我妈跟我说,北京早晚温差大,得记着点加减衣服,免得感冒了又咳嗽半天。我说没事,小事儿,扛得住。可是,我就真感冒了,而且还真的咳嗽了老半天。天气可真不是什么小事,时刻影响着我们的日常生活。而如果将尺度稍微扩大一些,要说气候,那就与我们的生活联系的更紧密更深刻了,不仅仅感冒打喷嚏,我们的衣食住行都跟气候连着。气候稍微变暖些,海平面就上升了,沿海城市将面临被淹没的危险;气候稍微变暖些,许多我们赖以生存的农作物就没以前长得好了,短缺的粮食会让很多国家的很多人饿肚子;气候稍微变暖些,本来温和的气候开始急速变化,极端天气让航海和航空都面临巨大的威胁。

作为国际组织IPCC(政府间气候变化专门委员会)评估报告的联合主席,秦大河院士很乐于分享他在IPCC任职这几年所了解到的一些信息和见识。

据莫宣学院士的开场白,这是秦大河院士在地质大学(北京)做的第三场与气候相关的讲座,讲座的内容是想要深入浅出地讲讲IPCC这几年都做了啥,大量科学家聚在一起的这几年写出了一份包含着何种信息的报告。

2014年分批次发布的报告是IPCC做出的第五次报告,报告围绕着气候变化的科学影响,适应与减缓等方面做出了分析和建议。秦院士今天的内容延续同样的逻辑将完整展现整个报告的思路和内容。

科学影响是个啥,就是从事实出发,实证出发,看看从工业革命以来我们人类都对气候做出了什么样的影响,统计从各方面收集到的数据,看看随着时间的推进,气候有什么样的变化曲线;适应就更简单了,秦院士的一个例子会让你恍然大悟——我们现在在黄河边上修建的大坝就是对黄河周期性泛滥最好的防范与适应;减缓则相对困难,因为在这个层次上谈问题,已经不仅仅是科学那么简单,相应的政治和经济问题必须要纳入考虑,减缓是在适应的基础上做出本质的改变,让影响从根基上被解决,具体应用到气候变化上就是节能减排,按计划减少二氧化碳等温室气体的排放。

在IPCC的评估报告前三期发布的时间中,国内除了少数专业相关的研究者在做跟进以外,少有人参与其中,这仿佛让人觉得国人对IPCC的贡献是半路杀出的程咬金。但事实上当时中国气象局在IPCC成立之初就已经是其中的牵头人。在IPCC的第二次报告中引用了11位中国科学家的文献,在第三次的报告中引用了19位,第四次中逐步上升到28人,而在2014年发布的第五次报告中,中国作家的人数已经达到了43人。在国际上,文章被IPCC引用,是学术走向成熟的一种表现,而逐渐增多的中国科学家出现在IPCC的引用中,也同样说明了中国学术界的明显进步。

IPCC逐步取得世人更广泛的瞩目要归因于一次论辩。曾经在IPCC第四次评估报告发表后,有科学家质疑IPCC数据造假,认为IPCC想通过报告的形式鼓吹气候变化的恶果从而达到一定的政治和经济目的。但后期的调查结果发现IPCC的数据情况良好,并没有明显的政治倾向。于是在这场论辩中积累的关注度逐渐让IPCC的理念和内容在普罗大众中传播,也因此走出了曾经稍显封闭的象牙塔。

本次代号为AR5的报告从撰写到发布都一直在吸引着媒体的眼球,因此也一直有媒体不断在报道相关报告发布的进度和发布的内容。在秦院士的总结中,这次报告的核心内容有以下几点:1,全球气候依然在变暖;2,以人类活动为主要原因;3,预估气候将继续变暖;4,将带来严峻的影响和风险;5,如果不采取行动,气候升温将超过4℃,如果采取合理的行动,可控制在2℃左右;6,需要促进能源变革,促进全球范围内的长期减排。

这里问什么要提一个很明确的4℃和2℃呢?因为气候增温4℃几乎是在未来几十年中,能够容忍的气候变暖的极限,超过这个极限,气候变化几乎就会失控。而将增温尽量维持在2℃才有可能有更多的时间和精力去筹划合理的解决办法并留给自然更多的自我修复的空间。

但在这个地方我稍微有个疑问,学过古地理的人都知道在白垩纪时期的气候炎热干燥要明显比现在高很多(有研究表明平均气温不止高4℃),那时的气候也逐步在时间的推移下逐渐回归了。为什么现在4℃的气温会显得如此难熬呢?

秦院士认为地史中,时间单位即使不是以百万年来计算,也是以千年为单位,而在IPCC考虑的气候变化是人类在工业革命以后由人类的活动所引起明显气候变化。这里有两大不同点:第一是时间尺度不在一个量级上,不能直接对比;第二是米兰科维奇旋回引起的气候周期性变化并不能与人类活动造成的气候变化直接对比。

第一个时间尺度很好理解,如果我们短期内让气候增温超过4℃,由于温室气体的惰性,它会在大气中停留很长的时间,因此有可能推动之后的气候快速升温而造成灾难性的结果。第二个则是,人类活动造成的气候变化是爆发式增长性的,短短两百多年的时间内造成的影响,在非人类活动影响下要几倍甚至十几倍的时间才能达到类似的效果(排除火山爆发,小行星撞击等突发事件)。

说过了危害,表明对未来相对乐观的秦院士又解读了各个国家的碳排放量情况,并讲到了要在未来如何控制碳排放量才会有相应的几率将平均气温控制在一定的水平线上。这些目标看起来都相当的具有挑战性,当然,为了环境的未来,各国政府还是在想各种办法配合相应节能减排的措施。

对于中国来说,煤炭的燃烧是碳排放非常重要的来源,近几年虽然碳的消耗量依然在增长,但是它的增长率却是逐年在下滑。这是一个不错的趋势,配合清洁能源的开发,减排的未来依然有曙光照耀。美国其实是个很好的例子,当年美国无论是总体排放量还是人均排放量都高居排行,但是近几年当他们在页岩气开发中取得明显进步以后,一扭原来的排碳大国形象,开始向褪向绿色耗能。

中国川西南的页岩气开发在能源格局洗牌的变革中,是有希望的,对于耗能的格局的改变是有可能担当重任的。所以即使现在中国的碳排放增量都非常高的情况下,依然有可能在未来将这种趋势扭转回来。

到此,秦院士的讲座就算是到一个段落了。在简单的问答环节中,大家的问题都更关注科学研究和政治政策之间的关系,秦院士也从他的角度给出了非常不错的回答,回答的核心,其实之前也在讲座有所出现,所以不再赘述。

恩,这几天我的咳嗽恰好快好了,我也希望在不远的将来,气候环境的问题能像我们的乐观者们向往的那样,得到不错的解决。

田小森  撰稿

从洪水泛滥和旱灾,到不断升级的暴力冲突,气候变化正在让这颗星球上的居住者付出代价。

我们很容易认为气候变化是一种需要未来的人们来克服的,遥远又间接的威胁。并且即使是到了那个时候,影响也不会太严重,或者说,不会对人类造成伤害。但是,根据最近一期IPCC(政府间气候变化专门委员会)的报告《气候变化2014:影响,适应和脆弱性》强调,气候变化的影响已经能够被观测到,并且当代人类已然是其受害者。

气候变化伤害甚至杀死人类的方式之多,让人震惊。下面就是八种(有时候是难以想象的)气候变化对人类产生负面影响的方式:

热浪:酷热的天气非常致命,特别是对于那些没有闲钱在房间中安置空调的穷人来说。举个例子,在澳大利亚,有预测指出一年中具有威胁的酷热天气数会从平均每年6到7天逐步增加,到2070年能达每年33到45天。这将直接导致更多的人死亡:在2011年,澳大利亚的城市中,约500人死于酷热,澳大利亚政府预估,到本世纪中叶死亡的人数会达到每年2000人左右。

洪水:气候变化会将原来湿润的地方变得更湿润,将原来干旱的地方变得更加干旱,所以,在洪水和旱灾两方面,数量都会增加。洪水是自然界中常见的灾害之一,会将人们从自己的家乡驱离,破坏甚至是摧毁基础设置和建筑,就连经济水平也会惨遭冲击。单就2011年,世界范围内共有1.12亿人遭受洪水影响,其中3140人因此死亡。

干旱:和洪水不同,干旱常常不是直接凶手。但是持续多月甚至多年的干旱却能够造成饮用水和食物短缺,并且造成食品价格上涨,这些都会引发冲突。同时干旱也会造成巨大经济损失。即使像新西兰这样的发达国家,仅在2007-2009年期间就因为干旱造成的农业减产至少损失了30亿美元。

火灾:气温增加会加剧火灾的风险,气候变化会造成更多的野火。就如目前的加尼福尼亚发生的旱灾,它增加了当地“爆发性”火灾的风险。火灾中不仅仅带来灼烧和伤员等问题。“来自森林火灾的烟雾也与攀升的致病率和死亡率相关,”IPCC的作者在第十一章中写到,“人类健康:影响,适应与共赢”

农作物减产与食物短缺:在有些地区,诸如洪灾和干旱等极端气候现象会导致农作物减产。对于发达国家来说,当减产的食物只是酸橙和鳄梨的话,最多也就是给当地居民带来不便,但是当减产的食物是玉米和小麦,而且需要面对这种情况的是本来已经在为解决温饱而挣扎的国家时,情况就会变得更加严峻。食物短缺和食品价格攀升会让更多的人口营养不良,特别是对于非洲大部分区域来说,他们本来就已经面临食品安全的考验,这样的问题就尤为值得注意。

传染性疾病:“气候可以通过影响病原体的成长、生存、存续、传播和毒性而直接作用。”IPCC的科学家在第十一章中写道。蚊子对气候非常敏感——当气温升高,它们可以迁移到之前因为太冷而无法栖息的地方生存,如一些高纬度和高海拔的地方。它们能传播的疟疾,登革热,屈公热等疾病也会随着它们的迁移而扩散。
研究表明在合适的条件下,微弱的气候变暖就能让疟疾很快传播。登革热是我们需要担忧的另一种疾病,在过去的50年中,登革热的传播增加了30倍。拜疾病携带者能够全球通行所赐,屈公热已经从非洲和亚洲传播到了加勒比地区,而且很有可能会穿越阻碍深入到美洲大陆——日益变暖的气候将会直接恶化这类缺乏隔离措施的新状况。
食源性疾病和水媒疾病也值得关注。例如,随着气候变化,暴雨将会继续增长,与此同时也会促进水媒疾病的传播。霍乱和一些别的由弧菌引发的疾病都会在生活垃圾得不到很好处理的地方肆掠。

精神疾病:气候变化会使精神压力增加,对于人们的心理健康来说,这就是个问题。“对于很多已经有精神疾病的人来说,洪水,干旱和热浪等严酷的气候都会增加他们的压力,并且这种天气也会给那些还没有精神疾病的人造成大量的压力而使他们犯病”IPCC研究者在第十一章中写到。
“当你面临环境压力时,心理上所受的压力远远比生理上所受的压力大,”斯蒂夫·夏普洛(Steven Shapiro)之前对生活科学网(LiveScience)说。他是一名来自巴尔的摩的心理学家,为一家非营利组织——“共担社会责任心理学家(Psychologists for Social Responsibility)”做一份关于气候变化、可持续发展和心理学的项目。“幸存者总会有各种各样的问题:创伤后应激障碍,沮丧,焦虑,信任危机,以及儿童的教育问题”缓慢发展的旱灾甚至和持续增长的自杀率相关联。

暴力与冲突:人类的暴力行为很少是单因素的,但是,气候变化所造成的很多影响有可能会进一步触发冲突爆发——饮水与食物短缺,土壤退化让土地不再适宜耕作,人们只有从贫瘠的土壤迁出到别处去。“通过加剧那些直接导致冲突的因素,例如贫穷和经济冲击,气候变化能间接加大发生内战和组间暴力冲突的风险。”研究者在《决策者摘要》中写到。

这并不是末日剧本,也不是要刻意制造恐慌——我们已经能够观察到上面所列条目造成的影响正在加剧。任何期望躲过气候变化恶果的人可能都不会幸免于难。

田小森 翻译
藻小玉 校对

翻译自:
http://www.smithsonianmag.com/science-nature/eight-ways-climate-change-hurts-humans-180950475/

量子物理史话

如果现代物理仍然只是计算小球的受力和声音的传播,那我可能就不能用电子产品来记录下这篇文章,而如果它恰好能够躲过编辑的法眼得以发表,那它也不会通过数字化的手段来排版和付印。

物理与我们的生活息息相关,以至于我们常常会感到迷惑,难道那书本中枯燥的算式和绵延不断的演算都是我们生活的真相么?不对呀,明明我们可以吃着烤串喝着格瓦斯看路边的风景享受生活,这一切连物理繁琐的影子也无从追索,哪里又来得了什么深刻的影响呢?

牛顿家的苹果树开了花,结下红红的苹果,虽然我们无法考证是否真的有一颗幸运的苹果砸在了正在沉思的牛顿的头上,但在牛顿的的脑中,这个决定性的瞬间是会存在的。他长久的思考让万有引力中的平方反比定律如同破土的种子一般出现在他的脑海中,宏观的星辰顿时有了简洁而优雅的描述方式,夜里满目的光点不再变得琢磨不定,行星在当时人们的眼中开始按照亘古不变的轨道运行着,东升西落随季节而更迭。

这样经典而确定的世界要走到了爱因斯坦的脚下才登上了最顶端,虽然彼时人们的眼中时间和空间已经连成了一体变成专有的“时空”一词,但因果关系始终是我们坚信的在自然界中最基本的法则。你种下的种子会在许多年以后长成大树,结出红红的果实,咬一口,很脆,很甜。

可惜世界恰如月亮的圆缺变化一般,经典的世界即将会被一个叫做“量子”的东西咬下一大口变得残缺不全,甚至自身难保。

量子是什么?这很难讲,因为就连目前世界一线的科学家们也在为此争论不休,简单说来它像是不连续的粒子,但又与我们熟悉的质子和电子的概念相去甚远。量子有什么神奇?想想你刚刚的那颗红苹果,它能让你既咬了苹果又没咬苹果,它能让你在这个宇宙中咬了苹果而在另一个平行的宇宙中没有咬苹果,它能让你叠加出无限的状态,也能让你分身在不同的平行宇宙中。它能让因果不再成为必然,扰乱我们根深蒂固的时空观。

如果你现在觉得我在刻意扰乱你的思维让你一头雾水,那你可能正在接近这个世界甚至是这个宇宙的真相。量子理论的创始人之一的玻尔曾说:“谁要是第一次听到量子理论时没有感到困惑,那他一定没听懂。”

这门学问似乎很玄妙,让人难以理解,但与此同时,它在我们的现实生活中又起到了至关重要的推动性作用,一切与电子相关的产业都在该理论中一个叫做“薛定谔波动方程”的指挥棒下运行着,如果没有它的出现,我似乎也只能蘸着墨水在一片片稿纸上写下这些感叹。那么这种神奇的量子现象是怎样被发现甚至被运用的呢?

这些故事不是三言两语就能讲完,如果你是一位充满好奇心的人,想要了解这个世界非常前沿的一种理论,又怕作者使用的表达太深奥看不懂,那我一定得好好推荐一本简单好读又不失严谨的好书,曹天元先生的《量子物理史话—上帝掷骰子吗?》。

在这本书中你可以轻松追随曹先生的笔墨,驰骋于物理学史上的那段黄金岁月,亲自去看看这些伟大的物理学家是怎样一步一步推翻前人所建造的经典物理学大厦,重建出一片光怪陆离的新世界。

曹先生目前常居香港,往来北京,足迹遍及世界,虽然现在未从事物理为本职工作,但他并未停止对物理的追求,在工作之余也不忘用简洁明了的语言向更多的人传播物理学史上最耐人寻味的篇章。他的这本书不仅用生动的方式向人展示了神秘的“量子原理”,同时也激励与驱使着更多的年轻人在无限好奇的心态中完成对物理的探索和推动。

 

田小森

在今年四月,一场持续的强震袭击了苏门答腊群岛,这场让许多人为之惊恐不已的地震在地质上有着非凡的意义,它可能标志着印度洋板块的破裂。

科学家们在这一期(2012年9月)的《自然》杂志上从地质学的角度这样评价了这场地震。

他们通过分析了一系列相关的地震数据了解到,这场最高震级达到8.7的地震很有可能源自海洋深处的板块断裂而产生的,而从它发生的位置来看,应该位于印度-澳大利亚板块之上。

“这并不意味着有什么极其重大的地质事件要在近期发生,因为从地质时间来看,它可能会花上近百万年的时间来完成整个过程,而且从现在的观察来看,这个过程很有可能在8~10个百万年以前就开始发酵了。所以,你可以想象,从现在算起,到底要花多长的时间才有可能获得一条我们今天看来很典型的板块边界。”来自法国高等师范学校的Delescluse这样阐述到。他就是之前在《自然》杂志上热烈讨论发生在四月十一号的苏门答腊地震的三位学者之一。

2012年4月11日 苏门答腊海岸地震分布图

苏门答腊群岛地处于印度-澳大利亚板块和巽他板块相互接触(碰撞)的地方,这两块巨大的刚性板块的边缘正在以每年5~10厘米的速度相互聚拢并且相互挤压。此时占据了大半个印度洋洋底的印度-澳大利亚板块正向着托有印度尼西亚群岛的巽他板块之下插去。因为板块在互相接触时有强大的摩擦,它使得板块在运动过程中不断的累积之前所受到的挤压力,待到这种受力达到了极限无法再继续时,破裂随之而来,这种短时间内释放极大能量的过程引发的破裂足以引起巨大的震动,2004年发生在苏门答腊附近的那场震级高达9.1级地震就是在这样的一种机制下所产生。

尽管今年四月的这场地震对当地也产生了不小的影响,但它其实并没有像之前发生的地震一样引起一场浩劫般的海啸。这其实可以通过自然界中广泛存在的走滑断层来解释,当断裂发生时,如果两侧的岩石各自向两边移动而不是直接发生相对碰撞,那么情况就会与引发大海啸的逆冲断层(强烈的相向运动使得某一板块叠加在另一板块之上)的效果不太一样了。

而且,这场地震发生在离苏门答腊群岛更西边的地方,差不多位于印度-澳大利亚板块的中部了。在这里,科学家们发现大范围的变质作用和无数的断层带。

Delescluse说,“这已经很好的证明了板块的运动已经由位于它边界的地方向板块中部转移了,澳大利亚板块已经开始了相对于印度板块的运动过程,而印度板块也有对应的相对运动的现象。但它俩之间被一系列的断层所分隔的,如果你看向现在的地球板块,你会很容易的发现在板块之间只存在一条主要断层,这就使得我们想要做的事情是如何将这些不同的断层做一个有机的统一。”他继续说道:“但这也正是问题所在,我们还不知道要花多长时间才能使一些次要的断层变得不那么活跃,从而使其变质作用和活动都集中在相对统一的地方。”

 

延伸阅读:在世界范围内的影响

就此问题在《自然》杂志上发表的第二篇文章中,来自加州大学的Thorne Lay和他的同事们提供了一系列非常有意思的数据。那就是,在四月份发生的地震中,通过地震波分析,可以明显发现有四条断层与这场8.7级的地震直接相关,而且一共持续了160秒之长。这其中三条相互平行并相距稍远,剩下的一条直接垂直穿越了第一条断层。

Lay的团队强调说,在板块内部发生高达8.7级的地震,这应该算是在目前已有的观察中最为强烈的一次地震记录了。

此后,《自然》杂志发表了第三篇关于这个问题的文章,它着重描述了已经发生的地震是如何引发全世界范围内新的地震的。

虽然这种次生地震的效应之前早有讨论,但是,来自美国地质调查局的Pollitz和他的同事们却对这样的过程中产生的“时滞”效应感到非常吃惊。Pollitz说,“对于大多数的地震而言,是可以预测会发生余震的,这样的影响范围最多不会超过1000Km。但是,对于一些极为罕见的重大地震,例如去年发生在日本东北地区的9级地震,它所能影响的范围可扩展到全球范围,而这种影响并没有太大,一般会随着主震的地震波的到来引发小的地震,同时也随着地震波的离开而逐渐散去。但实际情况往往是复杂的,今年四月的这场地震又给我们带来了全新的认识,它不仅可以诱发全球范围内具有潜在威胁的新地震,而且,它的“时滞”与之前的相比要出奇的高,可高达几小时甚至几天。”

 

编译者补遗:

这场引发《自然》杂志连续发文并且引起媒体热议的事件无疑是有意思的,从基础科学的角度来看,它关乎自然和人的联系。

形而下,人们是要生存在稳定和舒适中还是被地震和海啸所驱赶?地质学家必须从大自然给予的任何一个征兆上给出合理的推理和预测,这种推理和预测需要对生活在这片土地上的人们的正常生活提出建议。形而上,从地球发展的角度来说,自地球相对成形以来,板块的分合控制着地球和地表形态和气候变迁,每一个新的板块边界的产生或是新的缝合带的产生,都是地球发展的一个关键节点,有着极为非凡的意义。

可是,凡是科学都带有探索的意味,你可以看出作者并未完整的叙述它将成为新板块边界的确定性的证据,在文章的末尾,甚至提出了在许多人看来都不知所谓的“时滞”效应和地震的全球响应。但这正是科学探索的魅力所在,他们需要站立在每一个已经观察的神秘现象上,用逻辑和推理建立起自洽的模型并用以追求更适宜的解决方案。而我们要做的不是恐慌,只需静待更新更力的探索成果。

 

原文地址: http://www.bbc.co.uk/news/science-environment-19732681