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温室效应
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概论


  温室效应(西班牙语 efecto invernadero)是指透射阳光的密闭空间由于与外界缺乏热交换而形成的保温效应,就是太阳短波辐射可以透过大气射入地面,而地面增暖后放出的长波辐射却被大气中的二氧化碳等物质所吸收,从而产生大气变暖的效应。大气中的二氧化碳就像一层厚厚的玻璃,使地球变成了一个大暖房。据估计,如果没有大气,地表平均温度就会下降到-23℃,而实际地表平均温度为15℃,这就是说温室效应使地表温度提高38℃。

  温室效应,又称“花房效应”,是大气保温效应的俗称。大气中的二氧化碳浓度增加,阻止地球热量的散失,使地球发生可感觉到的气温升高,这就是有名的“温室效应”。破坏大气层与地面间红外线辐射正常关系,吸收地球释放出来的红外线辐射,就像“温室”一样,促使地球气温升高的气体称为“温室气体”。二氧化碳是数量最多的温室气体,约占大气总容量的0.03%,许多其它痕量气体也会产生温室效应,其中有的温室效应比二氧化碳还强。

  大气能使太阳短波辐射到达地面,但地表向外放出的长波热辐射线却被大气吸收,这样就使地表与低层大气温度增高,因其作用类似于栽培农作物的温室,故名温室效应。如果大气不存在这种效应,那么地表温度将会下降约330c或更多。反之,若温室效应不断加强,全球温度也必将逐年持续升高。自工业革命以来,人类向大气中排入的二氧化碳等吸热性强的温室气体逐年增加,大气的温室效应也随之增强,已引起全球气候变暖等一系列严重问题,引起了全世界各国的关注。

  除二氧化碳以外,对产生温室效应有重要作用的气体还有甲烷臭氧氯氟烃以及水气等。随着口的急剧增加,工业的迅速发展,排入大气中的二氧化碳相应增多;又由于森林被大量砍伐,大气中应被森林吸收的二氧化碳没有被吸收,由于二氧化碳逐渐增加,温室效应也不断增强。据分析,在过去二百中,二氧化碳浓度增加25%,地球平均气温上升0.5℃。估计到下个世纪中叶,地球表面平均温度将上升1.5—4.5℃,而在中高纬度地区温度上升更多。

  空气中含有二氧化碳,而且在过去很长一段时期中,含量基本上保持恒定。这是由于大气中的二氧化碳始终处于“边增长、边消耗” 的动态平衡状态。大气中的二氧化碳有80%来自人和动、植物呼吸,20%来自燃料的燃烧。散布在大气中的二氧化碳有75%被海洋、湖泊、河流等地面的水及空中降水吸收溶解于水中。还有5%的二氧化碳通过植物光合作用,转化为有机物质贮藏起来。这就是多年来二氧化碳占空气成分0.03%(体积分数)始终保持不变的原因。

  但是近几十年来,由于人口急剧增加,工业迅猛发展,呼吸产生的二氧化碳及煤炭石油天然气燃烧产生的二氧化碳,远远超过了过去的水平。而另一方面,由于对森林乱砍乱伐,大量农田建成城市和工厂,破坏了植被,减少了将二氧化碳转化为有机物的条件。再加上地表水域逐渐缩小,降水量大大降低,减少了吸收溶解二氧化碳的条件,破坏了二氧化碳生成与转化的动态平衡,就使大气中的二氧化碳含量逐年增加。空气中二氧化碳含量的增长,就使地球气温发生了改变。但是有乐观派科学家声称,人类活动所排放的二氧化碳远不及火山等地质活动释放的二氧化碳多。他们认为,最近地球处于活跃状态,诸如喀拉喀托火山和圣海伦斯火山接连大爆发就是例证。地球正在把它腹内的二氧化碳释放出来。所以温室效应并不全是人类的过错。这种看法有一定道理,但是无法解释工业革命之后二氧化碳含量的直线上升,难道全是火山喷出的吗?

  在空气中,所占的比例是最高的,它们都可以透过可见光红外辐射。但是二氧化碳就不行,它不能透过红外辐射。所以二氧化碳可以防止地表热量辐射到太空中,具有调节地球气温的功能。如果没有二氧化碳,地球的年平均气温会比目前降低20 ℃。但是,二氧化碳含量过高,就会使地球仿佛捂在一口锅里,温度逐渐升高,就形成“温室效应”。 形成温室效应的气体,除二氧化碳外,还有其他气体。其中二氧化碳约占75%、氯氟代烷约占15%~20%,此外还有甲烷、一氧化氮等30多种。

  如果二氧化碳含量比现在增加一倍,全球气温将升高3 ℃~5 ℃,两极地区可能升高10 ℃,气候将明显变暖。气温升高,将导致某些地区雨量增加,某些地区出现干旱,飓风力量增强,出现频率也将提高,自然灾害加剧。更令人担忧的是,由于气温升高,将使两极地区冰川融化,海平面升高,许多沿海城市、岛屿或低洼地区将面临海水上涨的威胁,甚至被海水吞没。20世纪60年代末,非洲下撒哈拉牧区曾发生持续6年的干旱。由于缺少粮食和牧草,牲畜被宰杀,饥饿致死者超过150万人。

  这是“温室效应” 给人类带来灾害的典型事例。因此,必须有效地控制二氧化碳含量增加,控制人口增长,科学使用燃料,加强植树造林,绿化大地,防止温室效应给全球带来的巨大灾难。

  科学家预测,今后大气中二氧化碳每增加1倍,全球平均气温将上升1.5~4.5℃,而两极地区的气温升幅要比平均值高3倍左右。因此,气温升高不可避免地使极地冰层部分融解,引起海平面上升。海平面上升对人类社会的影响是十分严重的。如果海平面升高1 m,直接受影响的土地约5×106 km2,人口约10亿,耕地约占世界耕地总量的1/3。如果考虑到特大风暴潮和盐水侵入,沿海海拔5 m以下地区都将受到影响,这些地区的人口和粮食产量约占世界的1/2。一部分沿海城市可能要迁入内地,大部分沿海平原将发生盐渍化沼泽化,不适于粮食生产。同时,对江河中下游地带也将造成灾害。当海水入侵后,会造成江水水位抬高,泥沙淤积加速,洪水威胁加剧,使江河下游的环境急剧恶化。温室效应和全球气候变暖已经引起了世界各国的普遍关注,目前正在推进制订国际气候变化公约,减少二氧化碳的排放已经成为大势所趋。

  科学家预测,如果我现在开始有节制的对树木进行采伐,到2050年,全球暖化会降低5%。


特点
  温室有两个特点:温度较室外高,不散热。 生活中我们可以见到的玻璃育花房和蔬菜大棚就是典型的温室。使用玻璃或透明塑料薄膜来做温室,是让太阳光能够直接照射进温室,加热室内空气,而玻璃或透明塑料薄膜又可以不让室内的热空气向外散发,使室内的温度保持高于外界的状态,以提供有利于植物快速生长的条件。


后果
       1) 地球上的病虫害增加;

  2) 海平面上升;

  3) 气候反常,海洋风暴增多;

  4) 土地干旱,沙漠化面积增大。

  科学家预测:如果地球表面温度的升高按现在的速度继续发展,到2050年全球温度将上升2-4摄氏度,南北极地冰山将大幅度融化,导致海平面大大上升,一些岛屿国家和沿海城市将淹于水中,其中包括几个著名的国际大城市:纽约上海东京悉尼

  温室效应可使史前致命病毒威胁人类

  美国科学家近日发出警告,由于全球气温上升令北极冰层溶化,被冰封十几万年的史前致命病毒可能会重见天日,导致全球陷入疫症恐慌,人类生命受到严重威胁。

  纽约锡拉丘兹大学的科学家在最新一期《科学家杂志》中指出,早前他们发现一种植物病毒tomv,由于该病毒在大气中广泛扩散,推断在北极冰层也有其踪迹。于是研究员从格陵兰抽取 4块年龄由 500至14万年的冰块,结果在冰层中发现tomv病毒。研究员指该病毒表层被坚固的蛋白质包围,因此可在逆境生存。

  这项新发现令研究员相信,一系列的流行性感冒小儿麻痹症天花等疫症病毒可能藏在冰块深处,目前人类对这些原始病毒没有抵抗能力,当全球气温上升令冰层溶化时,这些埋藏在冰层千年或更长的病毒便可能会复活,形成疫症。科学家表示,虽然他们不知道这些病毒的生存希望,或者其再次适应地面环境的机会,但肯定不能抹煞病毒卷土重来的可能性。

由来
       温室效应主要是由于现代化工业社会过多燃烧煤炭、石油和天然气,大量排放尾气,这些燃料燃烧后放出大量的二氧化碳气体进入大气造成的。

  二氧化碳气体具有吸热和隔热的功能。它在大气中增多的结果是形成一种无形的玻璃罩,使太阳辐射到地球上的热量无法向外层空间发散,其结果是地球表面变热起来。因此,二氧化碳也被称为温室气体。

  人类活动和大自然还排放其他温室气体,它们是:氯氟烃(cfc〕、甲烷、低空臭氧、和氮氧化物气体、地球上可以吸收大量二氧化碳的是海洋中的浮游生物和陆地上的森林,尤其是热带雨林

  为减少大气中过多的二氧化碳,一方面需要人们尽量节约用电(因为发电烧煤〕,少开汽车。另一方面保护好森林和海洋,比如不乱砍滥伐森林,不让海洋受到污染以保护浮游生物的生存。我们还可以通过植树造林,减少使用一次性方便木筷,节约纸张(造纸用木材〕,不践踏草坪等等行动来保护绿色植物,使它们多吸收二氧化碳来帮助减缓温室效应。

新说


  自1975年以来,地球表面的平均温度已经上升了0.9华氏度,由温室效应导致的全球变暖已 成了引起世人关注的焦点问题。学术界一直被公认的学说认为由于燃烧煤、石油、天然气等产生的二氧化碳是导致全球变暖的罪魁祸首。然而经过几十年的观察研究,来自美国goddard空间研究所的詹姆斯·汉森博士提出新观点,认为温室气体主要不是二氧化碳,而是碳粒粉尘等物质。

  碳粒粉尘是一种固体颗粒状物质,主要是由于燃烧煤和柴油等高碳量的燃料时碳利用率太低而造成的,它不仅浪费资源,更引起了环境的污染。众多的碳粒聚集在对流层中导致了云的堆积,而云的堆积便是温室效应的开始,因为40%至90%的地面热量来自由云层所产生的大气 逆辐射,云层越厚,热量越是不能向外扩散,地球也就越裹越热了。

  汉森博士对于各种温室气体的含量变化都做了整理记录,发现在1950至1970年间,二氧化碳 的含量增长了近两倍,而从70年代到90年代后期,二氧化碳含量则有所减少。用目前流行的理论很难解释仍在恶化的全球变暖的现象。

  汉森博士认为,除了碳粒粉尘以外,还有一些气体物质能导致温室效应,如对流层中的臭氧 (正常的臭氧应集中在平流层中)、甲烷,还有巨毒无比的氯氟烃。但这些污染源的治理就相对困难些了。可喜的是,近几十年来非二氧化碳的温室气体含量已经有了一定的下降,如若 甲烷和对流层中的臭氧含量也能逐年下降趋势,那么再过50年,地球表面平均温度的变化将近乎零。

  碳粒粉尘并不是不可避免的东西,随着内燃机品质的不断提高,甚或不使用内燃机的交通工 具的问世,不能烧尽而剩余的碳粒是可以减少的。汉森博士的学说能够成立,则给地球带来了降温的新希望,但愿地球早日退烧。

  工业革命前大气中co2含量是280ppm,如按目前增长的速度,到2100年co2含量将增加到550ppm,即几乎增加一倍。全世界的许多气象学家都在努力研究,co2含量增加一倍以后,到2100年全球的平均气温会增高多少?

  目前采用的具体办法是,根据大气运动规律和物理状态变化规律,设计成数值模式进行计算。不过,由于人们对大气运动变化规律认识得还不够完善,采取的简化计算办法不同,各个模式的计算结果常相差很大。为此,80年代美国科学院组织了评估委员会,对这些模式的结果进行研究和综合评估,最终得出co2倍增后全球平均气温将上升3℃土1.5℃,即1.5℃-4.5℃。这就是对本问题最有权威的组织--联合国ipcc第一次《报告》中采用的数字。

  近年来,气候模式的模拟能力有了重大改进,这主要是考虑了大气中气溶胶(空气中悬浮的微小颗粒)的作用。因为在燃烧化石燃料放出co2的同时也释放出了巨量的硫化物等气溶胶。这种气溶胶会遮挡部分阳光到达地面,因此使地面气温降低,起到冷却作用。其数值据ipcc估计可达-0.5瓦/米2。即相当于co2增温效应(1.56瓦/米2)的1/3,比甲烷的增温效应(+0.47瓦/米2)还略大。主要根据这个改进,ipcc在l996年公布的第二个《报告》中,把2100年co2倍增后全球平均气温的升温值从1.5℃-4.5℃,修改为1.0℃-3.5℃。评估报告中还指出,由于海洋的巨大热惯性,到2100年这个增温值中大约只有50%-90%得以实现。

  然而,模式计算结果还说明,全球平均增温1.0℃-3.5℃不均匀分布于世界各地,而是赤道和热带地区不升温或几乎不升温,升温主要集中在高纬度地区,数量可达6℃-8℃甚至更大。这一来便引起另一严重后果,即两极和格陵兰的冰盖会发生融化,引起海平面上升。北半球高纬度大陆的冻土带也会融化或变薄,引起大范围地区沼泽化。还有,海洋变暖后海水体积膨胀也会引起海平面升高。ipcc的第一次评估报告中预计海平面上升70-140厘米(相应升温1.5℃-4.5℃),第二次评估报告中比第一次评估结果降低了约25% (相应升温1.0℃一3.5℃),最可能值为50厘米。ipcc的第二次评估报告还指出,从19世纪末以来的百年间,由于全球平均气温上升了0.3℃-0.6℃,因而全球海平面相应也上升了10-25厘米。

  全球海平面的上升将直接淹没人口密集、工农业发达的大陆沿海低地地区,因此后果十分严重。1995年11月在柏林召开的联合国《气候变化框架公约》缔约方第二次会议上,44个小岛国组成了小岛国联盟,为他们的生存权而呼吁。

  此外,研究结果还指出,co2增加不仅使全球变暖,还将造成全球大气环流调整和气候带向极地扩展。包括我国北方在内的中纬度地区降水将减少,加上升温使蒸发加大,因此气候将趋干旱化。大气环流的调整,除了中纬度干旱化之外,还可能造成世界其他地区气候异常和灾害。例如,低纬度台风强度将增强,台风源地将向北扩展等。气温升高还会引起和加剧传染病流行等。以疟疾为例,过去5年中世界疟疾发病率已翻了两番,现在全世界每年约有5亿人得疟疾,其中200多万人死亡。

  但是,温室效应也并非全是坏事。因为最寒冷的高纬度地区增温最大,因而农业区将向极地大幅度推进。co2增加也有利于植物光合作用而直接提高有机物产量。还有论文指出,在我国和世界历史时期中温暖期多是降水较多、干旱区退缩的繁荣时期,等等。

  当然,在大气温室效应这个问题上,也有不同意见。例如,过去有些科学家认为目前数值模式还不成熟,计算结果过于夸大;百年升高0.3℃-0.6℃属于正常气候变化,不能证明是大气温室效应所造成,等等。当然这是少数人的意见。

  尽管如此,但对于目前大气中co2浓度和全球温度正迅速增加,以及温室气体增加会造成全球变暖的原理,都是没有争论的事实。我们如果等到问题发展到了人类可以明显感知的水平,这时候往往已经难以逆转,那么就为时已晚。因此现在就必须引起高度重视,以便采取对策,保护好人类赖以生存的大气环境。

对策
      虽然迄今为止,我们无法提出有效的解决对策,但是退而求其次,至少应该想尽办法努力抑制排放量的增长,不可听天由命任凭发展。

  首先,暂订2050年作为目标。如果按照目前这种情势发展下去,综合各种温室效应气体的影响,预计地球的平均气温届时将要提升两度以上。一旦气温发生如此大幅提升,地球的气候将会引起重大变化。

  因此为今之计,莫过于竭尽所能采取对策,尽量抑制上升的趋势。目前国际舆论也在朝此方向不断进行呼吁,而各国的研究机构亦已提出各种具体的对策方案。

  可惜仔细检视各种方案之后,迄今尚未发现任何一项对策足以独挑大梁解决问题。因此,吾人遂有必要寻求一切可能性,全面考量这些对策方案究竟具有何等效果。

  一、全面禁用氟氯碳化物

  
实际上全球正在朝此方向推动努力,是以此案最具实现可能性。倘若此案能够实现,对于2050年为止的地球温暖化,根据估计可以发挥3%左右的抑制效果。

  二、保护森林的对策方案

  
今日以热带雨林为生的全球森林,正在遭到人为持续不断的急剧破坏。有效的因应对策,便是赶快停止这种毫无节制的森林破坏,另一方面实施大规模的造林工作,努力促进森林再生。目前由于森林破坏而被释放到大气中的二氧化碳,根据估计每年约在1~2gt.碳量左右。倘若各国认真推动节制砍伐与森林再生计划,到了2050年,可能会使整个生物圈每年吸收相当于0.7gt.碳量的二氧化碳。具结果得以降低7%左右的温室效应。

  三、汽车使用燃料状况的改善

  日本汽车在此方面已获技术提升,大幅改善昔日那种耗油状况。但在美国等地,或许是因油藏丰富,对于省油设计方面,至今未见有何明显改善迹象,仍旧维持过度耗油的状况。因此,该地区生产的汽车在改善燃油设计方面,具有充分发挥的余地。由于此项努力所导致的化石燃料消费削减,估计到了2050年,可使温室效应降低5%左右。

  四、改善其他各种场合的能源使用效率

  是要改善其他各种场合的能源使用效率。今日人类生活,到处都在大量使用能源,其中尤以住宅和办公室的冷暖气设备为最。因此,对于提升能源使用效率方面,仍然具有大幅改善余地,这对2050年为止的地球温暖化,预计可以达到8%左右的抑制效果。

  五、对石化燃料的生产与消费,依比例课税

  
如此一来,或许可以促使生产厂商及消费者在使用能源时有所警惕,避免作出无谓的浪费。而其税金收入,则可用于森林保护和替代能源的开发方面。

  任何化石燃料一经燃烧,就会排放出二氧化碳来。惟其排放量会因化石燃料种类而有不同。由于天然瓦斯的主要成分为甲烷,故其二氧化碳排放量要比煤碳、石油为低。同样是要产生一千卡的热量,煤碳必须排放相当于0.098公克碳量的二氧化碳;这在石油则为0.085公克;若是换成天然瓦斯只需排放0.056公克即可。

  因此,有人提案依照天然瓦斯、石油、煤碳的顺序予以加重课税。譬如生产方面,要对二氧化碳排放量较高的煤碳,以能量换算,每十亿焦耳课税0.5美元,而对天然瓦斯则只课税0.23美元。亦即二氧化碳排放量愈高的化石燃料课税愈重。至于消费方面的情形亦复加此,其课税比例在煤碳订为23%,在天然瓦斯订为13%。

  当然,现今阶段只不过是有这么一个构想而已。但若果真付诸实行,可望对于2050年为止的地球温暖化,提供大约五%的抑制效果。

  六、鼓励使用天然瓦斯作为当前的主要能源

  因为天然瓦斯较少排放二氧化碳。最近日本都市也都普遍改用天然瓦斯取代液化瓦斯,此案则是希望更进一步推广这种运动。惟其抑制温暖化的效果并不太大,顶多只有一%的程度左右。

  七、汽机车的排气限制

  
由于汽机车的排气中,含有大量的氮氧化物与一氧化碳,因此希望减少其排放量。这种作法虽然无法达到直接削减二氧化碳的目的,但却能够产生抑制臭氧和甲烷等其他温室效应气体的效果。预计将对2050年为止的温暖化,分担2%左右的抑制效果。

  八、鼓励使用太阳能

  譬如推动所谓“阳光计划”之类。这方面的努力能使化石燃料用量相对减少,因此对于降低温室效应具备直接效果。不过,就算积极推动此项方案,对于2050年为止的温暖化,只具四%左右的抑制效果。其效果似乎未如人们的期待。

  九、开发替代能源

  
利用生物能源(biomass energy)作为新的干净能源。亦即利用植物经由光合作用制造出来的有机物充当燃料,藉以取代石油等既有的高污染性能源。

  燃烧生物能源也会产生二氧化碳,这点固然是和化石燃料相同,不过生物能源系从大自然中不断吸取二氧化碳作为原料,故可成为重覆循环的再生能源,达到抑制二氧化碳浓度增长的效果。     
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