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暖化的科學(二):溫室效應與全球暖化

溫室氣體吸收地表輻射,增加地球的平均溫度,讓地球維持在適合生物的怡人溫度,稱為「溫室效應」。如今自然界的溫室氣體比例失衡,過多的溫室氣體會使得溫室效應過於嚴重,造成全球平均溫度持續升高,讓地球逐漸發展成不利生物居住的環境。
 
 

大氣層像是一個金鐘罩,而地球就如同一個巨型保溫箱。我們所居住的地球有大氣層保護來自於宇宙的威脅(例如:紫外線、隕石等外太空異物),並且能留住部分氣體。如此一來,每一個人不就是地球這個大溫室裡的一朵小花嗎?有了這個概念,我們就來聊聊「溫室效應」。

 

現今談到「溫室效應」,如同提到全球惡名昭彰的通緝犯。但你可曾想過浩瀚無垠的宇宙中,為何地球會有這麼溫暖的氣候而適合生物居住?其實,地球本身有一套獨門的保溫方法,這方法就稱為「溫室效應」。

 
溫室氣體與溫室效應:地球的保溫罩
 

生物能在舒適的地球上生存,其中大部分都要感謝太陽光的照射,因為有太陽光的輻射熱使得地球的平均溫度升溫。太陽輻射(短波輻射)穿越地球的大氣層,抵達地表後被吸收,地表會增溫並放出長波輻射(註1)回外太空。輻射熱依此方式平衡下,那麼一入夜地表溫度就會驟降,地球將會變成一個酷寒的大冰箱?其實大氣中存在某些氣體,我們稱為「溫室氣體」的氣體,會吸收由地表放出的長波輻射,並再次放出,使得能量能又進入地表。所以大氣層可說是地球的保溫罩,使得地球像溫室一樣暖和,這種氣體吸收太陽輻射的作用,就稱為「溫室效應」。

 
溫室效應的機制(圖/A loose necktie,wikipedia,經科技大觀園編輯團隊修改)
▲溫室效應的機制(圖/A loose necktie,wikipedia,經科技大觀園編輯團隊修改)
 
過多溫室氣體排放 定溫系統失衡
 

所以溫室效應對人類來說是有利的?沒錯!客觀來說,溫室氣體是自然界的最佳暖氣機,沒有它們,地球生物難以在漫漫寒夜中生存。

 

不過在18世紀的工業革命蓬勃發展之後,人類大量燃燒化石燃料,造成排放大量的溫室氣體,如二氧化碳(CO2)、氧化亞氮(N2O)、甲烷(CH4)和氟氯碳化物(CFCs)等氣體,原本溫室效應是個很穩定的定溫系統,可如今自然界的溫室氣體比例失衡,過多的溫室氣體會使得溫室效應過於嚴重,造成全球平均溫度持續升高,讓地球逐漸發展成不利生物居住的環境。

 
溫室效應由於自工業革命以來,排放過多二氧化碳導致恆溫系統失衡。(圖/世新大學「二氧化碳與能源發展科普推廣計畫」製作)
▲溫室效應由於自工業革命以來,排放過多二氧化碳導致恆溫系統失衡。(圖/世新大學「二氧化碳與能源發展科普推廣計畫」製作)

 

根據國際氣候變化專門委員會(簡稱IPCC)的評估指出,全球地表平均溫度在20世紀已經增加了0.6°C,因為地表溫度提高的關係,導致南極洲上的冰山與蘇格蘭的冰大陸及冰川開始融化,造成海平面上升0.1至0.2公尺高,IPCC更預測若溫室效應持續加重,到了2100年時,全球地表溫度將比1990年的溫度還要高上1°C到4°C,海平面可能會上升高達0.73公尺,另外也有學者提出,到了2050年時,全球的平均溫度將會上升2°C。海平面日漸上升會讓原本處於地勢較低的城市及島嶼國家,沉沒於大海之中,全球將可能有三分之一住在海岸邊緣的居民被迫搬遷,不然就會面臨被淹沒的命運。

 

溫度上升個2°C聽起來就像是白天入夜的晝夜溫差一樣,好像每天都在發生因此不是那麼嚴重?其實不然,全球平均溫度上升對地球以及人類造成的威脅不僅止於溫度而已。當地球暖化時,會造成北半球的冬季縮短,變得更濕冷,但夏季反而變長,變得更乾熱,這對於原本規律生長的植物與隨季節移棲的動物而言,是相當不適應的。

 

另外因為氣溫持續升高,將增加地表水的蒸發速率,這會影響各地區的降雨型態,導致有些地區轉為乾旱,甚至讓沙漠化逐漸擴大;相反地,有些地區的降雨量會增加,讓許多地區的植物長時間浸泡在雨水裡頭,造成腐爛波及農民的生活。綜觀之下,溫室效應帶來的威脅甚鉅。

 
在海平面上升下,位於南太平洋的島國吐瓦魯遭遇海水侵蝕、民生用水減少的窘境。(圖/Real Human Stories)
▲在海平面上升下,位於南太平洋的島國吐瓦魯遭遇海水侵蝕、民生用水減少的窘境。(圖/Real Human Stories)

 

減緩溫室效應 大家一起行動

 

說到這裡大家就該知道,嚴重的溫室效應是必須去減緩的!但究竟有哪些辦法能夠來解決這全球性的問題呢?矛頭率先指向上述的溫室氣體,只需要將大氣中的溫室氣體濃度降低,就不會有過多的輻射熱被吸收而留在地球表面,這樣就能讓地球溫度不再升溫。

 

要如何減少溫室氣體的濃度?有數據指出二氧化碳對全球平均溫度提升的貢獻佔全部溫室氣體的65%,所以我們可以針對減少二氧化碳濃度的方向來思考,而讓二氧化碳濃度如此高的幫兇包含了煤、石油及天然氣等化石燃料的使用。因此,平時我們可以多走路或搭乘大眾交通工具,避免騎車、開車,另外,減少能源的浪費也能讓溫室效應減緩,因為目前產生能源的主要方法為火力發電,所以只要節約能源的使用,就相對減少排放二氧化碳。

 

嚴重的溫室效應如同地球正不斷開著過強的暖氣,關係著地球生物的存亡,是全人類都要一起正視的問題,雖然不是一人一朝一夕就能解決的,但只要你我都能在生活中做到節能減碳,這對於減緩溫室效應都會有很大的幫助!

 

註1:太陽光的最大輻射主要落在可見光(波長 0.4~0.7μm),稱為短波輻射,而地表或大氣放出的輻射波長主要為紅外線,稱為長波輻射(波長約為10μm左右)。
 

審校:沈建豪

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