世界温度越来越高 世界温度越来越高是怎么一回事
世界温度越来越高全球变暖的原因不是碳排放,而是热排放,化石能源的燃烧不仅生成二氧化碳,它还是一个放热反应,是地下化学能转换成了地表热能排放到了环境中,以致于温度上升。解决的方法有多种,最具有可行性的是将热能转换成化学能,比如用光伏发电来电解水,其本质就是截取了地表热能(太阳能),将其转化成了氢气的化学能,这就相当于把环境中的热量抽离、固化,做到地表环境的热削减。
一 原因
关于全球变暖的原因,普遍认为是二氧化碳等温室气体的增加所导致,所以各个国家要削减碳排放。
但这可能是错误的,全球气候上升,很可能不是来源于碳排放,而是来源于热排放。尽管两者基本是同步的,但本质上还是有所不同的。
本来地表长期处于热平衡状态,获取的能量(主要是太阳能)和向太空散发的能量基本相当。但是自工业革命以来,热平衡被打破了,人类夜以继日的从地下开采海量的煤石油天然气,燃烧了大量的化石能源,而化石能源的燃烧既生成了二氧化碳,也放出了热量,根据能量守恒,热量并没有消散于无形,而是切实进入环境当中,是额外释放的热量改变了环境温度,而不是二氧化碳。
简单来说就是地下系统的化学能侵入地表系统变成了热量,而且数量越来越多,速度越来越快,最终造成了地表系统的热过载。
有人说化石燃烧释放的热量与太阳热量相比根本不是一个数量级,但打破平衡本来就不需要同一体量。两个一万克的物体处于平衡状态,一端加上一克就可以打破这种平衡,使其向着一个方向缓慢的倾斜。
文明社会与农耕时代的区别就在于工业革命开启了煤石油天然气等化石燃料大规模的利用。车辆、飞机、舰船、工厂锅炉电机、家用电器、燃气灶等等无一不在排热。如果从高空俯瞰,目之所及,无一不是热源。
这些热量本来是安静的存于地下,结果被人类引入了地表。你可以想象一下几万座火山流淌出滚烫的岩浆,而且长达上百年,这种情况下地表大气慢慢变热是合乎逻辑、符合物理规律的现象。
化石燃烧释放的热量引发了全球变暖,这个观点必然会引起争议。这可以用实验来验证,向一个空间注入常温的二氧化碳,向另一个空间注入相应的热量,比较两者的气温变化。
我们还可以做一个思想实验,假设人类从地下开采了数千亿吨干冰(固态二氧化碳)进入地表系统变成了二氧化碳气体,那么气温会骤降,地球会进入冰河世纪,因为干冰气化是一个强烈的吸热反应,会降低环境温度。二氧化碳这种所谓的温室气体增加的越多,浓度越高,气温就越低。
笔者并不否认二氧化碳会增强大气对地表长波辐射的吸收,但是否是气温升高的主因还值得商榷。碳燃烧既生成二氧化碳也放出热量,这是两个同步的结果,要独立的得出二氧化碳是全球变暖原因这个结论,那就要完全摈除热量这一因素才行。否则用一种结果(二氧化碳升高)取代两者的共同作用,这样的结论不严谨,不够全面。
另外,地球向太空散发热量的形式可不仅仅是热辐射,地球散热的形式还有热对流、热传导。地表水或海洋表层水受热蒸发,升于高空,将携带的热量向周围气体释放,完成热交换之后又冷凝成雨雪重新落回地表,循环往复,时刻不停,这个过程是地球向外散热的一种重要方式。这就像人体在酷热时不断流汗,通过汗液将热量带出体外,然后再饮水,再流汗,循环往复。地表水蒸气也是同样的道理,它们就像是一台提升机,将热量从地表提到高空,完成了地球热量向外散发的第一步。这是地球极其常见又重要的散热方式。
水蒸气将热量带入高空后,其后沿着对流层、平流层、中间层、热层、散逸层这个顺序向外传导。地球大气层最外一层--散逸层,说的就是气体物质即将脱离地球飘向太空的临界区域,这部分气体物质带走的同样是地表的热量。
任何物质都辐射能量,但将地表的散热方式只局限于热辐射这一种,而绝口不提对流、传导,这种观点是片面的。
再补充一些对于温室效应的看法。
从地表到太空,气体浓度越来越低,温度也越来越低。物质从高浓度流向低浓度,热量从高温区域流向低温区域。这是存在了千百万年的秩序。
但是,当人类发明飞机后,大量商业航班、军用飞行器等飞行在1万米到2万米的平流层,它们所释放出的大量的物质(二氧化碳等)浓度及热量密度远远高于周围环境,形成了一道实质上的物质墙和热量墙,这必然会阻碍地表热量向外散发。地球热量散发的慢了,地表温度自然升高。这与是不是二氧化碳无关,任何高温气体在这个高度插入,都会阻碍地表热量的散失,因为它打破了原先正常的温度差和浓度差,形成了一道突兀的墙体。
另外飞机等机体释放的这些物质不仅在吸收地表的长波辐射,还承受外部太阳的辐射,而太阳辐射既包括短波辐射也包括长波辐射。对于太阳的短波辐射,二氧化碳并不能百分百透射掉。另外长波辐射不仅地表在散发,太阳作为一个高达6000k的黑体,同样也辐射长波能量,这些物质承载了太阳的辐射能量后温度会变高,墙体的阻碍效应会更加明显。
在谈到温室效应时,人们只提及地表的长波辐射而不提太阳的辐射,这一点令人不解。
综上所述,全球变暖有两个原因,一是化石能源的燃烧排放出了大量热量。打破了数百万年来的热平衡。二是各种飞行器在高空排放的气体和热量形成了一道墙,阻碍了地表热量的散发。
关于全球变暖的成因,新观点必然会引起争议。然而气温升高已成既定的事实,追究过往成因并非紧要,搁置争议,关注未来如何应对才是关键。
二 恶果
全球气温升高的恶果有许多,暂举几个。
一是冰川融化,包括海洋冰川、极地冰川以及陆地高原冰川。海洋和极地冰川融化会引发海平面上涨,危及海岸家园。高原冰川融化会引发泥石流、堰塞湖、溃坝、洪灾等。但这都是表面现象,冰川融化的危害远不止此,甚至可以说极其严重。
如果屋子温度过高,我们可以在地上撒一桶冰块给屋子降温,同理,各地的冰川冰盖冰层为什么会消融,它们其实抵消了人类释放的过多的热量,起到了平抑地球气温的作用。
但不幸的是,冰川是个定量,而化石能源的燃烧,是个增量,退一步讲,即便碳排放不再增加,人类目前的开采燃烧量不变,自然界的热量增减依然处于不平衡状态,依然需要冰川融化来降温,冰川越少,降温的能力就越低,温度升的就越快,然后冰川融化的就越快,这是一个恶性循环。
另外,广袤的冰川表面也可以将大部分射到冰川的太阳光反射回太空,减少地表这个系统吸收的热量,只是随着冰川的融化消亡,这个功能日益降低。
其实地表大气圈对于热排放是有容纳能力的,当需要额外消融冰川来降温的时候,就说明人类热排放的量已经超出地表大气圈容纳能力了,这是个令人不安的事情。
二是海水表层温度提高。水拥有较大的比热容,所以广袤的海洋也是地球气温的调节器,只是调节(降温)能力远不如冰川。当海水表层温度提高后,其吸热能力将变得更弱。
三是海洋酸化。过多的二氧化碳溶入海水中引发海洋酸化,浅海生物遭受致命打击,就像澳洲大堡礁,丰富的生物多样性变为一片死寂。
四是气候紊乱,极端天气频现。世界多地频现多年一遇乃至百年一遇的高温天气,甚至已经严重威胁居民生命。
五是山火频发,2019年,美国加州大火,巴西亚马逊大火,非洲刚果雨林大火,澳大利亚大火,每一场火都肆意蔓延难以扑灭影响巨大。为什么?还是因为全球气温升高,在炙热的环境中,林木、灌木、杂草失水严重,被烤干,处于一点就着的状态,一个零星火源便会引发一场巨大火灾且蔓延迅速难以控制。火灾造成的影响可不仅仅是破坏生态、释放热量,还有深层次的含义。
六是空气湿度增加,降水量增加。冬天泼一盆水在地上,几天都未干,夏天的话几分钟地面就干了,水没有消失,都进入了大气中,水汽进入台风,便会增加台风质量及动能,增加其破坏力,2019年,一个接一个的新风王诞生,破坏力一个比一个强。在内陆地区,空气水分增大会增加降水强度,会加重雾霾现象。
七是气候异常,对农业生产不利,引发粮食危机乃至生存危机。
八是高原冰川加速融化,造成前期洪灾,后期缺水甚至断流,极大影响流域生态。
其他还有诸多,不一一列举。
三 对策
1,减少化石能源的燃烧,减少热排放,直至能源转型,弃用化石燃料。
2,避免战争,减少军事训练、军备竞赛,武器弹药、车辆、舰船、飞行器等向自然界释放了大量非必要的热量。欲望、贪婪、追逐利益向来是人类社会进步的源动力,但是在存亡面前,征战逐利应该有所避让,因为留给我们的时间不多了。
3,大力发展水电、风电、光电等清洁能源,这些能源本质上是地表太阳能的一部分,比如水在太阳光照射下蒸发,向上漂浮,在高空凝结以雨雪的形式降落,落于高山高原地带便有了重力势能,利用水位差便可以水力发电。简单来说是太阳能将几亿吨水抬升到高空,具备了巨大的能量。这部分能量始终处于地表系统内,在这个系统内进行内循环,只是从一种形式(太阳能)转化成了另外一种形式(水的重力势能或水电)。
同样,风电和光电也是极为重要的清洁能源。地球的球体状态、地质状态造成了太阳能分散不均,引发了空气流动,产生了巨大的风能。至于光伏发电,则是用材料直接截留了本应到达地面或者海面的太阳能,将这部分热量转化为电能转移到其他地方利用,依然是系统内的能量循环,并不会增加地表系统的热负荷。
4,加速研究超级电容、超级电池等储能设备。雷电同样是由太阳能转化而成,但是目前无法利用,如果有超级电容承载便可造福于民。同时,水电风电光电也都有局限性,远不如火电方便灵活,导致大量清洁能源被浪费,弃电现象比比皆是。如果有超级电池贮存,调度使用,会极大改善这种境况。为什么这么说呢?因为盛夏气温高企时,我们用燃烧煤炭产生的火电运行空调,向地表排放大量热量。冬天我们又燃烧煤炭、柴油、天然气等取暖,再次向地表排放大量热量。如果我们将夏天的热量吸收储存起来,在冬天释放,以及用A地区丰富的水电、风电取代B地区车辆的燃油,理论上就可以实现化石能源的零消耗,系统外热量在地表的零排放。这就是发展储能装置的意义。
5,植树造林。如果要问自然界有没有大规模的吸热反应,那答案便是绿色植物的光合作用。化石能源的燃烧是有机物转化为无机物,期间释放热量,而植物的光合作用则相反,它是把无机物转化为有机物,期间吸收太阳能。简单来说光合作用就是吸收热量,将无机物转化为有机物,将太阳的热能转化为植物的化学能,将能量固化。它们对于抑制全球气温增长有无可比拟的作用。美国、巴西、非洲、澳洲的森林大火,不仅仅是释放二氧化碳、释放热量,破坏生态环境这么简单,这些植被就像是地表的吸热毯,它们的离去使得地球又失去了一部分重要的保护屏障,不仅短期内难以复原,而且以后随着植被减少,气温加速升高,山火会更加频繁,植被减少的会更快,从而进入恶性循环。
冰川、海洋、植被都是调节地球温度的工具,但遗憾的是,它们的作用无一不在减弱。
5,吸热反应。不同于绿色植物的生长,自然界也有无机物会吸热,比如硝酸钙,俗称硝石,将其置于水中,便会迅速吸收水中热量,将其降温乃至结冰。那么自然界是否还有更强更快的吸热反应?就像干冰气化、液氮气化。是否可以利用其吸收地表热量?这些都需要科研人员的不断探索摸索。
6,热反射。比如瑞士为了保护高山冰川,就在高山铺设了材料幕布进行热反射。一次付出,长久获益,但是耗费多,施工难度大,如果是在平整的冰原或荒原上施工,难度会小很多,可以去尝试去摸索。
7,热遮挡。比如在2018年,有人提出用100架运输机抛洒火山灰,因为历史上曾经有过火山强烈爆发喷洒大量火山灰,造成大规模降温的先例。二是在2019年爆出一个类似的消息,同样是抛洒微细颗粒物,而不局限于火山灰,颗粒的性能得到了改进,而且该项目据说还得到了比尔盖茨的资助。然而,对于这种布撒微粒的做法,笔者是不赞同的,如果它们长久的漂浮于大气中,那将会贻害几十年上百年。另外人为制造乌云确实可以减少地表获得的太阳能,使地表迅速降温,但是这种做法是有两面性的。在探讨这个问题之前需要搞懂一件事,为什么太阳和地球之间光线那么充足,温度却极低,零下两百多度?因为太空中近乎真空,什么物质都没有,没有物质承接这部分能量。而把空间站置于太空,在太阳光直射下,空间站的表面温度可以达到一百多度。同样的光照条件,有物质和没物质是两种不同的境况,透光物质和不透光物质也是两种境况。不管是气溶胶颗粒还是固体粉末颗粒,一旦撒在高空,它们会迅速使地表阴凉,但是能量是守恒的,太阳光的热量并没有消失,而是被这些颗粒物截留了,截留的效果要远比透光的二氧化碳更高,这些颗粒的温度也会更高,墙体的阻碍效应更明显。如果说高空中的二氧化碳具有温室效应,那么高空颗粒物的温室效应将远远胜于透明的二氧化碳,它们短时间内会使地表降温,但很快它的副作用就会凸显,它将大大阻碍地表热量的散发,形成另一种灾难。热遮挡是目前一种很流行的思路,但是笔者认为很值得商榷。这个方法着重强调了一点那就是反射,实际上这只是理想状态,这种圆形颗粒怎么可能做到镜面反射、高效反射?相当一部分辐射热量是会被颗粒截留吸收的。
8,促进对流。水汽可以将地表热量带入高空,同纬度湿地的温度要明显低于同纬度沙漠的温度,但问题是随着城市化进程加快,地面、路面被大面积硬化,雨水落地后很快进入市政管网,只留下水泥硬化地面被晒得滚烫,热量被留在地表难以升空。所以,雨水、中水等收集净化后再洒在地面是给地表降温的一个手段,而且要形成高效的管网,在酷热时能够做到连续不断的洒。 从这个角度来说,海洋占地表面积的70%是地球的幸运。
兴建大型水池或水塔,在强降雨时收集雨水,在暴热时喷洒雨水,既可以缓解城市内涝问题,减缓短时强降雨对大江大河的冲击,又能给地表适当降温,加速地表热量升空。另外谁又能断言将来雨水不会成为一种战略储备资源?
大兴土木,基建储水,是可行性比较高的方案。技术上没有太大难度。
9,热转换。地表气温升高是源于热排放,那么能不能热回收呢?化石能源的燃烧是将化学能转换成热能,那么能不能将地表热能转换成化学能呢?除了前文所讲的绿色植物的光合作用,有没有更加高效的,可以大规模工业化应用的方式呢?
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