1705398918
1705398919
我们已经讨论过的所有周期和因素都是自然过程。相比之下，近年来人们热烈辩论的议题之一是：人类是否经由通常所说的温室效应（greenhouse effect），对气候变化产生了作用。简而言之，这个理论是说，聚集在大气层中的某些气体，在其所在处起着绝热层一样的作用，将本应辐射回上层大气和向地球逆辐射的红外辐射封堵起来。换言之，这些气体就像温室的玻璃，允许太阳辐射进入，但阻止其逆辐射回到太空中。如果你曾在寒冷但阳光灿烂的日子进入汽车里，那么你就体验过这样的温室效应——汽车里面的空气比外面暖和。
1705398920
1705398921
地球有一种天然的温室效应，主要是由海洋蒸发或从陆地蒸腾的水蒸气形成的。水蒸气基本保持恒定，但是在过去的大约150年期间，人类活动在大气层中增加了其他温室气体（greenhouse gas）的数量，增强了大气层对热量封堵的能力。许多科学家担心，增强的温室效应会逐渐提高地球表面的平均温度，这一过程称为全球变暖（global warming），将显著影响地球的生态系统。温室效应可远不像这个名称所说的那样仁慈和温文尔雅。
1705398922
1705398923
二氧化碳（CO2）是主要的温室气体，其含量已因人类活动而增加。虽然二氧化碳是自然产生的，但过量的二氧化碳则是燃烧化石燃料（fossil fuel）所释放出来的。自18世纪中期开始的工业革命（Industrial Revolution）以来，大量的煤、石油和天然气被燃烧作为工业动力、为城市供暖和制冷，以及驱动车辆。化石燃料的燃烧使之转变成二氧化碳和水蒸气。与此同时，世界上大部分的森林被砍伐用作木材和开辟为农业用地。砍伐森林通过两种方式增加了温室效应：一是减少了对二氧化碳的吸收和氧气的产生；二是燃烧木柴将二氧化碳以越来越快的速度释放到大气层中。据认为，二氧化碳对全球变暖的潜在贡献率约占55%。
1705398924
1705398925
受人类活动影响的其他重要温室气体是：
1705398926
1705398927
甲烷，来自天然气和煤矿开采、农业和畜牧业、沼泽和填埋场。
1705398928
1705398929
氮氧化物，来自机动车、工业和含氮氧化物的肥料。
1705398930
1705398931
氯氟碳化合物、氢氟碳化合物和全氟碳化合物, 广泛用于工业化学。
1705398932
1705398933
虽然这类气体的数量少，但是其中有些气体封堵热量的作用要比二氧化碳大得多。例如，氮氧化物封堵热量的能力是二氧化碳的360倍，即使甲烷吸收地球附近热量的能力也是二氧化碳的24倍。
1705398934
1705398935
由于工业革命在19世纪开始于欧洲和北美，大气层中二氧化碳的浓度从工业革命前的274×10-6上升到1958年的315×10-6，从那以后到2004年又上升到370×10-6。甲烷在下层大气的浓度已经比工业化以前的水平增加了一倍，而当前仍在以每年大于1%的浓度增加。
1705398936
1705398937
温室效应理论的支持者认为，人类活动已经排放了足够多的各种气体到大气层中，影响着气候。他们担心，过去50年中的加速变暖趋势可能已经超过了典型的气候变动，并且援引了下列证据支持他们的论点：
1705398938
1705398939
20世纪是过去600年里最温暖的世纪，大部分最温暖的年份集中在世纪末期。全世界的地面平均温度在20世纪上升了大约0.6℃，而20世纪90年代是该世纪最热的10年（图4.50）。
1705398940
1705398941
1705398942
1705398943
1705398944
1705398945
1705398946
1705398947
1705398948
图 4.50 1860—2002年全球平均温度的变化。（NOAA）
1705398949
1705398950
1705398951
1705398952
1705398953
1705398954
北极的冬季温度自20世纪50年代以来已经上升了大约4℃。整个北极的冰盖正在消失之中。1978—2000年，北极海冰在冬季的覆盖率减小了6%，而北极冰的平均厚度减小了42%——从3.1米减小到1.8米。同样的，南极半岛西部的海冰自20世纪70年以来已经消失了20%以上。
1705398955
1705398956
在每个大陆上，冰川都在变薄和后退。例如，非洲乞力马扎罗和肯尼亚山顶的冰川在20世纪缩小了70%以上，而瑞士阿尔卑斯山上的冰川自20世纪50年以来估计已经失去其体积的一半。这种冰川变薄和后退的局面也出现在美国阿拉斯加州、秘鲁、俄罗斯、印度、中国、印度尼西亚的伊里安查亚省、新西兰等其他地区。有些地方（例如美国蒙大拿州的冰川国家公园和喜马拉雅山东部），冰川在20世纪全都融化和消失。虽然几千年来冰川时长时消，但许多科学家都相信冰川融化速率在过去数十年间已经加快，而且现已超过最近几个世纪中的任何一个世纪。
1705398957
1705398958
无论全球变暖归于什么原因，地球持续变暖，大多数气候学家对其总后果的看法和意见是一致的（图4.51）。海洋温度的增加将会引起海水轻微膨胀（热膨胀），而且极地冰盖至少发生些许的融化。更严重的后果可能是格陵兰岛冰盖的消融和迅速后退，或者全世界冰川的总体消融。虽然融化的海冰对海平面没有影响，但来自大陆的融化水会增加海洋的体积。海平面上升在所难免，或许每百年达1米，并伴随毁灭性的影响——特别是在热带和温带居民极端稠密的许多沿海地带。如图4.52所示，最脆弱的区域是非洲、南亚和东南亚的西岸地带，以及太平洋和印度洋中低洼的珊瑚环礁。
1705398959
1705398960
1705398961
1705398962
1705398963
图 4.51 全球变暖的潜在影响。全球变暖的特点是引起极端天气事件和与天气相关的灾害——暴雨、洪水、飓风、热浪、旱灾和野火等——的频率和严重性增加。短期极端天气的次生影响将会涉及动植物，水污染的加重，传染病的传播，较暖、较湿的天气状况扩大了携带病菌的昆虫的活动范围。
1705398964
1705398965
1705398966
1705398967