大气低于约5公里,与GISS仪器记录。温度作为一个异常相对于相同的基值用于GISS仪器记录。右面板:低平流层的温度异常(层从约15公里到25公里)。在这两种数据,El Chichon和皮火山喷发。在左侧面板中,主要的厄尔尼诺现象是由open-shafted向上箭头表示。

即将离任的红外辐射,但通过对太阳辐射的反射,凉爽的地球。净效应取决于复杂的过程确定云高,云分布、云粒子大小和云水或冰的内容。云的红外效应将在第四章讨论和云层在阳光的反射效应将在第5章讨论。云的行为不确定性的主要原因我们不知道多少温暖地球最终会如果我们两倍的二氧化碳浓度。典型平衡预测全球平均变暖的两倍的二氧化碳从低约2摄氏度到6摄氏度左右的高,一些潜力更大的变暖低(但目前无法量化的)的概率。因为其他的不确定性的系统(特别是气溶胶效应的大小和特别的间接气溶胶效应在云亮度)模拟一系列不同的云的行为都可以匹配到目前为止的历史气候记录,但是产生广泛不同的对未来的预测。raybet雷竞技最新目前没有分析,排除了可能性较高的预测范围内,的影响可能会是灾难性的。还有其他的反馈使预测的气候系统。raybet雷竞技最新这些包括从融化的反馈雪和冰,从冰川在陆地上的动力。他们还包括植被变化,海洋的变化循环可影响热量的延迟由于埋藏在深海。

全球变暖——也许更形象地称为“全球气候破坏”——地质比例是一个事件,但这是由人类活动引起的。raybet雷竞技最新二氧化碳的自然范围在过去的800000年,几乎可以肯定,更新世的整个二百万年,已经180 - 280分子每百万。由于人类活动,二氧化碳浓度已经远高于顶部的自然范围流行了整个人类物种的生命周期,不采取行动,将会变得更高。人类物种和我们分享地球的自然生态系统已经适应在上新世和更新世冰期-间冰期旋回与翻了一倍,但世界二氧化碳的过程中会受到他们两个世纪或更低温度跳到水平远比顶部的温暖的社会和生物适应范围。即使气候敏感性在raybet雷竞技最新预测区间的低端,如果人类社会稍等两倍的二氧化碳,由此产生的2 c变暖代表一个重大气候变化;需要大量改变整个地球的平均温度,并总结2 c全球平均增加实际失业率远高于区域变化和潜在相当大规模的对海洋的影响冰川冰,和生态系统。如果气raybet雷竞技最新候敏感性是高端,全球变暖可能是4摄氏度以上,如果是前工业时期的四倍增加加剧了二氧化碳的全球平均增长可能达到8 c。两次变暖的程度在古新世-始新世极热,古新世-始新世极热,虽然看起来突兀,很可能在较长的时间尺度比人类工业社会需要烧剩下的化石燃料储备。如果这是允许发生,它将需要对气候几千年才能恢复到正常状态。raybet雷竞技最新全球变暖会扰乱自然glacial-interglacial周期吗?的后果是什么?这些的确是大问题。

所看到的古气象学家一千万年在未来,任何物种,目前灾难性释放化石燃料碳时代将出现作为一个神秘的事件将有一个自己的名字,古气候和古化石生物学家参考今天古新世-始新世极热或k - t边界事件。化石碳释放事件将出现在13 c碳循环的代理,在通过海洋的酸化海洋碳酸盐的溶解,通过快速变暖,带来的大规模物种灭绝和冰碛记录撤退留下的高山冰川和陆地冰盖。作为一个事件,它不太可能永久地破坏我们的星球的宜居性,任何超过白垩纪第三纪古新世-始新世极热事件或。不过,一百代或更多的我们的后代将注定要生活在一个行星气候远不同于培养人性,和公司的贫困的生物多样性。raybet雷竞技最新生物多样性恢复在数百万年,但是这是一个非常长时间等待,如果确实是我们的任何物种离开的时间等待。永远灭绝可能不精确,但它是足够近。

1.13地球的命运,一生的生态圈

即使一颗行星进入居住在某个阶段的生活阶段,它不会永远居住;各种各样的危机可以使其适居性突然或逐渐结束。这给我们带来了一生的生态圈的大问题;答案对的可能性有多大,复杂或智能生命将有时间在宇宙其他地方发展。

当然,地球的宜居性将结束的时候太阳的叶子的主序和膨胀成一颗红巨星。也许一些外行星或卫星将进入一个短暂居住的阶段,但它不会长久的。这个危机是四十亿年地球的未来,但是其他的可居住性危机可能会在很长一段时间了。特别是,当太阳继续照亮,在某种程度上的亮度将超过硅酸的能力风化过程补偿通过减少二氧化碳。地球会屈服于一个失控的温室,成为致命的热门,最终失去水空间。什么时候发生的?这是一个很大的问题,和一些当前估计剩下的自然的地球生物圈的一生只要半几十亿年。既然花了四十亿年的地球历史智慧生命出现之前,让我们的存在看起来像千钧一发。甚至在失控之前阶段,硅酸盐风化将减少二氧化碳的大多数形式的光合作用将不再能够运作。可以更高效的光合作用形式填入空白?这是一个大问题,但主要的生物本性之一,我们不会试图回答。

随着太阳的亮度增加,地球可能会变得无法居住,但是在太阳系其他行星可能变得更加好客;在任何情况下他们会通过有趣的转换。火星将热身,但鉴于它有很少或没有活跃的构造生成一个新的氛围,它不太可能成为类似地球,除非一些人造的意思是给它一个更大量的大气。欧罗巴融化,变成一个国家吗?泰坦太阳变得更明亮后,会发生什么?

时而可以通过冰而不是火来。地球气候的生活和最终是由组成的酿造raybet雷竞技最新太阳能和二氧化碳从室内出气。二氧化碳的温室效应,可以修改的生物体拦截它并将其转换成氧气,甲烷,或其他化合物。如果构造释放二氧化碳的停止,因为它将地球内部热源耗尽之后,这一切将会结束。会有什么来抵消硅酸盐风化,二氧化碳将直到地球变成了一个雪球,除非从光明的太阳让我们第一次失控的温室。

这类问题自然概括问题的时间尺度,如何限制生物圈的一生将为其他恒星周围的行星系统是不同的。我们已经提到,热恒星的生命较短的主要序列,当冷却器的恒星寿命长;前者带有短暂的生态圈的行星相比,后者。多久的问题硅酸盐风化恒温器可以应对变化的恒星光度,和脱气能维持多久的气候,是微妙的,在地球上,有趣的依赖性的规模、组成和轨道。raybet雷竞技最新也很有可能化学循环除了硅酸盐风化和二氧化碳出气,这可能提供气候调节;raybet雷竞技最新寻找这种可能性仍处于起步阶段。也会有小说适居性危机,与长期演进与高度偏心轨道的行星系统或系统摄动双星的同伴。

所有这些气候灾难的raybet雷竞技最新前提没有干预的居民。事实上,有非常现实的可能性技术熟练的居民以避免这场灾难至少直到他们离开主序星。失控的温室可以预防通过减少有效恒星亮度,通过轨道太阳挡或注入反映在上层大气气溶胶。的确,这样的地球工程修复提出了抵消全球变暖的影响人为二氧化碳的增加。他们是一个绝望的人,令人担忧的前景作为解决全球变暖,因为他们抵消气候迫使持续一千年或更多修复需要或多或少的年度维护如果灾难不是罢工;raybet雷竞技最新更好的防止二氧化碳危险高放在第一位。然而,如果替代半几十亿年是一种失控的温室,维护遮阳篷的风险无疑会似乎很接受的。作为地球的二氧化碳的损失除气构造旋回停止也有一个相对简单技术修复。居民可以用一小部分的能量来自恒星的厨师二氧化碳的碳酸盐,在过程几乎相同的水泥的生产。鉴于硅酸盐风化的速度缓慢,只有适度数量的碳酸盐必须处理。所有这一切都可以做到,但它似乎需要长期规划和智能干预。很好地理解原则的行星气候需要任何考虑这类干预措施。raybet雷竞技最新我们希望,这本书将是一个良好的开始。

1.14进一步阅读

的许多问题和探索在这本书的工作簿的部分需要使用一些基本的数值分析。必要枚举算法,在本章的工作簿部分行使。的基本参考推导和实现算法是数值食谱系列。当前版本是:

•新闻WH Teukolsky SA Vetterling WT,弗兰纳里BP 2007:数值食谱第三版:科学计算的艺术。剑桥大学出版社

独立的算法描述编程语言,但是在这个特别版给出的实现是基于c++。早期版本可供其他编程语言。1992年版的c语言实现c的数值食谱提供一个干净的依据重新在其他编程语言中,特别是方便读者希望避免一些c++的错综复杂。读者只需要一个很小的材料覆盖数值食谱的一部分作品;有关部分指出了本章的工作簿。

地球上最早时期的历史条件,所需的时间为地壳形成和酷,和时间演化的热流从地球内部表面进行:

Zahnle•睡眠NH, K和2001年Neuhoff PS:地球上最早的克莱门特表面的起始条件,Nat,国家科学98年,3666 - 3672。

•Turcotte DL 1980:热演化的地球,地球的星球。科学。列托人。现年48岁的53-58。

长期的进化和类似太阳的恒星的亮度是讨论:

•高夫,1981:太阳内部结构和光度变化,太阳物理学,74年,还是。

布斯罗伊德•Sackmann i j,人工智能,Kraemer柯1993:我们的太阳。三世。现在和未来,天体物理学杂志》上,418年,457 - 468。

很迷人的介绍我们了解早期的地球上的生命,读者针对这本书

•诺尔2004:一个年轻的星球上生活。普林斯顿大学出版社

上的原始论文晕倒年轻的太阳问题是

•萨冈C和马伦G 1972:地球和火星:进化的大气和地表温度,科学,177,52-56。

良好的氧气在地球上的历史回顾和代理方法用来推断这段历史中可以找到

•坎菲尔德德2005:大气中的氧气的早期历史:向地球行星科学为基础的罗伯特·盖伦,33岁的1-36。doi: 10.1146 / annurev.earth.33.092203.122711

对于一般的介绍雪球地球问题,请参见

•霍夫曼,PF和施拉格DP 2002:“雪球地球假说:测试全球变化的极限。“特拉诺瓦”14日,129 - 155。

晚白垩世和新生代古气候的讨论很大程度上画以下文件:raybet雷竞技最新

•Sluijs et al 2006: Suptropical北极海洋温度在古新世、始新世热最大。自然441 doi: 10.1038 / nature04668。

•莫兰K等2006:北冰洋的新生代古环境。自然441 doi: 10.1038 / nature04800

•皮尔森PN et al 2007:稳定的温暖热带气候raybet雷竞技最新始新世。地质35 doi: 10.1130 / G23175A。

•福斯特等2007:35地质doi: 10.1130 / G23874A。

•混合,交流,等。1995。底栖有孔虫稳定同位素记录形成网站849,0 - 5 Ma:本地和全球气候变化。raybet雷竞技最新页371 - 412年的净收益Pisias等人编辑,程序的海洋钻井大学城项目,科学成果138年,德克萨斯州,美国。

显生宙的进化气候,冰期的发生,发展讨论了大气的二氧raybet雷竞技最新化碳含量

•克劳利TJ和Berner RA 2001:二氧化碳和气候变化,科学,292,87raybet雷竞技最新0 - 872。DOI: 10.1126 / science.1061664

J•Zachos共同断定et al . 2001:趋势、节奏和畸变在全球气候65 Ma,科学,292,686 - 693。raybet雷竞技最新DOI: 10.1126 / science.1059412

Veizer长期化石18 o热带的温度记录,讨论了在克罗利和Berrner(2001),一般不被认为是可靠的。

GISP Vostok和雪佛兰景程冰芯记录中描述

•大的点,和Stuiver m . 1997:氧气18/16可变性在格陵兰冰雪与103 - 105年的时间分辨率。j .地球物理学。研究》102年26455 - 26470。

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•Siegenthaler TF et al . 2005:稳定碳Cycle-Climate晚更新世的raybet雷竞技最新关系。310年科学1313 - 1317。

周围的思想史人为气候变化(“全球变暖”)是在接下来的调查书和acccompanying网站:raybet雷竞技最新

•2008年Weart年代:发现全球变暖。哈佛大学出版社

•http://www.aip.org/history/raybet雷竞技最新climate/index.html

额外的信息可以在变暖的报纸,一组关键阅读与论文d·阿切尔和作者,即将从威利/布莱克威尔大约2009年。

继续阅读:热力学简而言之

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