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温室效应也能让海平面降低?

全球变暖是当下的热门话题,而造成全球变暖的原因是温室效应。自从人类进入工业时代以来,已经向地球大气排放了大量的二氧化碳等温室气体。根据美国环境保护署的数据,大气中二氧化碳的浓度增加了40%以上。工业革命开始时二氧化碳的浓度为228ppm,而目前的二氧化碳浓度为440ppm以上。

虽然有些人仍然怀疑人为活动造成气候变暖的事实,但压倒性的证据显示这是无可否定的。自从19世纪50年代以来,地球的平均温度已经升高了1摄氏度。根据《自然》杂志上发表的两项研究,南极洲和格陵兰岛的冰层融化速度比90年代快了6倍,在过去30年里,它已经使海平面上升了2厘米了。这会导致生活在沿海的数亿居民面临失去家园或生命的风险。

于是,就有人想知道,我们科技如此发达,难道真的没有办法让海平面下降吗?科学家就此提出了两种方法,令人惊讶的是,其中一种方法就是加剧温室效应。

温室效应的原理

为了更好地了解温室效应的原理,我们先来计算下没有温室效应时地球的平均温度。地球接收着来自太阳的热量,同时它也在向太空辐射热量。当地球摄入的热量等于它散失的热量时,此时地球的温度就达到了一种稳定状态。

太阳辐射的热量会随着距离的平方而递减,地球距离太阳1.5亿公里,此时太阳的热流密度(用S表示)为1380瓦/平方米。但是这些光并不是全部被地球所吸收,有一部分会被反射回太空。根据美国宇航局的资料,地球的反照率(用a表示)大约为33%,也就是说地球只吸收其中67%的热量。而太阳光在地球的投射面积为πR^2,因此地球每秒所摄入的热量为SπR^2(1-a)。

根据黑体辐射定律,绝对零度以上的物体都会向外发出辐射,地球也不例外。假设地球是一个黑体,它会向外辐射红外线,根据斯特潘-玻尔兹曼定律辐射的热流密度为σT^4,其中σ为斯特潘-玻尔兹曼常数。因此地球每秒向外辐射的热量为(4πR^2)(σT^4)。

让上述两个公式相等,并带入已知的数据,可以得到在没有温室效应的情况下,平均温度仅为-21摄氏度。此时液态水是无法存在的,地球就是个冰冻的大球。

但是像二氧化碳等温室气体的存在,它会吸收部分地球向外辐射的红外线,把这部分能量截留在大气层中。因此,就会出现热量的摄入大于散热的情况,此时温度就会持续往上升。这就是温室效应的原理。

这些温室气体自然存在的时候,地球能达到最适合生命生存的温度。但是由于人类活动排放过多的温室气体,就导致了全球变暖温度急剧上升,南极融化海平面上升。因此,减少碳排放,并捕获大气中多余的二氧化碳是降低海平面的一种方法。

降低海平面的另一种方法

很多人都知道二氧化碳是一种温室气体,但是令人惊讶的是,水蒸气也是一种温室气体。从整个地球的角度来看,水的蒸发和降水是达到一种稳定平衡的状态。不过,随着全球温度的上升,多余的水蒸气就会进入大气层,而这样又会加剧地球的温室效应,提高地球的平均温度,导致了一种恶性循环。

在这种循环中,更高的温度会导致大气中含有更多的水蒸气,进一步加热地球,我们称这一过程为失控的温室效应。很显然,这一过程能使海平面下降,甚至使整个海洋消失。有些人可能会怀疑这种情况的存在,但是太阳系中有一个很典型的例子,那就是金星。那里的海洋已经蒸发干了,整个星球被一层厚厚的云所覆盖,平均温度能达到370摄氏度。

不过,科学家表示,地球要达到这种失控的温室效应,首先人类活动造成的碳排放水平要高到一种临界值。不过,在这之前,人类早就灭亡了。

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