商業、政府或技術預測通常展望未來五年或十年，最多五十年。在氣候科學家中，有人談論本世紀末。但實際上，今天排放到大氣中的二氧化碳將在未來數十萬年內影響地球。
溫室氣體將如何改變遙遠的未來？沒有人能確切地說出地球將如何反應，但氣候科學家——利用從過去氣候系統的知識、以及影響氣候的複雜過程網路以及物理和化學定律構建的數學模型——可以預測地球未來的樣子。
我們已經目睹了許多這些模型所設想的未來正在成形。正如預測的那樣，陸地上的變暖比海洋上更明顯，兩極比赤道附近更明顯，冬季比夏季更明顯，夜晚比白天更明顯。極端暴雨變得更加常見。在北極，冰雪覆蓋面積減少，富含甲烷的永久凍土層開始融化。天氣變得更加怪異，風暴因額外的熱量而加劇。
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我們正在引起的變化的最終極限是什麼？最好的歷史例子來自一億年前的白堊紀氣候，當時潮溼炎熱的空氣包裹著恐龍皮革般的皮膚，類似鱷魚的生物在北極游泳，茂盛的植物在富含二氧化碳的空氣中茁壯成長。現在正在形成的溫室效應將產生持續數十萬年或更長時間的後果。但首先，它將深刻影響地球上大部分生命——尤其是我們。
義大利的沙漠
氣候預測中最大的不確定性之一是最終釋放到大氣中的二氧化碳量。在本文中，我將假設工業文明將繼續過去200年來一直在做的事情——即以加速的速度燃燒化石燃料，直到我們再也負擔不起從地下開採它們為止。
我們究竟能向大氣中排放多少二氧化碳？總而言之，地球沉積殼中以各種形式鎖定了大約一千萬億公噸（10
21 克）有機碳。到目前為止，我們只燃燒了這些碳的百分之零點零五，或大約 20000 億公噸二氧化碳。
由於地球地殼中鎖定了所有碳，我們永遠不會耗盡化石燃料。我們現在正在從焦油砂中提取石油，從水力壓裂頁岩中提取天然氣——這兩種資源曾經被認為在技術和經濟上都無法獲得。沒有人能自信地預測創造力能帶我們走多遠。然而，最終，開採和加工的成本將變得如此之高，以至於化石燃料將比替代資源更昂貴。在本文設想的情景中，我們在未來幾個世紀內最終燃燒了大約 1% 的可用有機碳。這在最有可能在可預見的未來在技術上可行的開採量範圍內。我們進一步假設，未來人類將學會開採非常規化石燃料，但將以較慢的速度燃燒它們。
如果不改變我們的習慣，到 2100 年，地球可能會變暖約 5 攝氏度（9 華氏度），儘管實際變暖幅度可能是這個數值的一半甚至兩倍，這主要取決於雲的反應。這種變化大約相當於馬薩諸塞州波士頓和阿拉巴馬州亨茨維爾之間的平均氣候差異。
在北緯 30 度到北緯 60 度之間的中緯度地區——包括美國、歐洲、中國以及加拿大和俄羅斯大部分地區的帶狀區域——年平均氣溫隨著緯度每增加一度 C 而下降三分之二度 C。在一個世紀內變暖 5 攝氏度，這意味著溫度帶平均向極地移動超過 800 公里，平均每天向極地移動超過 20 米。松鼠可能能夠跟上這個速度，但橡樹和蚯蚓很難移動得這麼快。
然後會有降雨。地球是一個行星尺度的熱引擎。炎熱的太陽溫暖了赤道空氣，然後空氣上升並冷卻。冷卻使空氣中的水蒸氣凝結，然後以降雨的形式落回地球——因此，在赤道附近會出現暴雨帶。
然而，水的凝結也會加熱周圍的空氣，使其上升得更快。這種炎熱乾燥的空氣上升到噴氣式飛機飛行的高度，然後橫向擴散到兩極。在高空，熱空氣向太空輻射熱量，從而變冷，這使其沉回地球表面。陽光穿過這種乾燥無雲的空氣，照射下來加熱乾旱的表面。今天，這種乾燥空氣下沉的情況發生在南北緯約 30 度處，從而形成了環繞地球的巨大沙漠帶。
隨著溫室效應加劇，上升的空氣更熱。因此，這種空氣需要更多時間才能冷卻並沉回地球。結果，這些沙漠帶向兩極移動。
撒哈拉沙漠的氣候可能會向北移動。儘管全球降水量總體增加，但南歐已經經歷了更加嚴重的乾旱，並且可能會失去長期以來被認為是世界上最宜人的地中海氣候。未來幾代人可能會對斯堪的納維亞氣候說同樣的話。
在北方的中緯度地區，生長季節越來越長。春天來得更早：植物開花，湖冰融化，候鳥比歷史上更早返回。
這不會是加拿大和西伯利亞農田的唯一好處。植物透過利用陽光中的能量來合併二氧化碳和水來製造食物。在大多數情況下，植物透過葉片上稱為氣孔的小孔吸收二氧化碳。當氣孔張開時，植物可以獲得充足的二氧化碳，但大量水分會透過這些張開的孔洞蒸發。大氣中二氧化碳濃度較高意味著植物可以透過稍微開啟氣孔甚至在葉片中建造更少的氣孔來獲得所需的二氧化碳。在高二氧化碳世界中，植物可以使用相同量的水生長更多。（植物蒸發的減少也導致降水進一步減少，並且由於蒸發引起冷卻，蒸發的減少導致進一步變暖。）
並非所有地方都能感受到這種收益。在熱帶地區，高溫已經損害了許多作物；隨著全球變暖，這種熱應激可能會變得更糟。前景可能是總體作物生產力提高，北部地區的增幅超過赤道附近的減幅。全球變暖可能不會減少整體糧食供應，但它可能會給富人更多，給窮人更少。
海洋的變化
廣闊的海洋抵抗變化，但它們將會發生變化。在地球過去的任何時候——除了可能的物種大滅絕事件之外——海洋化學變化都沒有像科學家預計的未來幾十年那樣多和快。當二氧化碳進入海洋時，它與海水反應變成碳酸。在足夠高的濃度下，這種碳酸會導致許多海洋生物的貝殼和骨骼溶解——特別是那些由稱為文石的可溶性碳酸鈣形式製成的貝殼和骨骼。
科學家估計，超過四分之一的海洋物種一生中的一部分時間是在珊瑚礁中度過的。珊瑚骨骼由文石製成。即使化學條件沒有惡化到貝殼溶解的地步，酸化也會使這些生物更難建造它們。在短短幾十年內，海洋中將不再有任何地方擁有過去地質時期支援珊瑚礁生長的化學物質種類。尚不清楚有多少依賴珊瑚的物種會隨著珊瑚礁一起消失。
這種化學變化將最直接地影響珊瑚礁生物，但我們其餘的人應該明智地考慮正在發生的物理變化。在最基本的層面上，水的作用就像溫度計中的汞：加熱並觀察其上升。海洋也在被現在冰蓋中儲存的水滋養。
在古代高二氧化碳時期，地球變暖到足以讓類似鱷魚的動物生活在北極圈以北。大約 1 億年前，極地年平均氣溫達到 14 攝氏度，夏季氣溫超過 25 攝氏度。在數千年的時間裡，如此高的溫度足以融化格陵蘭島和南極洲的大冰蓋。隨著冰蓋完全融化，海平面將升高約 120 米，淹沒廣闊的區域。水對低窪大陸地區的重量將進一步將這些地區壓入地幔，導致海水拍打得更高。
預計兩極的變暖速度將是地球整體變暖速度的 2.5 倍左右。北極的變暖速度已經比其他任何地方都快，與全球 0.8 攝氏度相比，約為 2 攝氏度。在上一個冰河時代末期，當氣候在數千年內變暖約 5 攝氏度時，冰蓋融化的速度導致海平面每世紀上升約 1 米。我們希望並期望這次冰蓋不會更快地融化，但我們無法確定。
追逐金星
在過去的數百萬年中，地球的氣候一直在波動，導致大冰蓋的擴張和消退。我們的溫室氣體排放正在用錘子敲擊這個複雜的系統。我提出了一個情景，在這個情景中，我們的氣候演變相當平穩，但也可能出現跳躍和啟動，這可能會使生物、社會和政治系統超出其承受能力的極限。
考慮到北極變暖可能會導致數千億公噸甲烷從北極海床和土壤中迅速冒泡到大氣中。就大氣中的分子而言，甲烷捕獲熱量的能力大約是二氧化碳的 37 倍。如果這種甲烷突然釋放出來，就像 5500 萬年前被稱為古新世-始新世熱最大值事件的變暖事件中可能發生的那樣，我們可能會經歷真正災難性的變暖。然而，根據大多數科學家的說法，這種風險是遙遠的。
有些人還認為，諸如永久凍土融化之類的反饋效應可能會導致失控的溫室效應情景，在這種情景中，海洋會變得如此炎熱以至於蒸發。由於水蒸氣本身就是一種溫室氣體，因此這種更強的水迴圈可能會導致地球變得如此炎熱，以至於大氣中的水蒸氣會持續存在而永遠不會降雨。在這種情況下，來自火山和其他來源的大氣二氧化碳將繼續積累。宇宙射線會將高空的水蒸氣分解；由此產生的氫最終會逸散到太空。然後，地球的氣候將穩定在類似於其行星鄰居金星的狀態。
幸運的是，海洋蒸發甚至不是今天溫室氣體排放造成的遙遠風險。簡而言之，二氧化碳可以使地球變暖的程度是有限的。一旦二氧化碳和水蒸氣濃度升高到足夠高的水平，分子就會越來越多地散射入射的陽光，從而阻止地球變得更熱。
然而，如果我們繼續燃燒化石燃料，大氣中的溫室氣體濃度將達到白堊紀時期最後一次出現的水平。那時，內陸海淹沒了潮溼炎熱的地球上的廣闊區域。巨大的爬行動物在海洋中游泳。在陸地上，恐龍以茂盛的植物生長為食。如果我們在未來幾個世紀內僅燃燒地球地殼中 1% 的有機碳，人類將呼吸與恐龍吸入的相同濃度的二氧化碳，並經歷相似的溫度。
與過去溫室氣候的逐漸變暖相比，工業氣候變化正在快速進行。在地質歷史上，從低二氧化碳大氣向高二氧化碳大氣過渡的速率通常小於每年 0.00001 度。我們正在以 5000 倍的速度重建恐龍世界。
什麼會在這個溫室中茁壯成長？有些生物，如老鼠和蟑螂，是入侵性廣譜生物，它們可以利用被破壞的環境。其他生物，如珊瑚和許多熱帶森林物種，已經進化到在狹窄的條件下茁壯成長。入侵物種可能會因全球變暖而改變這些生態系統。氣候變化可能會迎來一個雜草叢生的世界。
人類文明也面臨風險。想想瑪雅人。即使在歐洲人到來之前，由於相對較小的氣候變化，瑪雅文明已經開始崩潰。瑪雅人沒有發展出足夠的韌性來承受降雨量的少量減少。瑪雅人並不是唯一未能適應氣候變化的文明的例子。
氣候變化引發的危機很可能是區域性的。如果富人更富，窮人更窮，這是否會引發挑戰政治和經濟穩定的大規模移民？一些最有可能遭受全球變暖帶來的變化的國家也擁有核武器。氣候變化是否會加劇現有緊張局勢並引發核衝突或其他末日衝突？社會對氣候變化的反應可能會給人類帶來比氣候變化本身更大的問題。
重新開始
白堊紀時期繁茂的木本植物死亡，其中一些在漫長的地質時期內變成了煤。海洋中的浮游生物最終被埋在沉積物中，其中一些變成了石油和天然氣。隨著海洋生物將二氧化碳鎖定在貝殼和骨骼中，氣候變冷。
海洋將在數千年內吸收我們的大部分二氧化碳。由此產生的酸化將溶解碳酸鹽礦物質，溶解的化學效應將允許吸收更多的二氧化碳。然而，大氣中的二氧化碳濃度將在數萬年內保持遠高於工業化前的 280 ppm 水平。結果，地球軌道微妙變化帶來的冰河時代的消長將停止，人類的溫室氣體排放將使地球鎖定在溫室中。
隨著時間的推移，氣溫和降水量的增加將加速基岩和土壤溶解的速度。溪流和河流將把這些溶解的岩石和礦物質（包含鈣和鎂等元素）帶入海洋。也許在數十萬年後，一些海洋生物將吸收鈣和二氧化碳並形成碳酸鹽貝殼。那個貝殼和數百萬個其他貝殼最終可能會變成石灰石。正如英國多佛的白色懸崖是白堊紀大氣的遺蹟一樣，今天燃燒的化石燃料中的大部分碳將成為岩石中的一層——用石頭寫成的記錄，記錄了一個被單一物種改變的世界。