如果地球上水多一倍，平均温度是上升还是下降？
地球上水多一倍，平均温度会上升还是下降？这是一个很有意思的问题，而且它的答案并非简单地“上升”或“下降”，而是会涉及到一系列复杂的相互作用和反馈机制。要理解这个问题，我们需要从水的几个关键属性以及它们对地球气候的影响来分析。
首先，我们得明确“水多一倍”指的是什么？
这里有几种可能的情况：
海洋面积增加一倍： 如果全球陆地被海水淹没，海洋面积翻倍，但水的总体积可能不会翻倍（除非陆地平均海拔非常低）。
全球总水量增加一倍： 这可能意味着大气中的水蒸气、地表水（河流、湖泊、湿地）、地下水、冰川和极地冰盖的总量都翻倍。这是一种更极端的设想。
考虑到问题的普遍性，我们不妨从一个更全面的角度来理解——假设地球上的液态水和固态水（冰）的总体积增加，并且能够以某种方式重新分布，或者说，如果地球拥有比现在多一倍的水资源总量。
水的关键属性及其对气候的影响：
要回答这个问题，我们需要关注水在地球气候系统中的几个重要角色：
1. 高比热容： 水的比热容非常高，这意味着水吸收或释放相同热量时，其温度变化相对较小。海洋作为地球上最大的储水库，能够储存和释放大量的热量，对调节全球温度起着至关重要的作用。
2. 蒸发和凝结： 水的蒸发需要吸收大量的热量（潜热），这能起到降温作用。反之，水蒸气凝结成云或降水时会释放潜热，这会加热大气。
3. 反照率（Albedo）： 地表反照率是指地表反射太阳辐射的能力。水体（特别是深邃的海洋）的反照率通常比陆地（尤其是植被覆盖的陆地）要低，这意味着水体吸收的太阳辐射更多，从而加热地表。纯净的冰雪反照率非常高，会反射大部分太阳辐射，起到降温作用。
4. 温室效应： 水蒸气是地球上最重要的温室气体之一。它能有效地吸收和再辐射地球表面发出的长波红外辐射，从而捕获热量，维持地表的温暖。
那么，当水增加一倍时，会发生什么？
让我们逐一分析可能的影响：
可能导致温度上升的因素：
降低全球反照率，吸收更多太阳辐射： 如果“水多一倍”意味着更多的海洋面积或更厚的冰盖融化（导致水分增加但反射减少），那么地球的总反照率可能会下降。海洋吸收的太阳能比大多数陆地表面多，反照率更低。如果大片陆地被海洋覆盖，或者原本反射性强的冰雪覆盖区域被水体或其融化后的水取代，那么地球吸收的太阳辐射就会增加，这自然会推高平均温度。
水蒸气增加的温室效应： 如果更多的水以水蒸气的形式存在于大气中（比如水循环加速，更多水蒸发进入大气），那么这将显著增强地球的温室效应。水蒸气是强大的温室气体，它的浓度增加会捕捉更多的热量，导致地表温度升高。这是一个非常关键的因素。
海洋环流和热量输送变化： 海洋环流在全球热量分布中扮演着重要角色。如果海洋面积或体积发生巨大变化，现有的洋流模式可能会被打乱。这可能导致热量在全球范围内以新的方式输送，有些地区可能会变暖，而有些地区可能会变冷，但整体而言，由于海洋储存热量的能力更强，并且更易吸收太阳辐射，整体平均温度上升的可能性更大。
可能导致温度下降的因素：
蒸发带走大量热量： 如果更多的水体意味着更活跃的水循环，大量的蒸发将从地表吸收潜热，这本身是一种降温机制。尤其是在水体蒸发旺盛的地区，这个效应会比较明显。
云层增加及其复杂效应： 更多的水蒸气意味着可能形成更多的云。云对温度的影响是双重的：
白天： 云层能反射大部分太阳辐射回太空，起到降温作用。
夜晚： 云层能阻止地表热量散失到太空，起到保温（升温）作用。
总的来说， 低层厚云通常以降温为主，而高层稀薄云则可能导致升温。地球上增加的水量导致云层总量的变化，以及云的类型和分布的变化，将对温度产生复杂的影响。这是一个不确定性较大的因素。
冰雪覆盖变化： 如果“水多一倍”意味着更多的淡水以冰川或冰盖的形式存在，那么这些冰雪的高反照率将反射更多太阳辐射，从而起到降温作用。然而，一旦这些冰雪融化，情况就会反转，变成吸收更多热量并释放水蒸气。
综合来看，哪种效应占主导？
在大多数设想中，“地球上水多一倍”最有可能导致平均温度上升。原因如下：
1. 反照率效应： 如果增加的水以海洋或淡水湖泊为主，它们较低的反照率会使得地球吸收更多的太阳辐射。即使原本有一些陆地被水覆盖，但海洋的吸收能力更强。
2. 水蒸气的温室效应： 这是最关键的因素。水蒸气是最有效的温室气体。即使增加的水量并不完全以水蒸气形式存在，但更大的水体表面积会促进蒸发，导致大气中水蒸气含量增加。这种增强的温室效应会捕获更多热量，使地球变暖。虽然云层的反射作用可以抵消一部分升温，但水蒸气作为温室气体的作用通常被认为是更主导的。
3. 热容量： 海洋巨大的热容量可以缓冲温度变化，但其主要作用是储存和输送热量，而非直接的降温。当吸收的热量增多时，海洋温度也可能升高，并最终将热量释放到大气中。
具体场景的推演：
如果增加的水主要是海洋： 陆地被淹没，海洋面积大幅增加。海洋吸收更多太阳能，水蒸气增加，温室效应增强。平均温度很可能显著上升。
如果增加的水主要是冰雪： 例如，南极和格陵兰冰盖比现在大一倍。这会增加地球的反照率，反射更多太阳辐射，可能导致平均温度下降。但这是一个非常特殊的设想，因为通常我们说“水多”更容易联想到液态水。
如果增加的水是均匀分布（例如大气中水蒸气多一倍，湖泊河流更多）： 大气水蒸气多一倍，温室效应会大幅增强，即使蒸发也需要吸收热量，但整体能量平衡可能会向升温倾斜。
最直接和最强烈的效应：
从物理学的角度看，增加水体特别是增加水蒸气对地球平均温度的影响，往往是升温效应更显著。这是因为水蒸气作为温室气体的效率极高，而且相对而言，我们能想到的“水多”的情境（除非是大量增加的冰雪），通常会伴随更强的太阳辐射吸收和更旺盛的水循环（导致水蒸气增加）。
所以，尽管存在一些可能导致降温的因素（如云层反射或冰雪覆盖），但如果地球上水的总量真的翻了一番，而且这种水的增加方式不会极端地大幅增加冰雪覆盖（而是更多地体现为海洋、湖泊、河流或大气中的水），那么地球的平均温度很可能会显著上升。
这就像把一个房间的湿度大大提高一样，即使你可能感觉到一丝凉意（因为蒸发），但整个房间会变得更闷热，更难以散热。在地球这个尺度上，这种“闷热”效应会更加明显。
首先，我们得明确“水多一倍”指的是什么？
这里有几种可能的情况：
海洋面积增加一倍： 如果全球陆地被海水淹没，海洋面积翻倍，但水的总体积可能不会翻倍（除非陆地平均海拔非常低）。
全球总水量增加一倍： 这可能意味着大气中的水蒸气、地表水（河流、湖泊、湿地）、地下水、冰川和极地冰盖的总量都翻倍。这是一种更极端的设想。
考虑到问题的普遍性，我们不妨从一个更全面的角度来理解——假设地球上的液态水和固态水（冰）的总体积增加，并且能够以某种方式重新分布，或者说，如果地球拥有比现在多一倍的水资源总量。
水的关键属性及其对气候的影响：
要回答这个问题，我们需要关注水在地球气候系统中的几个重要角色：
1. 高比热容： 水的比热容非常高，这意味着水吸收或释放相同热量时，其温度变化相对较小。海洋作为地球上最大的储水库，能够储存和释放大量的热量，对调节全球温度起着至关重要的作用。
2. 蒸发和凝结： 水的蒸发需要吸收大量的热量（潜热），这能起到降温作用。反之，水蒸气凝结成云或降水时会释放潜热，这会加热大气。
3. 反照率（Albedo）： 地表反照率是指地表反射太阳辐射的能力。水体（特别是深邃的海洋）的反照率通常比陆地（尤其是植被覆盖的陆地）要低，这意味着水体吸收的太阳辐射更多，从而加热地表。纯净的冰雪反照率非常高，会反射大部分太阳辐射，起到降温作用。
4. 温室效应： 水蒸气是地球上最重要的温室气体之一。它能有效地吸收和再辐射地球表面发出的长波红外辐射，从而捕获热量，维持地表的温暖。
那么，当水增加一倍时，会发生什么？
让我们逐一分析可能的影响：
可能导致温度上升的因素：
降低全球反照率，吸收更多太阳辐射： 如果“水多一倍”意味着更多的海洋面积或更厚的冰盖融化（导致水分增加但反射减少），那么地球的总反照率可能会下降。海洋吸收的太阳能比大多数陆地表面多，反照率更低。如果大片陆地被海洋覆盖，或者原本反射性强的冰雪覆盖区域被水体或其融化后的水取代，那么地球吸收的太阳辐射就会增加，这自然会推高平均温度。
水蒸气增加的温室效应： 如果更多的水以水蒸气的形式存在于大气中（比如水循环加速，更多水蒸发进入大气），那么这将显著增强地球的温室效应。水蒸气是强大的温室气体，它的浓度增加会捕捉更多的热量，导致地表温度升高。这是一个非常关键的因素。
海洋环流和热量输送变化： 海洋环流在全球热量分布中扮演着重要角色。如果海洋面积或体积发生巨大变化，现有的洋流模式可能会被打乱。这可能导致热量在全球范围内以新的方式输送，有些地区可能会变暖，而有些地区可能会变冷，但整体而言，由于海洋储存热量的能力更强，并且更易吸收太阳辐射，整体平均温度上升的可能性更大。
可能导致温度下降的因素：
蒸发带走大量热量： 如果更多的水体意味着更活跃的水循环，大量的蒸发将从地表吸收潜热，这本身是一种降温机制。尤其是在水体蒸发旺盛的地区，这个效应会比较明显。
云层增加及其复杂效应： 更多的水蒸气意味着可能形成更多的云。云对温度的影响是双重的：
白天： 云层能反射大部分太阳辐射回太空，起到降温作用。
夜晚： 云层能阻止地表热量散失到太空，起到保温（升温）作用。
总的来说， 低层厚云通常以降温为主，而高层稀薄云则可能导致升温。地球上增加的水量导致云层总量的变化，以及云的类型和分布的变化，将对温度产生复杂的影响。这是一个不确定性较大的因素。
冰雪覆盖变化： 如果“水多一倍”意味着更多的淡水以冰川或冰盖的形式存在，那么这些冰雪的高反照率将反射更多太阳辐射，从而起到降温作用。然而，一旦这些冰雪融化，情况就会反转，变成吸收更多热量并释放水蒸气。
综合来看，哪种效应占主导？
在大多数设想中，“地球上水多一倍”最有可能导致平均温度上升。原因如下：
1. 反照率效应： 如果增加的水以海洋或淡水湖泊为主，它们较低的反照率会使得地球吸收更多的太阳辐射。即使原本有一些陆地被水覆盖，但海洋的吸收能力更强。
2. 水蒸气的温室效应： 这是最关键的因素。水蒸气是最有效的温室气体。即使增加的水量并不完全以水蒸气形式存在，但更大的水体表面积会促进蒸发，导致大气中水蒸气含量增加。这种增强的温室效应会捕获更多热量，使地球变暖。虽然云层的反射作用可以抵消一部分升温，但水蒸气作为温室气体的作用通常被认为是更主导的。
3. 热容量： 海洋巨大的热容量可以缓冲温度变化，但其主要作用是储存和输送热量，而非直接的降温。当吸收的热量增多时，海洋温度也可能升高，并最终将热量释放到大气中。
具体场景的推演：
如果增加的水主要是海洋： 陆地被淹没，海洋面积大幅增加。海洋吸收更多太阳能，水蒸气增加，温室效应增强。平均温度很可能显著上升。
如果增加的水主要是冰雪： 例如，南极和格陵兰冰盖比现在大一倍。这会增加地球的反照率，反射更多太阳辐射，可能导致平均温度下降。但这是一个非常特殊的设想，因为通常我们说“水多”更容易联想到液态水。
如果增加的水是均匀分布（例如大气中水蒸气多一倍，湖泊河流更多）： 大气水蒸气多一倍，温室效应会大幅增强，即使蒸发也需要吸收热量，但整体能量平衡可能会向升温倾斜。
最直接和最强烈的效应：
从物理学的角度看，增加水体特别是增加水蒸气对地球平均温度的影响，往往是升温效应更显著。这是因为水蒸气作为温室气体的效率极高，而且相对而言，我们能想到的“水多”的情境（除非是大量增加的冰雪），通常会伴随更强的太阳辐射吸收和更旺盛的水循环（导致水蒸气增加）。
所以，尽管存在一些可能导致降温的因素（如云层反射或冰雪覆盖），但如果地球上水的总量真的翻了一番，而且这种水的增加方式不会极端地大幅增加冰雪覆盖（而是更多地体现为海洋、湖泊、河流或大气中的水），那么地球的平均温度很可能会显著上升。
这就像把一个房间的湿度大大提高一样，即使你可能感觉到一丝凉意（因为蒸发），但整个房间会变得更闷热，更难以散热。在地球这个尺度上，这种“闷热”效应会更加明显。
网友意见
第一层：
搜索引擎找到地球总水量约 14 亿立方千米，与地球表面积简单比较可知海平面升高程度不足以淹没所有陆地，可沿用现在的气候研究成果计算。海面占比增大、陆地占比减少将引起地球的平均反射率下降，水蒸气还是重要的温室气体。可知地表平均温度将上升。
- 露出的陆地面积减小未必导致成云困难，微生物可以作为凝结核，云的反射率可以在一定程度上对抗水蒸气增量。
第二层：
计算这么多冰彗星干下来导致的升温。
第三层：
上面那个 14 亿立方千米主要评估地表和浅层地下的水，地球大部分的水其实在地核，份量超出想象。你将全太阳系的冰彗星全砸下来也可能没法让它翻倍。
- 早期地球的氢有 75% 以上可能在地核里，因而地核可能包含着地球上的大部分水[1]。这可以部分解释地震速度测量所显示的地核密度。
参考
- ^ https://doi.org/10.1038/s41561-020-0578-1
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