封闭的温室大棚之所以可以产生温室效应,那是因为在太阳光辐射下,封闭大棚只能进入太阳光的短波辐射,而截留转化的长波辐射却被阻档在大棚内,于是大棚内产生了光辐射能量交换的不对等、于是产生了温室效应;那么温室气体吸收热量与扩散热量机制也会像封闭温室大棚一样吗?答案显然是否定的。
首先温室大棚是倒闭的,而分布于地球任何空间或地表的温室气体并非是封闭的,也就是说温室气体自身并不存在阻挡长波辐射散热的封闭机制;其次如果我们假设封闭的温室大棚没有温室气体,如果是接近真空的空间,那么此时温室大棚会因为没有温室气体存在,气温不会上升吗?恰恰相反,没有温室气体或没有任何气体的大棚气温将会更高、因为同等热量的空间容积、物质越少即热容量越小空间气温会越高、即温室效应越明显。反而是温室气体浓度大的大棚温室效应将会越小,这一事例告诉我们温室大棚产生的温室效应现象并不是温室气体直接作用结果,而是空间封闭的结果,在封闭环境条件下任何气体都可以产生温室效应结果、温室气体含量越低反而温室效应越明显。这是一个温室气体可以导致温室效应的悖论,否则岂不是大棚温室气体含量越高气温会越高吗?;其三、温室气体之所以容易误解为温室效应,那是因为我们把温室气体想当然地理解固化为一潭吸热死水,看成是没有运动没有扩散放热和不能平衡交换热量的气体,气体容积固定不变的静止物结果。事实上温室气体是流动的,不仅会产生水平方向流动、并且会随着气温增加、温室气体还会产生垂直方向流动即上升运动,以球体积膨胀方式迅速扩大热量扩散空间、使得原来相对较小扩散空间瞬间转化为一个较大扩散空间,加快气温扩散传递冷却,加快地表热量向上传递、水平传递扩散降温,并且最终又可以以降雨形式把高空冷源降自地面,从而降低地表气温作用,尤其是像水蒸气这样的温室气体由于自身分子量小即相等容积下分子量较轻,决定了其水分子在携带同样热量同样气温条件下是向上扩散逃逸的,故在同等光辐射能量照射下,水汽大的区域比干旱荒漠缺水区域气温低得多,青山绿水区域比寸草不生戈壁滩气温低。所以夏季有喷泉公园、广场会比没有喷泉地方感觉舒适凉爽。夏季洗澡后之所以也会感觉凉爽,那是同样身上水分子携带了身上热量快速离开的结果,是液体水转换为气体水吸热放热结果,在这一过程中,我们仅仅是看见了液体水、温室气体热容量大、快速吸热一面、却忽略了温室气体迅速扩散放热的另一面,因而就很容易误解温室气体就是暖化气体;其四、分布于空间的温室气体同时也类似于遮阳伞功能,减弱了光辐射强度,从而降低了气温、如果假设日地之间空间充满了温室气体,那么照射到地球地表的光辐射将会无限接近于零,就像海底水温很低那样,同样如果地球周围空间存在着越多像云层密布那样的温室气体,那么地球地表气温意味着将会大幅度降低。
本质上地表气温高低是由大气温室气体含量多少来决定的,只不过是这里的温室气体绝不仅仅是二氧化碳气体,而是多种温室气体累计含量。二氧化碳在空气中的含量大约是385ppm.这里的单位ppm,是“每百万分子数的含量数目”.而水蒸气在地球大气中的含量却高达 1,000-40,000ppm.空气中的水蒸气含量变化很多.在寒冷的两极地区,水蒸气的含量很低;在酷热的赤道地区,水蒸气的含量可能达到 40,000ppm.根据美国宇航局的地球数据表,水蒸气的通常含量是1%,即10,000ppm.二氧化碳气体含量是0.0385%。按照这个数值,与二氧化碳的含量相比,水蒸气的通常含量,是二氧化碳的26倍之多.假定水分子与二氧化碳分子的温室效应是等同的.那么单单从分子数目上来看,水蒸气的温室效应就要远远地超过二氧化碳26倍.
事实上,一个水蒸气分子,与一个二氧化碳分子,他们的温室效应效应是不同的.水蒸气的温室效应要远远高于二氧化碳.二氧化碳的唯一显著的吸收频段是在15微米的那个峰值,其他的峰值,因为过于狭窄,吸收的能量很少.水蒸气,从0.8到8微米的多个吸收峰,其中就有两个比二氧化碳的峰宽.从10微米以上,水蒸气的吸收频率几乎是连续不断的,更是与二氧化碳无可比拟.因此,即使在同等浓度下,水蒸气的温室效应也是二氧化碳的很多倍。因而用只是占到同是温室气体的水蒸气含量的26分子一的二氧化碳含量上升来推论地球暖化结论是经不起理论推论的。
真正影响大气综合温室气体含量因素是水汽含量,尽管工业化的进程推动了大气二氧化碳气体的排放,可能导致增加了大气二氧化碳含量(因为人工排放二氧化碳仅仅是生物排放3%),但工业化文明进程却加快了大气水汽含量急剧下降却是毋庸置疑的:其一、工业化无疑导致了森林大量砍伐,绿地植被面积缩小,加快了原始生态的破坏,导致了原来大量绿色植被天然向大气输送水蒸气途径萎缩;其二、极大地削弱了原来可以被植被截留的循环雨水,使得荒漠秃山降雨径流直接流失下渗,停止了雨水大气的再循环;其三、工业化排放二氧化碳过程更是排放污染物的过程,正是大气污染物风尘颗粒增加、加快了水汽凝聚降雨机制,就像人工降雨道理一样。降雨虽然带来暂时凉爽降温,但长时间带来的是大气水汽含量的减少,光辐射强度增加,地表气温上升加快;其四人为堵截江河导致了江河水面积缩小、沿岸江河水汽蒸发量大幅度降低,导致沿岸区域气温上升;其五、江河湖水面大量污染也降低了水汽蒸发;城市的扩张增加了热岛效应、热岛效应本质上是因为城市钢筋水泥、固化路面代替了农村绿地、失去了水循环降温机制、大幅度降低了以水汽为主的温室气体造成恶果。
那么到底是什么因素导致了地球气温长期不断暖化趋势,即大气水汽等温室气体含量逐步减小呢?笔者以为:1、可能是日地距离逐渐减小,太阳光辐射强度长期增强趋势;2、地球自转越来越慢,就像洗衣机滚筒甩干速度降低、离心力降低甩干时间增加那样,地球热量离心力下降导致热量逃逸力下降;3、地球自转越来越慢导致了漂浮于空间气体物质旋转速度下降重量增加,加快了物质坠落,使得大气厚度云层厚度降低(像赤道得益于自转线速度大故大气厚度远比两级自转线速度小的大气厚得多),增加了大气透明度,同样增加了光辐射热量;4、地球膨胀导致了地球更加崎岖不平,使得山脉海拔、陆地平均海拔高度不断上升,造成地球裸露面积增加,陆地粉尘颗粒增加加之火山喷发都导致了大气颗粒物质增加,增加了水汽的凝聚核、导致了大气水汽不断减少;5、山脉、陆地海拔上升使得降雨径流以下渗损耗的方式流入海洋,造成陆地更加干旱、恶化了陆地水汽循环生态环境,以致形成更多沙漠戈壁景观;6、地球膨胀导致地面引力下降,容易导致较轻的气体物质逃逸地球比如氢气等气体、容易导致高空气体逃逸,同样造成大气厚度的变薄,增强了光辐射。
正是远古地球气候得益于曾经的高浓度温室气体,(奥陶纪至白垩纪末期以前时期,大量体现当时地球环境特征的动植物化右均显示)地球大气层的密度和厚度远远超过现在,大气二氧化碳浓度也远远高于现在(6亿年前二氧化碳浓度12000ppm),全球都是非常潮湿的气候环境。那时极地和赤道温差很小,南极、北极都发现了恐龙足迹。地表较为平坦,沼泽遍地、以雨林为代表的地球绿色植物曾经创造了无数的煤矿供我们今天人类享用;正是那时期的繁茂植物产生巨大食物量支撑了庞大动物恐龙时代需求;正是那时期所谓“暖化”气候创造的巨大无数动植物有机物造就的丰富石油供我们人类开采。试想今天陆地气候生态怎能与那时期“湿润”气候相比,今天的气候生态怎能创造生产出地球到处都是雨林绿色植物的壮观景色吗?正是大气减少所能容纳的温室气体热量不断减少逃逸演化结果、导致沙漠戈壁滩干旱生态出现;正是温室气体大幅减少、导致了今天气候温差出现不断扩大的趋势;使得今天极端恶劣气候不断加剧趋势。事实上过去时期的高浓度温室气体气候,对于今天人们,是一个多么遥远奢侈梦幻,真正的温室气体湿润气候已离我们越来越远,在我们抱怨二氧化碳浓度近代上升时,事实上大气温室气体总量却在不断减少中。