全球变暖作为一种警示，应当说是20世纪70年代才提出的想法，然而作为一门纯科学，它的历史可以追溯到更早以前。丁铎尔：率先对大气层的运行方式做出准确的描述在19世纪50年代晚期，一位名叫约翰·丁铎尔的爱尔兰物理学家便开始着手研究不同气体的吸收性能。他的发现使其率先对大气层的运行方式做出了准确的描述。1820年，丁铎尔出生在卡洛郡。他十七八岁就离开了学校，在英国政府担任测量员。丁铎尔利用晚上的时间自学，随后成为一名数学老师。虽说他不会讲德语，却启程去了马尔堡，师从罗伯特·威廉·本生（“本生灯”就是用他的名字命名的）。丁铎尔取得博士学位（其时这一学位刚刚设立）之后，便遭遇了生计之忧，直到1853年，他应邀去伦敦的皇家科学院作了一场演讲，那里是当时英国最重要的科学中心之一。这次成功演讲之后，丁铎尔获得了一个又一个的演讲邀请。几个月后，他当选为自然哲学教授。他的演讲非常受欢迎，很多后来都结集出版了。这既证明了丁铎尔拥有极高的演讲才能，也证明了维多利亚时代中产阶级对知识的兴趣。丁铎尔后来又到美国做了一次演讲旅行，收入丰厚；他把所得款项委托给一家信托机构代管，用于发展美国的科学事业。丁铎尔的研究范围从光学到声学再到冰川运动，其多样与广博程度令人难以置信。（他是一个狂热的登山爱好者，经常去阿尔卑斯山研究冰雪。）他最为持久的兴趣之一便是热学，而这门学科在19世纪中期发展迅速。1859年，丁铎尔制造出世界上第一台比分光光度计（ratio spectrophotometer），这台仪器使得他能够对不同气体吸收和传输热辐射的方式进行比较。丁铎尔在检验空气中最常见的两种气体（氮气和氧气）时发现，无论是可见光还是红外线，都可以透过这两种气体。而二氧化碳、甲烷和水蒸气等其他气体，却不是如此。就二氧化碳和水蒸气来说，光谱中的可见光是可以穿透的，但红外线不能穿透。丁铎尔很快意识到自己上述发现的意义：他宣布，选择性透光的气体，在很大程度上是行星气候的决定要素。他把这些气体的作用比作拦河大坝：正如大坝“会带来水流局部的加深，大气层作为拦截地球热辐射的一道关卡，也会导致地球表面温度的局部上升”。丁铎尔认识到的这种现象，正是今人所说的“自然的温室效应”。这一现象无可争议地存在；事实上，这一现象也被看作是地球生命存在的基本条件。要想弄清楚温室效应的运作机制，我们不妨想象一下，如果没有温室效应，世界将会怎样？在这种情况下，地球将会持续不断地吸收太阳光的能量，但与此同时，它也不间断地将能量反射回宇宙空间。所有的热物体都放射光热，而它们放射光热的总量由各自的温度决定。[斯特藩玻尔兹曼定律最为准确地表述了这种关系。这一定律指出，一个物体发出的热辐射与物体绝对温度的4次方成正比。P／A ＝σT(P代表能量，单位为瓦特；A代表面积，单位为平方米；T代表温度，单位是开氏度；σ是斯特藩玻尔兹曼常数5.67×10-W／mK）]。地球为了保持能量均衡，其放射到太空中的能量总和必须等于它所吸收的总能量。一旦这种平衡由于某种原因被打破，行星就会变热或者变凉，直至温度再一次让这两股能量流相抵平衡。引自《哲学学报》，第151卷（1861）如果大气中没有温室气体的话，那么从地球表面放射出的能量会毫无阻挡地流逝。在这种情况下我们将很容易计算出，当地球向太空放射的能量与其从太阳吸收的能量完全相等时，地球的热量和温度将会是多少。（当然，对于不同的位置和时令节气来说，能量的差别甚大。如果我们取所有纬度和季节的平均数，那么这一数值大约是每平方米235瓦特，大致等于4只家用白炽灯泡的功率。）丁铎尔计算出来的结果是0华氏度（约-17.8摄氏度），非常寒冷。用丁铎尔带有维多利亚风格的语言来表达，如果空气中不再含有保温的气体，“土地和花园中的热量将会不求回报地将自己注入太空，而太阳将会在一个禁锢于严寒中的岛屿上升起”。由于温室气体具备选择性吸收的特性，它也就改变了地球的环境。太阳光主要是以可见光的形式照射到地球上的，因此温室气体可以让太阳光的辐射自由地通过。但是地球辐射是以红外线的方式发出的，所以一部分的地球辐射就被温室气体阻挡了。温室气体吸收了红外辐射，随后又重新发射这部分光，其中一部分射向太空，一部分放射回地球。于是，这一吸收和再放射的过程就起到了限制能量外流的作用。其结果就是，地表及低层大气的实际温度必须比前面提及的温暖得多，才能向外发射每平方米235瓦特热量。温室气体的存在很好地说明了全球平均温度为什么是更为舒适的57华氏度（约13.9摄氏度），而不是刺骨的0华氏度。丁铎尔患有失眠症，并且年纪越大症状越严重。1893年，他死于水合氯醛（chloral hydrate，一种早期的安眠药）过量，那天是妻子给他用的药。（据传，他临死之前对妻子说：“我可怜的宝贝，你杀死你的约翰啦。”）《灾异手记：人类、自然和气候变化》，译林出版社2022年10月出版，[美]伊丽莎白·科尔伯特（Elizabeth Kolbert）著，何恬 译。阿列纽斯：好奇地探究二氧化碳对全球温度的影响就在丁铎尔中毒身亡的同一时期，瑞典化学家斯万特·阿列纽斯，在丁铎尔停下脚步的地方继续推进着这项研究。阿列纽斯最终成了19世纪的科学巨人之一，但他和丁铎尔一样，人生的开始也并不如意。1884年，当阿列纽斯还是乌普萨拉大学的学生时，他撰写了有关电解质特性的博士论文。（后来他于1903年因为这项工作获得诺贝尔奖，其研究对象即是今日所说的电离作用理论。）大学的考试委员会并未被这篇文章打动，只给它评了个第四等级（non sine laude）的分数。接下来的几年里，阿列纽斯在国外换了一个又一个的职位，最终在家乡瑞典获得教职。直到获得诺贝尔奖前不久，他才入选瑞典科学院，而且即便如此，他的当选仍需面对强大的反对声浪。阿列纽斯之所以会好奇地探究二氧化碳对全球温度的影响，其中的确切原因尚不清楚。他似乎尤其对“二氧化碳水平的降低是否导致冰期形成”的问题感兴趣。[一些传记作者注意到，虽然很难找到什么确实的联系，但他对此问题展开研究之时，正是他和妻子（也是他曾经的学生）分手的那段时间，而她带走了他们唯一的儿子。]事实上，在他之前，丁铎尔早就意识到了温室气体水平对气候的影响，甚至（有先见之明地，但不是完全正确地）推测：温室气体水平的变化，将导致“地质学家的研究所披露的各种气候突变”。但是，丁铎尔的研究从未超越这种定性推测的范畴。而阿列纽斯则下决心计算出：地球温度到底是如何受到二氧化碳水平变化之影响的。他后来将这项工作形容为自己人生中最单调乏味的事情之一。1894年的平安夜，他开始了这项工作。虽然他每天有规律地苦干14个小时，但也还是一直忙了将近一年才接近尾声。他在写给朋友的信中说：“我自从攻读学士学位以来，还从未这样努力地工作过。”1895年12月，他最终向瑞典科学院递交了他的研究结论。用今天的标准来看，阿列纽斯的研究看起来原始而粗糙。他所有的计算都是用笔和纸完成的。他遗漏了有关光谱吸收的重要信息，也忽视了若干潜在的重要的回馈作用。然而，这些缺陷差不多都互相抵消了。阿列纽斯追问道，如果二氧化碳水平减半或者加倍，地球气候将会发生什么样的变化？就加倍的情况来说，他确定全球的平均温度将会上升9到11华氏度，这一结果接近如今最为精密的气候模型的估测。阿列纽斯还取得了一大概念性的突破。其时，整个欧洲的工厂、铁路和发电站都在燃烧煤炭、喷出浓烟。阿列纽斯意识到，工业化和气候变化密切相关，矿物燃料的消耗日积月累，终将导致气候变暖。当然，他并没有意识到这一问题的严重性。由于深信海洋将像一个巨大的海绵那样吸收额外的二氧化碳，阿列纽斯认为空气中二氧化碳的累积速度将极其缓慢。根据他的某次估计，煤炭燃烧再持续3000年，大气中的二氧化碳水平才会增加一倍。或许由于他所生活的年代，又或许因为他是个北欧人，阿列纽斯预期的气候变化的结果从整体上来说有益于人类的生存。在向瑞典科学院发表演讲时，阿列纽斯宣称，其时被称为“碳酸”（carbonic acid）的二氧化碳水平日益升高，将会让未来的一代代人“生活在更温暖的天空下”。之后，他又在自己撰写的众多科普著作之一《正在形成的世界》中，详细说明了这一观念：“由于大气中碳酸比重的增加，人类将能享受到更为温和也更为宜人的气候，对生活在地球寒冷地区的人来说尤其如此。到那时，地球将能生产出更为充足的农作物来养活人口快速增长的人类。”阿列纽斯在1927年去世后，人们对气候变化的兴趣减少了。很多科学家坚持认为，即便二氧化碳水平真的在升高，增速也非常缓慢。基林：研究更准确测量大气中二氧化碳含量的新方法20世纪50年代中期，不知出于什么原因，一个名叫查尔斯·戴维·基林的年轻化学家，决心研究更为准确地测量大气中二氧化碳含量的新方法。（后来，他将这一决定的理由归结为他觉得装配这些必要的设备“非常有趣”。）1958年，基林说服美国气象局在新气象台使用他的技术来监测二氧化碳。这一气象台的海拔高达11000英尺，位于夏威夷岛上的莫纳罗亚山侧翼。从那时起，这种二氧化碳的测量工作就在莫纳罗亚山延续至今。这些被称作“基林曲线”的测量结果，也许可以称得上是迄今为止最为广泛发行的一套自然科学数据了。从图形上看，基林曲线像是一段倾斜的锯齿边。每一个锯齿对应一年。二氧化碳的水平在夏季降到最低点，此时北半球的树木因为光合作用而吸收它；二氧化碳又在冬季增长到最高，其时树木都处于休眠状态。（南半球的森林较少。）同时，曲线的倾斜向上表明了年平均值的增长。引自斯克里普斯海洋学研究所莫纳罗亚山二氧化碳水平的第一次全年监测是在1959年，当年的平均值为316ppm。接下来的一年，这一平均值达到了317ppm。这一结果促使基林发现，学界目前有关海洋吸收二氧化碳的假设有可能是错误的。到1970年，二氧化碳水平已经达到325ppm，1990年上升至354ppm。2005年夏天，二氧化碳的水平已经达到了378ppm。如今，已经差不多上升到了380ppm。按照这一速度，到21世纪中叶，这一数值将达到500ppm，差不多是前工业化时代的两倍。也就是说，比阿列纽斯的预言提前了将近2850年。（作者伊丽莎白科尔伯特，系美国记者，《纽约客》特约撰稿人和环境评论员，常年行走在世界环境变化的报道一线，以惊心动魄的文字和严谨科学的考据，为世人传来冰川消融、物种灭绝和气候变迁的消息。因收录在《灾异手记》中的“全球变暖”系列报道获美国全国期刊奖，因《大灭绝时代》获普利策非虚构作品奖，她与比尔盖茨和阿尔戈尔一起，位列我们这个时代最重要的环境观察员和行动者。本文摘自《灾异手记》一书，澎湃科技获授权转载。）(本文来自澎湃新闻，更多原创资讯请下载“澎湃新闻”APP)
