目前有什么确凿的证据证明人类活动造成了全球变暖？ 第1页

谢 @河森堡 邀。长文多图预警。 本来不太想写这个回答的，因为我觉得 @大地 的回答写的很好了，正反两方面的观点都照顾到。人类活动对全球变暖到底有何影响，现状就是还不完全明确，争议尚存。不过，多数研究者还是认同人类活动加剧全球变暖这一命题了，这里我就不做展开了，毕竟也不是做这个方向研究的。

但在一些回答和评论里，还是能看出一些人对于全球变暖的话题存在诸多认识上的误解。我就来针对一些评论和回答说几句看起来有点偏题的话吧——实则是看待气候问题时很重要的背景概念。为了和谐，防止被认为又在挂人，我把涉及到的发言者ID都马赛克了。

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1.碳循环的稳定及失稳，与生物圈的关系。

在 @大地 的评论区里，我见到这么一段话：

这个观点令我大吃一惊：如果连碳循环这个基本的概念都没有建立，就讨论起碳排放来，这就容易闹笑话。

地球上的一切物质都处在有序的循环过程里，无论是涉及大气、水圈、生物圈、岩石圈的碳循环，还是大家都很熟悉的水循环。

（碳循环示意图）

（碳循环，另一种表示方法）

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简要将三个圈别的碳循环途径列一下：

水圈：二氧化碳——碳酸根/碳酸氢根——分解成二氧化碳/形成碳酸盐（如碳酸钙）——少数发生沉淀，进入岩石圈（石灰岩、白云岩、珊瑚礁骨架、叠层石等）【全途径以年为单位】

（澳大利亚的现代叠层石）

生物圈：

第一步：二氧化碳——光合作用——有机碳—（经过食物链）—大部分分解，释放二氧化碳【全途径时间以年/十年为单位】

第二步：少数作为不可溶有机碳进入岩石圈——转化为化石碳（煤炭石油天然气）【全途径时间约为十万/百万年】

（生物圈碳循环的第一步）

岩石圈：

无机环节：水中碳酸盐发生沉淀，形成碳酸盐岩/烃源岩——地质抬升，风化作用释放碳酸根/碳酸氢根进入水圈——地质沉降，熔融转化为岩浆中的挥发组分——火山活动，释放二氧化碳【全途径时间约为百万年/千万年/亿年不等】

（主要体现岩石圈碳循环的无机环节和浅层部分）

（体现岩石圈碳循环的深层部分，图引自Nature Geoscience）

有机环节：水中有机碳发生沉淀，形成烃源岩——地质沉降，转化为煤炭石油天然气——地质抬升，风化破坏释放无机碳及小分子有机碳（甲烷等）进入大气（如沥青湖、加拿大油砂、浅层煤田自燃）/地质沉降，受岩浆活动烧毁转化为无机碳——部分无机碳进入岩浆，通过火山活动重新释放【全途径时间约为百万年/千万年/亿年不等】 （主要体现浅层的无机环节和有机环节） 在所有的碳循环途径中，岩石圈中发生的碳循环速率最慢。但也正因其体量巨大、循环缓慢，才成为地球上最大的碳库。

在自然界的状态下，经过四十多亿年的协同演化，生物圈与另外两个非生物圈之间已经达到一种微妙的平衡状态，形成了一条二氧化碳——碳酸根——有机碳——无机炭——二氧化碳的循环链。任何一个链条的微小变化，可能都不会导致整体的崩溃。但是，如果任何一个环节出现了巨大的变数，无论正负，体系的崩溃就变得需要严肃对待了。

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在地质历史时期，碳循环的链条曾经出现过多次重大变故，结果往往是惨重的——

1.光合作用植物的横空出世，过多消耗大气中的二氧化碳，被认为可能是雪球地球发生的主要因素。

2.植物登陆后的泥盆/石炭纪，木质素的出现让森林急速扩张，但当时尚未演化出能够分解木质素的物种，大量的二氧化碳被固定成生物圈里的活动有机碳，然后由于缺乏分解者，大部分转化为岩石圈里的化石有机碳（石炭纪形成了海量的煤炭）。结果呢？又一次严重消耗大气的二氧化碳，在石炭末期全球又一次变冷，发生了不大不小的一次灭绝。

3.二叠纪末期西伯利亚大火成岩省的剧烈活动；或者各主要板块发生造山运动、拼合成盘古大陆的时间太久，长期风化的结果导致岩石吸收二氧化碳的能力下降，导致大气的温室气体量严重增加，产生极为严重的温室效应，气温急剧升高，出现严重的全球性海洋酸化（碳酸钙缺乏事件）；进而可能导致洋流中断，也导致全球范围的洋底大缺氧。其结果是地球生物发生前所未有的海陆空超级大灭绝，95%的物种永远被抹去。

（这部分内容可以去这里了解更多地球演化中有哪些超乎人想象的现象？ - 生物学 - 知乎）

（石炭末期的大冷却和二叠末期的大升温）

（地质历史时期CO2浓度与主要冰期的对应关系。CO2浓度不是唯一影响冰川期的因素，但冰川的范围与CO2浓度存在正相关。） （引自Myers T S. Palaeoclimate: CO2 and late Palaeozoic glaciation[J]. Nature Geoscience, 2016.）

类似的历史我还可以继续举，很多。但需要注意的一点在于，这些重大变化，都还是在完全自然条件下发生的，碳循环系统的缓慢变化。

换言之，地球历史上，还从来没有过如人类这样快速改变碳循环的先例。 地球历史上，还从来没有过如人类这样快速改变碳循环的先例

地球历史上，还从来没有过如人类这样快速改变碳循环的先例

地球历史上，还从来没有过如人类这样快速改变碳循环的先例

（重说三） --------------------------------------- 在碳循环平衡的视角下来看，工业时代以来最大的变数可以归结为这么几个： a.人类大量燃烧化石燃料、焚烧石灰岩制取混凝土——从岩石圈人为释放大量有机碳和无机碳进入大气。 （1）煤和油气自不必说 （2）混凝土原料之一是用碳酸盐岩烧制的石灰，氧化钙。从碳酸钙到氧化钙，二氧化碳从岩石圈里转入大气层。盖房子造成二氧化碳的净增加，没想到吧，2333。（但混凝土据说也会吸收二氧化碳，这个影响的重要性可能还有待讨论。）

b.伐木排涝围湖，森林、湿地、沼泽数量大量减少——破坏生物圈的固碳能力，进而减少从生物圈进入岩石圈的有机碳/无机碳数量。 （1）砍伐森林的数量不用我说 （2）湿地/沼泽系统是陆上重要的成煤环境，即固碳环境。然而大量的湿地/沼泽随着人类活动被开发为农田。

c.人类行为增大了自然风化释放二氧化碳的速率 （1）森林破坏水土流失，基岩的暴露范围扩大：释放无机碳速率增加 （2）酸雨加强，对基岩的化学腐蚀力提升：释放无机碳速率增加

d.人类对水体的影响对二氧化碳被生物圈和水体的吸收环节造成何种影响，我还不太了解。

据评论区反馈，主要影响可能是引起海洋酸化，水吸收大量二氧化碳而有弱酸性倾向。一是海洋酸化导致大量珊瑚礁死亡，二是浮游生物的死亡。若这两点属实，那就是进一步降低水圈的固碳能力（无机和有机）。欢迎进一步补充。

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一增一减之间，直接导致第四纪以来自然界碳循环的稳定性被打破——注意，一定要强调是第四纪以来，因为每个地质历史时期的碳循环面貌都存在不同。二者的叠加，显然是大气二氧化碳含量呈现上升趋势，并且这个上升的速率前所未有。

（图片引自Carbon dioxide concentration | NASA Global Climate Change，不对数据真实性负责）

（图片引自Earth's carbon dioxide levels to hit 400 ppm）

（图片引自Apple Issues $1.5 Billion Green Bond）

（以上三个图本质上是一样的，23333）

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对地球科学领域熟悉的朋友，可能或多或少都了解一点米兰科维奇旋回。一种天文轨道因素控制地球气候的方式。它使得地球的温度呈现周期性变化。从这些图里可以看出，地球的二氧化碳含量也在短时间内呈现周期性变化，可能与米氏旋回有一定关系。但是，最近的二氧化碳含量上升，呵呵，已经丧心病狂了。这完全已经超过了自然因素调控的范围，是现代碳循环正在失稳的一个迹象。

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历史上这么高是啥时候并不重要，重要的是地质历史上用了多久升起来的？

我不想说话，你们自己看——有没有这么快过，几百年。

（时间顺序从右向左，引自Climate Change - scientific discussion，不对数据真实性负责）

结论是，没有。地球自身的调节能力，要在几百后面加个万字。 --------------------------- 有人说，细菌每年排放多少多少亿吨——没错，但这个排放在最近几百万年来皆是如此。一个自然稳定的量不会导致碳循环的平衡被打破，但人类活动导致的小小变量却可以在几百年的时间里累积，导致碳循环崩溃。就像巨型火成岩省喷发可以极快摧毁碳平衡一样。

我们绝对不能用一个早已稳定的所谓自然排放量很大，来忽略人类活动造成的【看起来并不大的】碳循环变量：燃烧化石有机碳导致二氧化碳的绝对排放增加、砍伐天然植被造成生物圈吸收二氧化碳的绝对减少。我甚至懒得提农作物面积增加和养牛——一个光合作用，一个吃粮放屁，搞不好这两个平衡了呢？吃多少粮对应了粮食作物固定了一定量的碳，放多少屁则对应排放了比吃的粮少一些的碳（打头拿去长肉了），掐指一算，可能还有利于减排呢。 -------------------------- 地质历史经验告诉人们几件事： 稳定的碳循环是保证当时生物界稳定的前提；碳循环的重大改变极有可能引起大灭绝；地质历史时期中，缓慢的碳循环变化都曾导致过全球温度变化而引起大灭绝（或者作为主要原因）。

那么，我提一个问题：在人类文明历史时期中，急速的碳循环变化会导致什么？ 别扯什么历史文献里的那些橘子大象，好好看看碳循环崩溃以后的结果吧！这完全是两码事！

你以为科学界只是担心哪个国家的GDP受损吗？

不是，他们担心的只是【虚无缥缈的】人类世大灭绝，Anthropocene Extinction。

+++++++++++++++++++++++ 通过评论区反馈的情况，基本上集中在以下几点： 1.CO2对气候的作用尚不明确； 2.不相信人类导致的这点CO2增加会产生严重后果。 对此，我的评论是，请仔细阅读。一样的话我也不愿老说，累。

是的，现代的CO2不如地质历史上某些时期高，CO2浓度快速增加这个因对全球变暖的这个果还需要更深入的研究。但这两者完全不影响现代碳循环已经被人类工业活动打破的事实。

+++++++++++++++小节分隔线A++++++++++++

2.尺度的把戏。

尺度问题，是观察现今与地质历史时期内的气候变化时，必须要拿捏准的一个标尺。

诚如许多人提到的，中外的历史文献都记载了历史时期上比现今冷或者热的时候。不仅历史文献这么说，地质记录中同样反映出这一点。就像前面的一个图反映的，地质历史上，CO2浓度和温度比今天高的时候多了去了，so what？

换一个版本也无妨——

（Geological CO2 Joke）

看起来，似乎地球历史时期的CO2浓度是一个一贯下降的趋势嘛，现在的一点上升没什么好担心的吧。

那么就选择一个局部放大一下：

（图引自Paleoclimate implications for human-made climate change - Mahurangi Magazine） 看起来，新生代（Cenozoic，6550万年，a图）至今的尺度上，温度逐渐下降； 看起来，上新世（Pliocene，533万-238万年）至今，温度逐渐下降，且波动越来越大；

但是！更新世末期（42万年以来）至今，温度呈现明显的周期变化。

这种明显的周期关系，就是所谓“Vostok冰芯讲述的故事”——（下图与上图的时间标尺是反的）

（引自经典paper：Petit J R, Jouzel J, Raynaud D, et al. Climate and atmospheric history of the past 420,000 years from the Vostok ice core, Antarctica[J]. Nature, 1999, 399(6735): 429-436.） （a曲线为CO2含量曲线；b曲线为温度偏移曲线；c曲线为甲烷浓度曲线；d是氧18同位素演化曲线，反映冰盖总量，正值表示海冰量少；e是南纬65度于6月中旬时，单位面积接受太阳辐射能量曲线） （看清楚，底部才是时间标尺）

看起来，CO2浓度和CH4浓度，在过去的42万年与温度曲线吻合的很好；

看起来，海冰总量与北纬65度6月中旬太阳辐射量，在过去的42万年里吻合的也很好。

这四个周期性，是任何会看数字和曲线的人都能够理解的直观现象。而上图的最左边，也就是现今的时刻，这个世界正处在一个新周期的起跑线上。

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这篇Vostok冰芯的经典论文里，上一张图广为人知。但是第二张图知道的人可能不多。这是一张进行米兰科维奇旋回分析时使用的频谱分析结果图（然而我并不太熟悉这个方法…其实很想学T。T）。米氏旋回通过地日关系的周期变化，影响地球接受到的太阳辐射量，体现为地表单位面积接受的太阳能量发生周期变化（上图的e曲线），从而导致其他指标发生自然波动。

这张图是用来表示，前图中的无论CO2浓度、CH4浓度还是温度变化、海冰范围变化，都遵守米兰科维奇旋回式的周期样式。米氏旋回是一个互相包含的复杂周期系统，一个大旋回里包含若干中旋回，每个中旋回里继续包含若干个小旋回。具体识别每一个旋回是一项不太现实的工作，实际操作里通过识别旋回的频率来寻找周期级别关系。

我们看到的这几种曲线的每个大小旋回，都遵守米氏旋回的时间间隔，并互相叠套。10万年的大周期发生的频次最高——前图中可以显著识别4个十万年级别的周期 ,偏心率短周期；后面的几个周期相互叠套，一眼难以识别；CH4除了有显著的十万年偏心率短周期外，还存在较明显的2万年岁差周期。

但是这不重要，重要的是过去42万年来，地球的CO2浓度、CH4浓度、温度、接受的太阳辐射强度符合米兰科维奇周期律。

关于米兰科维奇的一些有趣细节，有兴趣者可以阅读丁仲礼院士的一个review： 丁仲礼. 米兰科维奇冰期旋回理论:挑战与机遇[J]. 第四纪研究, 2006, 26(5):710-717. 米兰科维奇冰期旋回理论_百度文库 --------------------------- 利用米氏旋回体现的地球自身运动之周期性，和自然环境的常规稳定惯性，人们可以预测下一个米氏周期内的一些情况——之所以可以用前几个米氏周期情况来预测下一个米氏旋回的情况，是因为10万年的尺度上可以排除构造运动对周期性的干扰——这个时间尺度上，米氏旋回说了算。

于是，下一个周期内某些气体指标的自然上限值被钦定了——CO2约300ppm，CH4约700ppb；如果不发生恶性的大火成岩省活动、超级火山爆发、猛烈小行星撞击等意外因素，它们将遵循4.1万年和约2万年的周期上下波动，直到10万年后进入下一个【符合偏心率短周期的】冰河期。在这个过程里，4.1万年和2.3/1.9万年的中短周期将继续发挥作用，大大小小的冰期一个也不会少，使地球温度震荡走低。

呵呵呵，理论很丰满，现实很骨感。

因为有一些钦定值已经发生了突变——而这发生在不到500年的时间里。

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3.打破规则的熊孩子：二氧化碳&甲烷（等）。

（NOAA的CO2浓度数据，当前CO2浓度年年际均值约为405ppm）

是的，我知道一些人觉得二氧化碳的含量看起来并不太高，也就多了100而已，几乎可以算作误差。

（NOAA的甲烷浓度数据，当前甲烷浓度年际均值约为1847ppb）

那么甲烷数据从600-700翻了近三倍达到1840呢？

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（NOAA的数据）

最近35年间，CO2和CH4表现出强劲的增长趋势。其中，CO2增长率较稳定，CH4增长率在2003年前后有过下降。

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最近100年间，CH4保持增长趋势。增速在2000年前后有过下降，但现在又恢复了。

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（引自Growth of Methane Concentration in the Atmosphere，不对数据真实性负责）

最近1000年间，CH4在前700年保持了稳定（700ppb上下，与过去42万年里的上限一致），在后300年开始快速上升。这个图的数据截止2000年，还未突破1800ppb

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谁还记得1999年那篇nature里测量的42万年间CH4浓度？

700ppb，大约是过去42万年来的甲烷浓度上限。然而现在已经1848ppb。 300ppm，大约是过去42万年来的CO2浓度上限。然而现在已经405ppm。 -------------------- 还有更给力的数据吗？有的。 2004年，EPICA研究计划在南极洲Dome C取出了年龄长达80万年的冰芯——

（引自：Nature—High-resolution carbon dioxide concentration record 650,000–800,000 years before present） 300ppm，大约是过去80万年来的CO2浓度上限。然而现在已经405ppm。

-------------------- （引自：Nature—Orbital and millennial-scale features of atmospheric CH4 over the past 800,000 years） 850ppb，大约是过去80万年来的甲烷浓度上限。然而现在已经 1,848ppb。

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• 人类从诞生至今，走过了约260万年，6个半偏心率长周期（40万年），26个偏心率短周期（10万年），60多个地轴倾角周期（4.1万年），还有一百多个岁差周期。
• 在最近的约两个偏心率短周期时期内，温室气体周期与地表太阳辐射值周期高度耦合。表现出4.1万年、2.3万年和1.9万年的周期。
• 地球上不同的地方，周期律的体现有所不同，但全球许多数据都体现出对偏心率短周期（10万年）的遵循，恕不再举例。
• 在不到300年的时间里，人类分别打破了过去一个岁差周期（2万年）、一个地轴倾角周期（4万年）、一个偏心率短周期（10万年）内稳定的温室气体上限值。

------------------ 好了。尺度的问题说完了，周期的问题也说完了。 一些问题，明白的人已经明白，装睡的人，让他睡去吧。 碳循环是否有崩溃迹象，数据就在这里； 米氏旋回的规律有没有被打破，数据就在这里。

下一个2万年的岁差旋回会怎样？我就是不说，你们自己想。 +++++++++++++++++++++++++++++小节分隔线C++++++++++++++++++++++++++++++ 4.甲烷炸弹。 甲烷也是一种温室气体，而且它的至暖效果比CO2强大的多。自然界产生甲烷的方式主要是产甲烷微生物对有机质的降解（生物气/沼气），消耗甲烷的方式则主要是嗜甲烷微生物（某些细菌和古菌）对甲烷的分解，及甲烷氧化。

如果这里有人关心毛熊的话——不是关心普京，是关注毛熊国——可能会注意到这么几个事情：

（2014年，西伯利亚Yalmal 甲烷爆发坑）

Methane Eruption，甲烷喷发。截止2015年2月，已经发现的甲烷喷发孔有8个。

（来源忘记了，反正能搜到）

西伯利亚广袤的冻土区分布着大大小小的湖泊，它们大多是所谓的热融湖（thermal karst lake）。这种湖就像北方许多湖泊一样，冬季封冻以后容易在冰面内及冰面下积累大量的气体。

这些气体绝大部分是甲烷——如果凿个洞把气体放出来然后点上一把火，这可是真·冬天里的一把火。

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冻土区常年累月堆积了大量的动植物残骸，像一个冰箱一样被冻起来。

本应发生第三步，结果可能要跳到第二步去：冻土带的融化愈演愈烈，热融湖在减少。 （引自http://www.nature.com/nature/journal/v511/n7510/full/nature13560.html）

（温度升高，引起冻融湖、冻土带和海水温度升高区的甲烷释放作用示意图。出处一时想不起来了）

一份截止2013年的北半球甲烷浓度监控图显示，在5年的时间里，甲烷在北冰洋大陆架、西伯利亚、北美东北海岸及阿留申群岛附近有显著的堆积。

（引自Concern Over Catastrophic Methane Release — Overburden, Plumes, Eruptions, and Large Ocean Craters）

从甲烷的释放速率来看，北半球由于存在广泛的冻土带及冰海大陆架，甲烷的释放率远远高于南半球。

（2011年全球甲烷释放率，引自Concern Over Catastrophic Methane Release — Overburden, Plumes, Eruptions, and Large Ocean Craters）

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除了冻土古代甲烷的大量释放，深海天然气水合物正以一种从未想到的方式分解泄露：北美东海岸甲烷泄露现象——

此前，人们只在北冰洋周围大陆架上发现有这种现象，而现在于北美东海岸广泛发现的甲烷泄漏，意味着世界各地可能都会找到类似的现象，意味着过去的甲烷年排放量被比大大低估。

（Natural Methane Seepage Is Widespread on the U.S. Atlantic Ocean Margin）

（Skarke A, Ruppel C, Kodis M, et al. Widespread methane leakage from the sea floor on the northern US Atlantic margin[J]. Nature Geoscience, 2014, 7(9): 657-661.） -------------------------------- 不管是19世纪以来全球油气开采主动释放地层甲烷也好，还是近代以来的海底工程无意释放海底甲烷也罢，再或者就是简单的气候变暖促进冻土甲烷释放。种种因素形成的合理，正在将现代大气甲烷含量推向最近若干个米氏旋回中，上限值的三倍、四倍。

甲烷具有比二氧化碳强很多倍的至暖效果，更多甲烷意味着更温暖，更温暖则意味着更多冻土甲烷被释放，甚至可能会引起海底甲烷的释放（也许会与洋流温度变化产生联系）。

如果二氧化碳看起来不是那么夸张，那么地层与海底里赋存的甲烷，则是一个深埋脚下的炸弹——一旦触发，后果不堪设想。

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5.海洋酸化与大灭绝的关系（待更新）