為何地球擁有令人宜居的大氣層？早在19世紀有人首次嘗試做出解釋

朝陽說歷史11:13

引言

不管是2005年的卡特裏娜颶風，還是2010年的巴基斯坦特大洪水，即使無法將任何特殊的天氣事件歸咎於氣候變化，但是隨著時間的推移，這些事件變得更可能是由於溫度升高所致。據說（很可能是錯誤的）托洛茨基說過這樣的話：“也許你對戰爭不感興趣，但戰爭會對你感興趣。”氣候變化和世界上的弱勢人群之間的互動關系也是如此，無論身處新奧爾良地勢低窪的選區，還是身處印度河沿岸地帶，人們可能對氣候變化並不感興趣，但氣候變化卻會對他們感興趣。

由於尼泊爾境內喜馬拉雅山脈的南安納布爾納冰川的消退，遺留下來一處幹涸的峽穀，2012年。從19世紀末期開始，世界各地的許多冰川由於平均氣溫的升高而消退。1980年以來，喜馬拉雅山脈的冰川迅速後退，這可能即將造成南亞、東南亞和東亞的水源短缺。在相當晚近的時候，人們才對氣候形成了先進的科學認知，而考慮到地球氣候的複雜性，這便不足為奇了。

科學認知需要高度的跨學科合作，其中包括地球物理學家、海洋學家、氣象學家、生物學家、物理學家、地質學家、數學家和來自其他眾多學科的專家。作為一種全球現象，氣候變化已經促成了國際範圍內的科學合作。由此，氣候科學的歷史具有學科合作的特征。關於氣候是如何變化的，還有很多內容有待了解，盡管如此，過去的半個世紀還是見證了巨大的科學進展。科學界對氣候變化問題的關注有所增強，這在很大程度上是由對逐漸升高的二氧化碳濃度的憂慮引起的。

技術工具幫助科學家將他們的關注轉化為信息和認知，就像人造衛星那樣，只有在冷戰開始之後才成為可能。這些工具對於收集和評估數據具有根本性的意義，而數據則被用於繪制地球氣候歷史的地圖、為其運行方式建模以及——在嚴格的限制之下——預測其未來趨勢。為何地球會擁有一個令人宜居的大氣層呢？人類於19世紀首次嘗試對這個問題做出解釋。

法國自然哲學家讓——巴蒂斯特·約瑟夫·傅立葉曾於19世紀20年代撰文指出，大氣層吸收了一部分入射的太陽輻射，因此提高了自身的溫度，若非如此，氣溫將遠遠低於現在的溫度。他用覆蓋在溫室表面的玻璃來比喻大氣之於溫度的影響，比喻雖有瑕疵，但卻經久不衰。地球氣候又是如何運行的呢？在19世紀的發展過程中，歐洲其他地方的科學家們努力解決這一基本問題。

他們在很大程度上得到了博學的瑞士人路易斯·阿加西斯的激勵，他在1840年寫道，地球曾經歷過冰期。因此，接下來的許多科學工作都集中於理解氣候如何能夠隨著時間的推移發生如此劇烈的變化。在這些好奇的科學家中間，有一位英國物理學家約翰·廷德爾，他在19世紀50年代發現，二氧化碳有吸收紅外線的能力。瑞典科學家斯凡特·阿倫尼烏斯的工作甚至更加重要，他於1896年發表了一篇具有開創性的論文，概述了二氧化碳和氣候之間的基本關系。

阿倫尼烏斯計算出，如果二氧化碳氣體的含量增加或減少，將可能引起的全球溫度的變化。他估算出，如果在二氧化碳濃度翻倍的情況下，溫度將升高5.7°C，但他卻排除了人類可以向大氣中排放如此之多的碳的可能性。阿倫尼烏斯的論文引發了相當多的爭議，但是由於對各種各樣的地球系統的基本科學缺乏認知，加上數據的貧乏，以及采用了拒不考慮人類擁有改變地球氣候的能力的觀念視角，這篇論文的影響力還是受到了限制。

例如，阿倫尼烏斯只可能估算出大氣中二氧化碳的濃度，因為那時無人能夠對它做出可靠的測量。盡管如此，20世紀的最初幾十年仍然因為其他與氣候研究相關的領域的科學成就，而熠熠生輝。有一種理論認為，地球的擺動和太陽軌道導致了冰期的出現。兩次世界大戰之間，塞爾維亞數學家米盧廷·米蘭科維奇進一步完善了該理論。由於他的艱苦計算，關於這種周期的認知最終以他的名字命名。

幾乎與此同時，在蘇聯，地球化學家弗拉基米爾·維爾納茨基正致力於研究自然碳循環。他提出這樣的觀點：生物圈中的生物體是導致大氣化學成分中添加了許多氮、氧和二氧化碳的原因所在。因此，植物和其他生物體對於地球的氣候史具有根本性的意義。對於地球系統的基本認知形成於19世紀和20世紀初，但是氣候科學的一大突破卻發生在1945年之後。由於冷戰加快了對自然科學公共資助的增長，美國科學家成為重要人物便不足為奇了。

在20世紀50年代，位於聖迭戈附近的斯克裏普斯海洋學研究所的一群科學家將少量的國防資金匯集在一起，對大氣和海洋中的二氧化碳進行了集中研究。其中有兩位科學家，分別是查爾斯·基林和羅傑·雷維爾，創建了第一座可靠的大氣二氧化碳監測站。他們將新開發出的、複雜精密的設備安置在夏威夷的莫納羅亞火山頂上，之所以選擇這個地點，是因為這裏位於偏遠地區，空氣循環沒有受到當地發電廠或工廠排放物的汙染。

莫納羅亞監測站為科學家們提供了最初並且可靠的有關大氣二氧化碳濃度的測量數據。在幾年裏，這個監測站證實了二氧化碳濃度確實在上升。從1958年起，莫納羅亞時間序列連續不斷地給出數據；在此過程中，監測站提供的鋸齒狀上升的曲線則代表了人為的氣候變化，該曲線已經成為象征人為氣候變化的最廣為人知的圖像之一。這一鋸齒狀的圖案反映出北半球二氧化碳的季節性變化：

在夏季月份裏，當葉子長出來的時候，較多的碳儲藏在樹和灌木中，此時大氣中碳的含量較少；在冬季，大氣中二氧化碳的含量則會略高一些。莫納羅亞的首創是在國際地球物理年的背景之下出現的。在這個全球合作研究計劃當中，美國和蘇聯的技術與科學能力最為突出。但是，國際地球物理年也表明了科學家的願望，他們想要使用最近可資利用的強大的新工具去開發地球物理監測評估系統。

從20世紀50年代至70年代，科學家可以利用第一顆人造衛星去研究地球，還可以利用第一批大型計算機去開發和運行粗略的地球氣候模型。冷戰驅動下的極地探險造就了第一個冰芯鑽取計劃。科學家得以對隱藏在幾十萬年以前的極地冰芯中的氣泡加以分析，從而發現有關過去氣候的信息。20世紀50年代後期，美國人純粹出於軍事目的，在格陵蘭的世紀營鑽取了第一顆冰芯；無論如何，它給科學家提供了有用的數據。

蘇聯人在南極的東方站也有其計劃。從20世紀70年代起，他們最終鑽取到了40萬年以前的冰芯，由此，科學家獲得的氣泡跨越了多個冰期。夏威夷莫納羅亞監測站的大氣二氧化碳含量，冷戰相關的研究，與在其他國際背景之下開展的越來越多的科學工作同時並舉。研究問題的規模、處理問題所需的資源和分享專門知識的渴望，不僅意味著越來越多的科學合作，也意味著來自國際機構的越來越大的支持，諸如世界氣象組織和稍晚一些的聯合國環境規劃署。

到20世紀60年代為止，已有許多傑出的科學家開始論證人為氣候變化出現的可能性。由於研究工作充分推進，該問題被列入聯合國主辦的1972年斯德哥爾摩環境會議的議程。在整個20世紀70年代，在持續改進的技術和方法、更好的數據和更複雜的研究網絡的激勵之下，科學成果層出不窮。美國科學家仍然是該領域的執牛耳者，部分原因要歸功於像美國國家科學院之類的機構所提供的支持。

結語

20世紀70年代即將結束之際，1979年，在日內瓦舉行了專門致力於探討氣候變化的首次國際會議，這次會議由世界氣象組織和聯合國環境規劃署組織籌劃。此時，盡管氣候學這一領域依然屬於受過精確科學訓練的專家們，但在20世紀70年代結束後不久，它還是步入了混亂的政治舞台。