气候变暖的原因

气候变暖的原因 全球范围内的气候异常现象，诸如全球变暖、极端天气发生频率增加等众多异常天气现象的总和，就是全球气候异常。 造成气候异常的原因 若将地球视为一个系统，经过长时间的演变，这个系统与外界形成了稳定的能量交换体系，是一个平衡系统。当能量交换体系当中的某一环节或多个环节出现异常甚至紊乱时，导致整个系统的异常随之也出现，同时这种异常是紊乱的，因此难以形成新的平衡。问题出现了，平衡被打破，但却一直没有形成新的平衡，而是处在一个紊乱状态之中，随之带来的一系列现象包括: 1、全球气候异常 2、板块运动异常 3、大洋流动异常 …… 等一系列异常现象 所有这些异常，归根到底都遵循最基本的物理学定律，可以通过基本的物理学定律建立数学模型，推算得来，这就是地球物理学的魅力所在。 中国科学家的最新研究明，地球表面植被覆盖不断减少与全球气候异常两者有着必然的内在联系，首先对这一数学模型作一简单介绍。 背景知识 首先必须介绍几个简单的物理常识: 第一，力学; 第二，焦耳定律 英国物理学家焦耳做了大量的实验于1840年最先精确地确定电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻成正比.跟通电时间成正比，这个规律叫做焦耳定律. 焦耳定律可以用下面的Q=I2Rt 表示 第三，光电效应; 光照射到某些物质上，引起物质的电性质发生变化，也就是光能量转换成电能。这类光致电变的现象被人们统称为光电效应(Photoelectric effect)。 光电效应分为光电子发射、光电导效应和光生伏特效应。前一种现象发生在物体表面，又称外光电效应。后两种现象发生在物体内部，称为内光电效应。 赫兹于1887年发现光电效应，爱因斯坦第一个成功的解释了光电效应。 第四，尖端放电效应; 第五，电磁感应定律; 第六，场分布概念…… 总之，其实就是力、热、光、电四大力学，近代物理等一些理论，还要知道高等数学、地质构造板块运动等方面的一些知识。 理论推导 有了这些知识之后可以理解下面的话 (1)大前提 地球在围绕太阳公转地同时进行自转，黄赤夹角是23度26分，在太阳辐射的照射下，由于光电效应，地表物体的电子被不断电离，形成的负离子随着热空气上升，使得地表带上正电荷，带电量与太阳辐射强度以及时间成线性关系，也就是说，太阳在不断为地表充正电荷，负电荷则上升至高空，整个地表与大气层构成一个超级巨大电容器。 (2)电荷在地表将如何分布, 由于海水是良导体，相比之下，大陆板块是不良导体，因此电荷在海平面能够迅速流动，而在大陆上则流动相对缓慢一些，由于尖端效应，电荷将向地球表面海拔较高的地区不断聚集，因此，海平面总的电流效应为零，电流效应将主要体现在大陆板块之中。这样就可根据地球板块分布、地表详细地形地貌、地球自转情况以及太阳辐射角度等基本参数建立一个地球的电流及电荷模型，可计算出分布情况，理论上能够得出与实际非常吻合的结果，视参数选择的精确度以及计算机的数据处理能力。 (3)所带来的电流场分布情况以及地磁场产生机理 当地球一侧面对太阳时，根据此理论模型，若外界太阳辐射全部屏蔽，则地球表面的电荷运动趋势是不断向尖端地带运动，产生电流场1，称之为磁场1(这个电流场与地表大陆分布情况以及大陆海拔情况有关，且电流各向同性，所以其总体效应为零， 但可在局部地区对地磁场的分布造成影响);与此同时地表在不断地放电，因此在太阳辐射存在的情况下，地球正对太阳一面的电荷分布(主要分布在大陆上)是东面电荷最多，西面电荷最少(由于地球自西向东自转)，因此在面对太阳一侧形成了自东向西的电流，称之为电流分布2，这个电流产生一个磁场，称之为磁场2，且可知面对太阳一侧，磁场较强，背对太阳一侧磁场发散;此外地表尖端地带聚集的正电荷随着地球自转所产生的磁场大小可称为磁场3;而地表上空的负电荷也在随着地球自转产生电流场4，对应一个磁场，可称为磁场4，由于正负电荷总量相等，因此磁场3和磁场4总体效应为零。综上所述，磁场2是地磁场的主要来源，具体数据则需要根据太阳辐射情况、大陆板块分布情况等详细数据建立模型计算。 (4)地球如何实现电荷平衡 可将地球视为一个超级电容器，在太阳为这个超级电容器以1600A持续充电的同时，也在进行着1600A的放电(见费曼物理学讲义闪电平均电流1600A，可推知充电电流是1600A)，这个放电，就是闪电，所以，地球上现在闪电的平均电流就是1600A，闪电的电流则是自地表向高空，自下而上。闪电需要将空气击穿，因此多发生在空气湿度较大的地带，如阴雨大风天气、以及较高海拔火山口地带等。地球的表面电场强度自下而上超过100V/m(见费曼物理学讲义)，电场分布应该是，地表直到电离层，因此，可以推算出地球这个超级电容器蕴藏着很大的能量。既然电 荷量很大，为什么我们没有感觉,因为我们所处的位置，在同一电位上，而干燥的空气又是极佳的绝缘体，所以没有什么感觉。 (5)若地表植被减少会出现什么问题, 由以上几点可知，地球大电容是一个平衡系统。长期以来，地球上生态环境，植被覆盖情况是相对稳定的，因此，地表的含水量相对稳定，因此，地表的电导率相对稳定。按照此理论，当地表植被减少时，地表的电导率下降，即表现为电阻加大，也就是说，地球电容器的内阻增大，而充电功率即太阳辐射情况相对较稳定，根据焦耳定律，这在一定成都上使得地表的发热量增大，一定程度上促进了全球变暖。 (6)若地表植被大量消失或者出现大范围干旱将出现什么情况, 如方圆上千公里植被大量消失或者干旱，造成地表大片地区成为绝缘体，使得无法按照原来的电流场进行流动而大量电荷聚集在地表。由于电荷之间的库仑力，直观上表现为土地表面形成裂口，宏观上则表现为所在大陆板块的张力，能量形式则是弹性势能。干旱的时间越长，则能量聚集量越大。当潮湿的空气运动到这一地区时，由于雨水的湿润，大地又重新成为较好的导体，地表积聚的大量电荷迅速向尖端地带运动，于是倾盆大雨，伴随着大量的闪电，能量迅速释放，造成大陆板块的异常运动。这种能量释放对于地球来说微不足道，但是对于人类来说则破坏力巨大。 可以由这个模型得知，地表植被不断减少是全球气候异常的主要推动力之一，在地表温度缓慢上升的同时，各类异常天气现象也日益频繁发生，其中有着复杂的相互作用，需要更多更详尽的数据，如大气、洋流、地质等多方面，这个模型可以作为地球物理学的基本模型。具体问题具体，还可以推广至其他天体、星系。 人类活动的无节制造成两大主因，一方面是造成温室气体的排放引发温室效应，另外一方面则是大量酸雨使得植被减少，双重作用使气候异常加剧。 全球气候异常的应对办法 植树造林，保护生态环境 发展新能源，推广清洁能源技术 实现人类文明的可持续发展。