諾獎得主朱棣文：淺析氣候變化及其現實風險
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朱棣文，1997 年諾貝爾物理學獎獲得者，現任斯坦福大學物理學教授，中國科學院外籍院士，美國第12任能源部長，1993年獲頒費塞爾國王國際科學獎；1997年獲諾貝爾物理學獎。因在貝爾實驗室和斯坦福大學研究發明了用激光冷卻和原子捕獲的方法與科昂·塔努吉、W.D.菲利普斯共同獲得1997年諾貝爾物理學獎。
在2017年9月14日-16日舉辦的「2017第四屆諾貝爾獎獲得者醫學峰會暨第二屆世界青年創新論壇」上，1997年諾貝爾物理學獎獲得者朱棣文作為特邀嘉賓圍繞「氣候變化及其現實風險」展開了深入而有趣的交流。
「我的題目是淺析氣候變化及其現實風險，哪些信息是已經被報道的， 哪些有可能是真的，哪些肯定不是真的。
很多人說，氣候變化在人類還沒有出現的時候就曾經發生過很多次了，憑什麼讓我相信這次就有什麼不同呢？
首先我要說，他們說的沒錯，縱觀歷史，地球的氣候變化是貫穿始終的。例如下面的圖表, 記錄了過去80萬年的氣候歷史。藍色代表氣候變化和冰芯數據，而綠色和橙色曲線代表二氧化碳和甲烷濃度。我還知道，尼安德特人在這個時期曾在地球上生活。而智人，則生活在他們後面的時間段。大部分時間，我可以非常有把握地說，這些人類，比如尼安德特人跟氣候變化完全沒有關係。我還知道，最近的50-80年間，同這個地質時期相比，二氧化碳和甲烷水平急劇上升。
此外，如果我們回到更遠古的時代去看地球氣候的變化：請注意左下角，在冰川期和溫暖期之間，有一個幾千年維度的極端水平記錄。這個地質年代的長度是6000萬年左右，你會發現，在地球的大部分歷史中，也就是在這6000萬年左右的時期，地球的溫暖程度遠高於剛才所說的80萬年期間的氣候，哪怕是跟中間的溫暖期比較。所以地球自然氣候條件下的溫度，事實上是高於現在的氣溫的。關於這個原因非常複雜，這裡我就不詳細說了。但是這麼說吧，地球自身並沒有關鍵性的用來保持溫度水平，從而使之正常運轉的調節器。
下面是比較新的關於地球1萬年左右的二氧化碳水平記錄。你會看到，直到1900年之前的地質年代，變化都相對緩慢。而事實上，1900年之後變化發生的速度相當快。應該說，這1萬年來二氧化碳的增長，其中四分之三都發生在最近的65年間。大家看這就是現在的二氧化碳濃度水平。這不屬於地質年代概念範疇。過去100年二氧化碳總量的上升與人類活動造成的碳排放數量相關，其中55%馬上被海洋和陸地吸收，剩下的沒有被吸收的總量如圖表中顯示，這些數量的上升與熱排放及地球的反應息息相關
好，有這樣一種說法：地球歷史上有很多溫暖期。這種說法來源於網路文章。文章認為最近發生的空前絕後的地球變暖，是自小冰川時代以來發生的自然變化。這些在網上都能查到，主要涉及歷史上的青銅時代變暖、羅馬時代變暖， 程度更高的中世紀變暖，黑暗中世紀變冷，鐵器時代變暖， 還有我們經歷的最近1000 年，這個千年我們稱之為「小冰河時代」。而這些文章的觀點認為，根據數據顯示，我們地球可以自行調節回正常狀態，地球該怎樣就會怎樣。
所以問題來了：到底發生了什麼， 真實的數據到底是什麼呢？ 答案是，文章提到的數據是對的， 但並不是全部。如果你看到完整的包含當代信息的冰芯數據，你會發現有所不同。看到這裡顯示的我們看到現在的溫度數據，有些人可能會說：「哦！不！我們做的已經很好了，至少比千年之前『小冰河時代』那些人強！」由此我們說，虛構是部分的真實。當與他們意見不同的新數據出現時，他們的辦法就是不～更～新！他們始終在網上展示部分真實的數據， 這是他們大愛的戰術！
下面一個科學虛構：1998-2002 年間全球地表溫度沒有升高。既然他們預置的全球氣溫沒有升高氣候模型，已經被證明是錯誤的，那將來我們又怎麼能再相信他們呢？ 我們看一下右側的圓點，在1998 年出現高點，隨後的2 年發生回落，之後在2002-2012 年左右，又重新恢復上升的趨勢。所以，這是怎麼回事兒呢？又一次，不更新！他們沒有使用那條表示平均變化動態的紅線，他們有意忽略了高點區域的數據。而高點區域數據是存在的，且恰恰是最能證明我們觀點的最好的數據。毋庸置疑，科學家們沒有預測高點區域的數據，也是那條紅線。
這又是怎麼回事兒呢？氣候模型怎麼錯了呢？ 如果回頭看前20 年的數據，氣候模型是沒錯的；但是如果只看前10 年的數據，模型就是錯的， 尤其你把兩個十年做比較，就會發現他們簡直謬以千里。所以，咱們再看一下我曾經在清潔能源話題中談到的「冰泉」。2010夏天，我用了兩個半月的時間協助處理英國石油公司泄漏事件。那個夏天，墨西哥灣海水表面的溫度還是相當高的，達到了30 攝氏度，就像一個大浴缸。而水面向下1 公里的位置，溫度只有4 攝氏度，而且不隨冬夏季節的交替而變化。我說的意思是水面溫度上下浮動很大，但是1公里深處的海水溫度相當穩定，而且始終保持在冰冷的程度。由此我們可以知道，深處海水的升溫是需要很長時間的。到底需要多久呢？有可能100 年，有可能200 年，甚至300 年。所以我們現在不能做出同理定量判斷。
好，我繼續講這個故事。 在過去的十年里，我們從飛機上投擲了許多被稱為「Argo 浮標」的黃色小裝置，當然我們不會把人扔到海里去觀測，哈哈哈。這些浮標以電池為能源，在海洋表面提取數據樣本。他們能夠上下浮動，可以深入水面以下2 公里, 每隔10 天通過發射信號傳送探測結果。你可能會想，這些浮標能告訴我們什麼關於海洋的信息呢？我們真正想知道的是全球範圍內海洋的活動情況。科學家們第一次意識到，原來我可以把這些裝置應用到全世界。大約4000 個浮標在海洋中上下漂浮，往回發射數據。神奇的是，這些浮標發現了能量守恆！這是什麼意思呢？ 我們利用衛星檢測熱輻射，這裡所說的熱輻射不只來源於可見光，還包括紅外線、輻射波、太陽黑子以及任何可能散熱給地球的物質。我們同時也用衛星測量過去5 年的海洋散熱量。同理，我們也可以測量雲層以及其他一切需要被測量的對象。然後你會發現，我們測量的能量吸入水平與散熱量不相符。能量變多了！那些能量去哪裡了呢？這也是科學家們思考的問題。氣候變化理論的懷疑者會說：你們這些人根本不知道你們在說什麼！事實上，海洋深處的變化比我們想像中略快。進入海洋深處的熱量在數量上恰好等於那些變多的能量！能量守恆了！當然，這些關於科學的探討可不是那些氣候變化懷疑論者當初所說的內容。
好，冰川正在融化嗎？海平面在上升嗎？大家很關注這些問題，並且拍了很多照片。1941 年8 月13 日的繆爾冰川的照片，而2004 年8 月的照片看起來就有些不同了，所以他們就說：哈！氣候在變化呢！但是氣候變化懷疑論者則說這是傳聞的消息，只有一座冰川不能證明什麼，這只是恰巧遇到一座冰川在融化而已。所以要想知道到底發生了什麼，就要讓我看所有的冰川！那好，我們就拍給你看！我們用衛星拍照。 我們有兩顆圍繞地球軌道運轉的衛星，衛星拍攝到的冰層覆蓋變化引發了地表以下的變化。而這個變化則干擾了地心引力！當地心引力被干擾, 運行軌道就會受到干擾，當運行軌道被干擾， 就讓科學家知道，是什麼正在干擾某個地區的地心引力。而比這更出人意料的是，因為隨著冰川的融化，陸地會出現反彈，然後我們就會掌握陸地的變化數據。無論如何，當我們從事所有這些研究的時候，最終的發現讓我們感到意外：2000 年或更早對於南極的預測是，南極的冰層量應該增加！這怎麼可能呢？既然地球正在變暖，海平面逐年上升，伴隨著更多的降雨，更多的冰川融化，而南極洲那麼冷，雪的積聚量應該更多，所以南極洲的冰層應該增加才對。而我們卻發現南極的冰量正在減少，而且是極速的減少，這讓我們非常吃驚！如果你看看整個南極大陸，你會發現冰層正在持續穩定的減少。我得說，冰層減少的速度遠高於預測，曾經的科學研究結果就是錯的，這比我們想像的要糟糕得多！我還要指出一點，我們剛剛看到的幻燈片裡面曾經說過，在上一個溫暖期，溫度只比今天高出1 攝氏度。但是從記錄中我們知道，又涉及到這個問題，已經不是氣候變化這麼簡單了，那個時候的海平面高度比現在高出6-9米！我們是怎麼知道這些的呢？因為在海洋和陸地的邊界線上有隕石坑存在，我們發現了它們的化石，重新採樣分析，你就會知道它們曾經在哪裡存在，從而得出結論，遠古的海平面遠遠高於現在，那些化石比現在高出6－9 米。我們曾經認為這6-9 米的提升可能要花上幾千年。現在對我們來說重要的不是多少米， 而是根據最新數據，在2100-2200 年間，海平面有可能上升5 米， 而在之後的一個世紀，海平面的提升有可能達到10 米！
好，我們來看上海浦東，看起來情況不是很好。如果海平面升高10 米，這個地方看起來就完全不同了。 上海曾經只是個小漁村，現在是個大都市，我的父親就在太倉出生。現在變化非常大。如果我們回到溫度高於現在1 攝氏度的遠古，大部分的上海就淹沒於水下了。 上海被淹沒不會等到2000 年後，有可能在從現在算起的200 年，甚至50 年。這是完全不同的概念，人類從進化到適應環境，到從熟悉的家園潰退…….這很可怕！
下一個觀點：休斯頓擁有很多雨林，2015 到2016 年間，休斯頓發生了2 次500 年一遇的洪水，還有2017 年號稱千年一遇的哈維颶風。作為一個科學家，我想說，我們並沒有關於休斯頓100 年來的降雨記錄數據。我們甚至連60 年的都沒有。我們怎麼能聲稱這是千年一遇的事件呢？這到底是怎麼回事兒呢？那些我聽過的觀點，還有提出這些觀點的人，真的有點兒好笑。好，我們來看，這是7 年來休斯頓發生的500 年一遇的降雨。這比全美範圍的發生髮展速度略快。 還是這個問題，我們沒有500 年的數據啊。我給大家展示一下1961-2016 年間的地球溫度數據。記錄變得越來越熱，越來越熱，越來越熱！這個故事聽起來可沒那麼有趣。你會注意到一些事情：大部分的溫度上升發生在北部地區，而且在俄羅斯的西伯利亞和加拿大還在持續。所以大家都想知道這到底意味著什麼, 變化主要發生在哪裡。美國，中國，南非，澳大利亞。人們對於全球或者全國的平均氣候概況並沒有那麼感興趣，人們真正關心的是他們所在地區的變化會對他們產生什麼影響。所以我盡量簡而言之：我和另外幾個研究全球氣候變化的科學家，做了這樣一份報告，這是最數學化的一份報告，旨在分析全球極端天氣事件的發展趨勢。我們想問的問題是百年一遇的降雨是否真正增長？我們真的能通過實際上並不存在的百年數據做出判斷嗎？答案是，如果你有每天150 萬個數據輸入，連續38 年的全美數據， 你才能做到。我們的辦法是綜合衛星數據和地表探測數據。比如，在一個很大很大的沙漠，情況非常複雜，衛星會告訴你哪裡下雨，哪裡沒下。
氣候變化懷疑論者觸碰了氣溫底限。如果你把百年一遇事件定義為平均概率事件，那麼在38年間這又該怎麼定義呢？ 我們發現，最初這個概率並不高，而現在每33 年就會出現一次百年一遇。這種現象沒有氣候模型。這的確很讓人焦慮。好在我們還有統計學工具，我們運用每天都有數據輸入輸出的衛星，做出判斷。這樣在以後的20 年，30 年或40 年，你就能知道這些極端天氣事件的發生概率是否真正在上升了。在我的國家人們尤其關注這個。
好，下一個觀點：沒有證據可以證明二氧化碳含量的上升跟人類活動相關。事實上，這種觀點是錯誤的。這裡有確鑿的真實存在的證據表明， 在過去1 萬年的地質年代歷史中，自然界的碳循環並沒有對二氧化碳的升高產生影響。我來解釋一下：如果你研究一下大部分由宇宙射線和質子組成的高空大氣層，宇宙射線轉化為以C14 的形式存在的質子和氮氣。而C14 會下落並與生物圈結合。某種程度上，你和我本身都含有C14。C14 的半衰期是5700 年，現在我們假設一個人去世了，被深深埋在地下一個很好的棺材裡面，就再沒有機會跟高層大氣結合了。在3 或4 個半衰期內，就比如2 萬年吧，所有的C14 都已經衰亡，現在我們把這個人挖出來，燃燒用來發電。這時候就不會有碳排放了，因為所有的碳都已經衰亡了。我們的圖片里就展示了這條曲線，表示二氧化碳的增長，而這條綠色的曲線則代表C14 的減少。這組自1950 年到現在的數據， 你可以看到，1960 年附近，北半球和南半球的C14 都有急劇的上升，為什麼呢？氫彈實驗！美國和前蘇聯的氫彈爆炸產生了大量的碳，這些碳又與海洋結合。1990-2000 年，碳數據似乎又下降了， 和海洋和大氣中的碳14 相等。發生了什麼呢？C 含量下降是怎麼回事兒呢？你猜怎麼著？這與化石能源的燃燒在數量上正相關。我們燃燒化石能源造成的C14 稀釋程度跟氫彈爆炸之後的程度相同。這就是科學家們提出的確鑿證據。 這跟自然界沒有關係，在過去5000 年的自然循環中從未出現。
有這樣一種觀點：石油生產馬上就要達到峰值，隨著以後幾十年間能源供應的逐漸枯竭產量會下降，價格會上升。所以環保問題就不存在了。我們的石油和天然氣快用完了。我很尊重的科學家告訴我，並且在文章里寫到：我們發現和開採化石能源的技術手段在逐年提升，未來幾十年經濟可采儲量絕對能夠滿足日益增長的需求。好吧，那個科學家就是我自己！所以我表示深深的尊重！這片文章發表於「自然」雜誌。
由於新技術的推廣，如水電站，美國的石油產量在70年代峰值開始下降。而現在的石油產量實際上高於70 年代。石油的價格崩盤，從100 美元下降到40-45 美元，當時產量的下降是因為價格的下跌。而40-45 美元這個價格至少持續了10 年，石油開採技術的提升導致價格維持低位，而產量保持在高位。
下面我用最喜歡的圖片之一來結束今天的主題演講：1968 年聖誕夜從阿波羅號拍攝到的「地出」畫面。那時我還在上大學。一個宇航員在拍攝下這張照片之後，說：我們遠道而來探索月球，而最重要的居然是我們發現了地球！當我們回想發生了什麼，看看這片月球上的風景，會發現這裡沒有地方可以生存，沒有水，沒有空氣，無處可去。從1968 年開始，人類活動改變氣候的證據變得越來越明顯且確鑿，也許60、70 年代，還不能完全說服大部分的科學家們，但是到了2015年科學家們說：我們真正理解了這些科學發現。但現在至少40% 的美國人還不相信這是真實發生的。這就是科學的真實。」
（2017第四屆諾貝爾獎獲得者醫學峰會暨第二屆世界青年創新論壇 主題演講）
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