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张文敬:气候变暖,冰川消失?
    更新时间: 2017-12-04     浏览次数:1514

近20年来,科学界经常谈论到的一个普遍话题,也是一般老百姓十分关注的一个话题:在人类文明进步的同时,生态环境的不断恶化,工业化和现代化战争造成的污染,二氧化碳含量的增加和臭氧层的破坏使得气候变暖、气温升高、冰雪融化似有不可逆转之势。本文作者则质疑——

 

我到过中国绝大多数冰川区,曾赴南、北两极进行过冰川科学考察。目前正在西藏工作,几乎每天面对青藏高原的雪山冰川,而且正在和一些志同道合者筹划下一步的极地冰川科学考察。作为一位冰川与环境科研工作者,我自然十分关注地球上包括南极、北极和青藏高原的每一条冰川的动态变化和地球环境的沧海桑田的历史演替,同时也十分关注气候变暖给冰川及冰冻圈层(Geocrysphere)带来的影响。

 

日本学者的忧虑:冰川融水会“水漫富士山”……

 

记得上世纪80年代中期,在海拔6500米的西昆仑冰川上,我曾和日本著名冰川学家樋口敬二教授讨论过这样一个问题:“日本本土并无冰川分布发育,日本科学家何以对冰川研究如此感兴趣?”我指的是日本政府不仅在南极有昭和、飞鸟、瑞穗科学研究站,在北极建有北极地域观测站,在尼泊尔的兰坦喜马尔等中低纬地区也建有一些高山冰、雪观测试验站,而且还和中国、俄罗斯、美国、加拿大等分布有现代冰川的国家进行多层面的冰雪合作研究。仅上世纪80年代以来和中国科学家就先后在西昆仑山、天山、唐古拉山、念青唐古拉山、祁连山、喜马拉雅山和横断山等著名冰川区进行过联合科学考察和研究。在日本国内除东京大学、京都大学、名古屋大学、北海道大学、神户大学等著名高等学府有专门从事冰雪研究的部门及专家之外,在东京还成立了由日本文部省直属领导的日本极地研究所,专门负责每年日本派往南、北两极进行科研活动的组织、管理和后勤保障。可见这个亚热带岛国对冰、雪世界的关注非同一般。

 

樋口教授以十分忧虑的心情对我说:“日本是一个四周都被太平洋水域所包围的岛国。日本的绝大多数大中城市都濒临大海,比如东京、神户、横滨、大阪、名古屋、福岗都建立在海滨海湾之上,海拔从几米到几十米之内。而这些城市不仅人口密集,而且都是日本政治、经济和文化的中心,像东京更是日本的首都。一旦地球上的冰川融化,海平面上升,日本将首当其冲……日本富士山虽无冰川,但地球上的冰川融水却会‘水漫富士山’的……。”

 

像樋口先生这样具有强烈生存危机意识的日本科学家,把问题想得严重些,是可以理解的。其实,不仅日本,就是地处亚洲本土的中国,海岸线长达6000多公里,沿海也分布着上百座大中城市,都是我国人口密集之地。大连、天津、青岛、上海、杭州、厦门、广州、香港、澳门和深圳等城市的海拔都在20米以内。就是首都北京,以及南京、武汉这些看似和海洋虽有一定距离,但那海拔却都在山岳冰川和极地冰盖融化的“水漫”之列。更何况我国除大陆之外,更有海南,舟山、台湾等大小岛屿5000多个呢。要是真有那么一天,岂不真成了“江河横溢,人或为鱼鳖”了吗?

 

地球上的气候真的会变暖变热到使所有的冰川雪山完全融化或大部分融化?

 

如果南、北两极冰盖都解体了,那像珠穆朗玛峰地区这样的中、低纬度极高山地的冰川定将不复存在。占地球淡水总量90%以上的南极冰盖和北极地区的格陵兰冰盖和地球所有的山岳冰川真会完全解体流入海洋致使洋面升高50-70米吗?

 

从理论上讲,任何事物包括地球本身都存在着发生、发展到消亡的过程。冰川更逃脱不了这种宇宙中恒古不变的规律。但我们这里谈论的时间尺度只是界定在我们人类发展中一个相当长的历史距离之内,或者说就目前所能研究、观测到的世界范围气候变化的趋势之内,比如说一万年。一万年以来也就是地球地质历史时期最新时段即全新世,全新世也正是自“人猿相揖别”以后我们人类文明进程最发达、最快速和最辉煌的时期。这期间地球上的气温也有几次较大的波动,波动幅度大约为3-6度,但还未发现有南极冰盖解体,中低纬度像喜马拉雅这些极高山和高山区的冰川完全被融尽的迹象。

 

按大陆漂移学说的观点,近半个世纪在南极发现的动、植物化石和煤系地层的存在也证明了南极洲原本不在现在“居住”的位置,大约在2亿年前,它原来是与澳洲、亚洲和非洲连为一体的,曾几何时,这里也是森林密布,动物成群、河川纵横。可是大约在4000多万年前南极这块“热土”却脱离了亚非大陆主体,向南方飘去,并在地球的南端“定居”。于是森林消失了,动物消失了,一切有生命的东西终于被一望无迹的银色的冰雪世界所覆盖。

 

南极洲虽然降水量不多,多数地带年降水量仅为50毫米以下,有人将之称为“冰雪荒漠”。但因为那里太阳辐射极其微弱、极度寒冷,因此降到地面的雪几乎不产生融化。在地球引力的作用下,雪层一年一年地增厚并且产生重力重结晶作用,于是雪慢慢变成了冰,并缓慢地向冰盖四周运动。当这些冰盖冰运动到冰盖边缘海陆交界处时,由于气温有所升高也有融化现象发生,但南极冰盖的主要物质支出方式却远远不是融化,而是当冰体运动到海面上形成所谓陆棚冰架(Ice shekt)时,因为海水的顶托而断裂(海水密度大于冰体,于是便对陆棚冰架产生浮力顶托作用),断裂的冰体形成冰山(Ice berg)漂向中低纬度的大洋,最终融入海水之中。所以,无论罗斯冰架,还是所有的南极周边陆棚冰,受海水的浪蚀和顶托作用终究是要脱离南极冰盖主体而融入大洋之中的。不论气温升高还是降低,它们都要缓慢地、不间断地沿着这条运动学的法则走下去,由此控制着冰盖自身的规模并不断地向大洋补充着水源。

 

气温升高,或许在一定范围内还对南极陆棚冰架的保存利多弊少呢。这是因为,冰川冰既非流体也非刚体,而是带有一定脆变性能的黏滞流体。当气温升高时,冰川脆性减弱,黏滞度增大,更能抵抗由于海水顶托作用下的断裂威胁,更能长久地与冰盖主体保持连接在一起的整体性,这对于冰盖体的冷能储备,抗气温升高而增加消融强度的能力无疑是有所补益的。

 

气温升高、气候变暖到底会对南、北极冰盖和中低纬大陆山岳冰川的动态变化产生些什么影响?

 

众所周知,冰是水的固态相变体。换句话说,当水温达到0℃时,就会冻结成冰,而当冰温达到0℃时就会融化而成水。

 

可是,世界上只有极少数冰川的冰温处于零温状态。比如我国西藏东南部的现代冰川的冰温都接近于零度,四川的海螺沟冰川也属这一类。对这样一类的冰川而言,在大气降水量变化不大的前提下,当地球平均气温升高3-6度,其冰川的中下游部分都将处于退缩变薄甚至消亡的过程中。但由于受冰冻圈的保护,这些冰川的中、上游仍将继续生存下去,道理很简单,比如海螺沟冰川目前末端海拔高度为2980米。假定地球平均气温升高3度,按自由大气中气温随海拔升高而递减(递减速率平均为0.6℃/100米)的规律,目前的冰舌末端只需升高到海拔3480米处即可重新处于稳定状态;如果将来地球平均气温升高6℃,那么海螺冰川末端只需退回到海拔3980米处即可再次处于稳定状态。可是海螺沟冰川最高上限达7556米呢,它怎能够说消失就消失呢?

 

1987-1988年我在南极考察深入内陆一千多公里的瑞穗高原时测得浅层雪坑剖面冰层温度即达-30℃以下,这还是南极的夏天。要是在南极内陆,要是到冬半年,其冰温更低。20世纪60年代,原苏联的南极东方站曾测得南极冰层温度低达-80℃以下。试想,仅凭地球平均气温升高3-6度,最多也只是提高南极冰盖的冰温而已,还远远不能达到冰体产生分崩离析的零温融化状态。不仅南极冰盖如此,就连我国一些中低纬山岳冰川,比如西昆仑冰川冰温也低达-9℃至-15℃,喜马拉雅中西部的珠穆朗玛北坡的冰川冰温也低达-6至-10℃左右。且不说极高山体已远远地深入冰冻圈层的保护之中,即便气温升高3--6℃,也仅仅是将它们的冰温提高或接近融化状态的临界温度区间而已,仍达不到使其“冰河日下,江山为之变色”的地步!

 

要想在人类漫长的历史长河中,真正遇到冰消雪化,江河横溢的没顶之灾,一是地球上发生某些引起气温大幅回升的灾难性变故,这种变故所产生的热量足以将数以千万平方公里(南极冰盖面积为1300万平方公里,远大于我们中国大陆的国土面积)的南北两极及中低纬山岳冰川的冰温提高到融解状态的零度,而且还能使它们发生相变即将0℃的冰川再变成0℃的水。这样的结果必然使地球平均气温升高到人类和所有生物几乎无法适应和生存的界限,也就是说绝不止升高3--6℃,而是升高到30℃以上了。那时,地球上消失的将不仅仅是冰川和雪山,而人类本身早在这个过程之初就不复存在了。

 

要想使极地冰盖和高山冰雪完全消失的另一种可能就是将南极大陆重新漂回到温带、亚热带甚至热带地区,将海拔5000-8000米以上的山地重新降低到不足以发育冰川的高度。这种可能性当然存在,但我相信这大概也不是人类历史长河中所能看得见的事实,而是地质历史长河中才可能出现的事件了。

 

气温升高,无疑意味着冰雪消融强度的增加,但世界上任何事物都有它的双重性。殊不知,冰雪的消融必然要消耗更多的热量,这无形之中却一定程度地限制了气温的进一步升高。须知,冰川是一定地形条件下气候的产物,同时,冰川也是气候冷暖变化的一个调节器。再者,如果真有那么一天,包括南极在内的冰川都融化了,在南极的融化过程中不仅将使地球气温重新变得凉爽宜人,而且一个新的无冰雪覆盖的大陆也就诞生了,这对人类来说也许还是难遇难求的一件好事呢!与此同时,冰雪融化了,洋面增大了,用于洋面蒸发的热量消耗增加了。地球上的热对流交换的增强将促使降水量的增加……这一系列过程无疑都会使升温的地球重新变得温凉起来。稍有物理常识的人都熟知,使1克水当量的冰的温度上升1度所需的热量为1卡,而1克零度水当量的冰要融化成零度的水这一相变过程所需的热量则为80卡。试想,要想把比中国面积还要大,平均厚度为1000米以上的世界上所有的冰川的温度先由零下数十度提高到零度,再由零度的冰融化为零度的水,应该需要多少热量啊!而这些热量的累积绝非全球气温升高3--6℃就能得以满足。

 

话说到这里,“故事”似乎也应该有一个比较完满的结尾了。那就是我们人类固然应该珍爱我们这个赖以生存的地球家园,不断优化我们自身的生存环境,善待与我们人类共同生活在地球村内的每一个生物物种和这些物种密切相关的生态环境,但同时也大可不必杞人忧天,总是担心忽然一天早晨起来一看,我们人类的几个幸存者孤苦怜叮地歪坐在一叶诺亚方舟上,呼天不应,叫地不灵,四周都是水天一色,茫茫一片……

 

(本文作者为:西藏自治区发展计划委员会副主任、中国科学院成都山地灾害与环境研究所研究员)


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