氣候變化科學背後的基本命題深深紮根於物理定律，任何理性的人都無法反駁它。在所有其他條件相同的情況下，向大氣中新增二氧化碳（CO2）——例如，透過燃燒數百萬噸石油、煤炭和天然氣——將使其變暖。正如諾貝爾獎獲得者化學家斯萬特·阿倫尼烏斯在 1896 年首次解釋的那樣，這是因為 CO2 對於來自太陽的可見光相對透明，太陽在白天加熱地球。但它對於紅外線相對不透明，地球試圖在夜間將紅外線重新輻射回太空。如果地球是一個沒有山脈、海洋、植被和極地冰蓋的、沒有特徵的單色檯球，那麼二氧化碳濃度穩步上升將意味著地球穩步變暖。句號。
但地球不是檯球。它是一個極其複雜、混亂的地球物理系統，有數十個變數，其中大多數變數彼此響應而變化。海洋吸收大量熱量，減緩大氣變暖，但它們也吸收過量的二氧化碳。植被也吸收二氧化碳，但最終會隨著植物腐爛或燃燒而重新釋放氣體——或者，在更長期的情景中，漂流到海底形成石灰岩等沉積岩。較高的溫度會驅動海洋中更多的蒸發；水蒸氣本身是一種吸熱氣體，而它形成的雲層會阻擋部分太陽的暖化射線。火山噴出二氧化碳，但它們也噴出散射太陽射線的微粒。而這僅僅是部分清單。
由於將所有這些因素納入關於二氧化碳增加影響的計算非常困難，因此氣候科學家仍在努力理解這一切可能如何發展也就不足為奇了。鑑於詹姆斯·漢森作為氣候變化鼓動者的記錄，同樣不足為奇的是，美國國家航空航天局戈達德空間研究所所長詹姆斯·漢森一直在分發一篇期刊論文的預印本，稱結果可能比大多數人想象的更糟。政府間氣候變化專門委員會在 2007 年釋出的最新主要報告預測，氣溫將上升 3 攝氏度，正負 1.5 度——足以引發海平面上升、大範圍乾旱、天氣模式變化等對人類生活的嚴重影響。
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但根據漢森及其九位合作作者（他們已將論文提交給開放大氣科學期刊）的說法，正確的數字更接近 6 攝氏度。“那是平衡水平，”他說。“我們不會很快達到那裡。但那是我們的目標。”漢森說，儘管這種氣溫升高的全部影響要到本世紀末甚至更晚才能感受到，但重大氣候破壞不可避免的時間點已經來臨。“如果人類希望保護一個類似於文明發展所依賴的、地球生命所適應的星球，”該論文指出，“二氧化碳需要從目前的 385 ppm [百萬分之幾] 減少到最多 350 ppm。”他說，情況“比我們隱含假設的要敏感得多”。
與漢森的許多論斷一樣，這一論斷將科學推向了比他的一些同事願意接受的更遠的地方。例如，早在 1998 年，漢森就認為人類對氣候的影響是毋庸置疑的，即使其他主要氣候科學家繼續質疑它。事實證明他是對的，不僅關於人類的影響，而且關於未來氣溫上升的大致速度。但就像 1998 年一樣，他的主張背後的根本動機，即使不是他所有的結論，也幾乎是普遍認同的。
問題在於，每個人都知道，對氣溫將升高多少的傳統預測來自一個錯誤的計算。它被稱為查尼敏感度，它估計如果大氣中二氧化碳濃度從工業化前水平（在人們開始大規模燃燒煤炭和石油之前）翻倍，全球平均氣溫將升高多少。在 19 世紀中期，二氧化碳濃度約為 280 ppm。將此濃度翻倍至 560 ppm，查尼敏感度計算告訴您，氣溫應升高約 3 攝氏度。
但查尼敏感度雖然不像檯球模型那樣簡化，但仍然過於簡單化。該計算確實考慮了一些反饋機制，這些機制可以在短期內改變氣溫升高的影響——例如，水蒸氣、雲層和海冰的變化。但為了簡單起見，它假設其他長期因素沒有變化，包括冰川作用和植被的變化；微粒（如塵埃）的變化；以及海洋吸收二氧化碳的能力的變化，這種能力會隨著海水溫度升高而降低。
氣候模型與現實的鬥爭
“包括我們自己在內的許多人，都傾向於採用 [查尼敏感度] 並將其應用於現實世界，”戈達德氣候學家加文·施密特（也是一位氣候學家，但不是新論文的合著者）說。“但現實世界不是一個模型，在模型中，一些事物可以改變，而另一些事物保持不變。”施密特說，在某些時候，“我們必須談論真正的氣候。”
這就是漢森試圖做的事情。他不是第一個：包括斯坦福大學的斯蒂芬·H·施耐德在內的其他科學家，多年來一直在談論將更多的現實世界因素引入標準氣候模型。困難在於，要新增這些因素，您必須想出一種合理的方法來權衡它們。
與其他氣候科學家一樣，漢森及其合作作者也使用來自遙遠過去的證據來梳理這些反饋機制。例如，在過去的 80 萬年中，我們知道氣候在漫長的冰河時代和短暫得多的間冰期溫暖期之間振盪——非常像我們現在的狀況。空氣溫度和二氧化碳之間的關係在那段時間裡得到了很好的理解，這主要歸功於格陵蘭島和南極洲鑽探的古代冰芯中捕獲的氣泡（可以直接測量其中的二氧化碳濃度；全球平均氣溫可以根據兩種不同氧同位素的相對丰度計算出來，這兩種同位素隨著溫度升高而變化）。
但漢森指出，記錄中包含其他線索。“我們也知道在那段時間裡海平面是如何變化的，”他說，這來自追蹤古代海岸線高度的研究。由於海平面隨著大陸冰蓋的退縮和前進而上升和下降，您可以衡量地球有多少部分被明亮的白色、反射熱量的塗層覆蓋。隨著冰在變暖的世界中退縮，更多的黑暗表面暴露出來以吸收太陽輻射，這使得世界變得更溫暖，融化了更多的冰。相反，隨著冰蓋前進，一個變冷的世界會更快地變冷。這是查尼敏感度計算中遺漏的關鍵反饋機制之一，部分原因是它被認為只發生在數百年內，而且，漢森說，部分原因是“古氣候記錄是氣候敏感性的重要資訊來源，但這一點還沒有真正深入人心”。
例如，漢森使用該記錄得出結論，即使人類能夠維持今天的大氣二氧化碳水平（目前為 385 ppm）——甚至還不到我們正在走向的大氣二氧化碳濃度翻倍的一半——由於大陸冰蓋的解體，海平面也將上升數米。此外，他認為解體可能發生得比人們天真地預期的要快得多。“在我們擁有重力衛星之前，我們沒有關於這方面的令人信服的資料，”他說，他指的是 GRACE，一對可以探測地球引力場微小區域性變化的軌道飛行器。“格陵蘭島從 1990 年的穩定質量變成了冰流失增加。另一個巨大的驚喜是南極洲西部，儘管那裡實際上幾乎沒有變暖，但冰架正在融化。”隨著這些部分漂浮的冰架融化，陸基冰川可以更快地滑入大海。在格陵蘭島，來自冰川頂部的融水顯然正在透過裂縫傾瀉而下，潤滑冰蓋的底部，從而加速它們流入海洋。
漢森說，氣溫升高不僅增加了冰表面融水的量，還增加了降雨量。“冰蓋生長，”他說，“是一個乾燥的過程。解體是一個潮溼的過程，所以它發生得更快。”
如果今天的二氧化碳水平會導致海平面上升數米——使許多沿海地區（居住著數億人）完全淹沒在水下——那麼讓二氧化碳上升到 560 ppm 可能會導致一場難以想象的災難。根據漢森團隊的分析，即使上升到 450 ppm 也可能是災難性的。大約在 3500 萬年前，地球完全沒有冰，因此喜熱的鱷魚和茂盛的紅杉森林在北極圈上方茁壯成長。研究人員估計，南極洲大規模冰川作用的轉變始於二氧化碳降至 425 ppm，正負 75 ppm。因此，如果我們達到那個點，大部分冰應該會再次消失——如果南極洲和格陵蘭島的所有冰川都融化，海平面將上升數十米。施耐德說，保持二氧化碳濃度如此之低的唯一方法是讓全世界都採用加州全國最嚴格的限制碳排放的提案——即使是美國其他州同意這樣做也很難想象，更不用說印度和中國等發展中國家了。
這僅僅考慮了來自冰川融化的反饋。“植被、大氣和海洋化學以及大氣中的氣溶膠和塵埃的變化似乎都是溫度變化的積極反饋，”施密特說。“如果全球平均氣溫因任何原因而發生變化，那麼其他要素將放大這種變化。”其他積極反饋包括溶解在海洋中的二氧化碳的釋放（隨著海洋變暖，這種情況將會發生），以及其他溫室氣體（例如，甲烷，來自北極多年凍土融化時開始腐爛的生物質）的加速釋放。
鑑於漢森作為氣候科學家的卓越地位，人們可能會期望他的分析會引發普遍恐慌。它確實引發了恐慌——但不是在科學家中。“本月可能是過去二十年對抗全球變暖歷史上最重要的一次，”記者兼作家比爾·麥克基本在去年 12 月的《華盛頓郵報》中寫道，當時漢森在一次會議上談到了他的新計算：“[350 ppm 是] 可能定義我們未來的數字。”麥克基本甚至建立了一個名為 350.org 的組織來傳播這一資訊。其他活動家和博主也做出了類似的驚呼。
大多數氣候專家似乎遠沒有那麼激動，即使他們非常認真地對待全球變暖的危險。原因：漢森及其同事將其對氣候敏感性和各種臨界點（由不同的反饋機制代表）的新估計建立在對古代條件記錄的基礎上，而這些記錄並沒有真正被很好地理解。“問題在於，”施密特說，“你追溯得越遠，你就越不瞭解。誤差條變得非常大。”他承認，地球的無冰期“非常有趣——它們就像我們認為我們正在走向的時期，原則上它們可以告訴我們很多關於二氧化碳變化對氣候敏感性的資訊”。
儘管您可以間接地從海洋沉積物酸度的變化中推斷出大氣二氧化碳水平，例如，施密特指出，這涉及可能錯誤的假設。“人們普遍認為當時的二氧化碳含量更高，但您無法獲得精確的數字或精確的時間序列。吉姆會說，真正的氣候敏感度是查尼敏感度的兩倍，但也可能是三倍，也可能是一倍。”類似的uncertainties圍繞著大陸冰蓋的潮起潮落。“很可能，”施密特說，“北美洲的冰蓋可能比格陵蘭島的冰蓋更敏感，這可以解釋為什麼格陵蘭島的冰蓋持續存在。”
這似乎是一種普遍的共識。“吉姆的分析非常精明，”普林斯頓大學地球科學與國際事務教授邁克爾·奧本海默說。“這是我們所有人都應該思考的事情，但不確定性太大，這是一個弱點。”施耐德也對總體情況表示讚揚，但對具體細節表示謹慎。“吉姆做得很好，”他說，“但我希望他能擺脫絕對數字。這並不是說世界可以接受 1.8 度的升溫，但在 2.2 度或某個溫度下就會變成南瓜。”
尋求可行的解決方案
事實上，儘管很少有氣候科學家準備詳細接受漢森的論點，但他們都同意，已經觀察到的變化是不祥的。“我對這件事的看法是，”環境捍衛基金總裁弗雷德·克魯普說，“不是受到吉姆·漢森的啟發，而是透過觀察珊瑚礁死亡和南極冰蓋比我們預期的更早斷裂，我們需要將二氧化碳穩定在當前水平或以下。”
在這種普遍謹慎的語氣背後，人們感覺到，考慮到世界人口持續增長，以及印度和中國等國家決心在經濟上趕上發達國家，減少二氧化碳排放的增長本身就是一個令人生畏的前景。完全阻止這種增長將更加困難，而實際上減少大氣中的二氧化碳量似乎在很大程度上是不可思議的。儘管如此，漢森及其合作作者還是提出了一項可能的策略。“我能看到的唯一方法是，”漢森說，“首先，到 2030 年完全切斷煤炭排放。”他指出，煤炭是最大的化石燃料碳儲庫，而且由於它僅在發電廠中燃燒，而不是作為運輸燃料燃燒，“它可以僅在少數幾個來源而不是數百萬個尾氣管中捕獲。”
為了將煤炭碳排放降至零，他和他的同事建議，世界必須達成一致，從現在開始，除非新建的工廠具有在廢氣離開煙囪之前捕獲二氧化碳的能力，否則將不會建造任何新工廠。與此同時，現有工廠要麼必須進行改造以配備捕獲技術，要麼在 2030 年之前逐步淘汰。
作者說，第二個主要努力將涉及對已被砍伐樹木的地區進行大規模的重新造林。“在過去的幾百年裡，森林砍伐導致了 60 ± 30 ppm 的淨排放，”他們寫道，“其中約 20 ppm 的二氧化碳今天仍然存在於空氣中。”他們認為，重新種植森林可以吸收所有過量的二氧化碳以及更多。最後，他們贊成使用“生物炭”，或由農業廢棄物和其他生物質製成的木炭。如果燃燒或讓其腐爛，這種生物質會釋放二氧化碳。當轉化為木炭並耕入土壤時，它會做兩件事。首先，它異常穩定，因此它可以將碳封存至少幾個世紀。其次，它提高了土壤肥力，因為它吸附養分並使其可用於新作物。“用刀耕火種改為刀耕火炭，”他們寫道，“可以在半個世紀內減少約 8 ppm 的二氧化碳。”更具推測性的技術最終也可能能夠從大氣中吸收二氧化碳並將其鎖定在礦物質中，儘管它們的潛在規模和費用仍然是猜測。
但可能性和可行性是兩回事。漢森及其同事制定了一份路線圖；讓所有最大的碳排放國都同意這樣做將是艱難的。即使每個國家今天都同意，該計劃也需要數十年才能實施。科學家們承認，這項任務“堪稱艱鉅，但與二戰的努力相比，卻是可行的”。施耐德雖然和漢森一樣擔心大氣碳增加帶來的危險，但他持有一種不太樂觀的觀點。“這絕對不可能，”他說。“絕對不可能。零。我們能做的最好的事情就是超額完成目標，達到百萬分之 450 或 550，然後在後端儘快恢復。”即使這樣，考慮到快速有效行動的政治障礙，也將是困難的。
注意：本文最初以“超越臨界點”為標題印刷。