2023年8月4日 星期五

失控的地表溫度:溫室效應的臨界點

      「多子多孫」是所有民族古老的願望:石榴在中國和印度都被視為吉祥物,象徵著多子多孫;平安朝的日本人喜歡紫籐,也是因為取義「子孫累累,有如花絮」;而《舊約》裡的耶合華則許諾亞伯拉罕「我必多多降福你,使你的後裔繁多,如天上的星辰,如海邊的沙粒。」
      但是,溫室效應將會使地球溫度持續升高,很多人可能不會想看到自己的後裔活在22世紀的烤爐裡。
      有些人或許以為:只要我們及早降低碳排,也許就可以避免這個厄運。但是,只要你真懂「暖化臨界點(tipping point)」這個詞,或許就會再也樂觀不起來!
      台大教授群主持的「科學Online」網站曾在2011年以〈地球氣候已到臨界點?〉一文介紹「暖化臨界點(tipping point)」一詞,環保團體約莫在2016年左右開始介紹這個詞,而台灣的大眾媒體則是在2020年左右才開始使用這個詞,而其翻譯則至今尚未統一;至於知道其真實意涵的人,可能極其稀少。

tipping point:雪上加霜,火上添油
      「tipping point」的最佳翻譯或許是「失控點」,就像 Merriam-Webster 線上詞典說的:「the critical point in a situation, process, or system beyond which a significant and often unstoppable effect or change takes place」。就暖化這個議題而言,「tipping point」指的是一個地球溫升的臨界點,一旦跨過那個臨界點,即便人類不再排放任何溫室效應的氣體,地球也已啟動一系列的「自行加溫」機制(此即所謂的「tipping」),因而地表溫度將會持續升溫到一個新的穩定平衡點(stable equilibruum point)為止。

tipping point 不只一種,且彼此加成、「相得益彰」
      這些「自行加溫」的機制有很多種。其一,氣候暖化已經使得西伯利亞的永凍土持續溶解而導致巴塔蓋卡巨坑持續擴大,也因而釋放出永凍土中大量的暖化氣體甲烷和二氧化碳。其二,南北極與各地的冰河會反射陽光,一旦南北極與冰河面積縮小,就會減少太陽光的反射量,而導致地表溫度上升;而地表溫度上升則會加速寒帶永凍土的溶解,加速釋放暖化氣體而進一步加大地表溫度的上升速度,也同時加大南北極與各地的冰河的退縮速度。其三,地表溫度上升會導致海洋表面大氣壓力下降,海洋表面大氣壓力下降會使海水中暖化氣體甲烷和二氧化碳的溶解率降低,因而釋放出原本在海水中的暖化氣體,從而導致地表溫度上升,而這個「正回饋(positive feedback)」機制(或「自行加溫」的機制)會跟前述兩個「自行加溫」機制形成「火上加油、雪上加霜」的彼此強化作用,使得地表「自行加溫」的機制日益強烈。除了上述三個「自行加溫」的機制之外,還有好幾個「自行加溫」機制,且研究人員還在持續發現新的機制中。

沒有人知道地表最終溫度會有多高,惡化速度會有多快
      上述的「自行加溫」機制是一系列非線性的動態行為,也可以從非線性系統理論的角度加以理解(闡述)。
      從非線性動態系統理論的角度講,上述的「自行加溫」機制就是:地球原有的溫度平衡機制被人為的碳排與溫室效應所破壞,導致地表溫度持續上升;當地表溫度上升到某一個臨界點(tipping point)或某一個臨界狀態(critical state)時,原有的溫度平衡機制會從穩定的「負回饋」(negative feedback)改變為「正回饋」(positive feedback)並且使整個系統變成不穩定(unsatble)。(註:這是非線性系統的特徵,不可以用大學部或碩士班的線性系統理論去理解。有興趣深入的人可以查閱「Phase plane analysis of nonlinear system」的相關文獻。)
      學術界對於非線性動態系統理論的了解有限,對於氣候暖化的 tipping point 機制也還在持續了解中,因此我們只能從已知的學理和事實中推測:當一個非線性動態系統從一個穩定狀態被推移到不穩定區域(unstable region)時,它會失去平衡而自行持續偏移原本的狀態(譬如,持續升高地表溫度),同時它的溫度平衡機制也會隨著溫度的上升而改變,直到達成一個新的平衡狀態(溫度)與平衡機制為止。問題是,以學術界的既有知識,我們不知道那個新的平衡狀態(溫度)會是幾度,是不是會讓人類無法長時間待在戶外,而只能活在人造的環境內(室內、車內與有空調設施的運輸工具中)。
      此外,我們可以確定的是:南北極與陸上的冰河面積早已持續在溶解,西伯利亞的永凍土也在加速溶解中,而亞洲與美洲的雨林也在持續被砍伐。因此,有些局部的「自行加溫」機制已經被啟動,一旦這些「自行加溫」機制的效應壓倒了地球原有的溫度平衡機制,就會從此進入「不可逆」(irreversible)或失控的「自行加溫」(即便人類不再排放任何溫室效應氣體,地表溫度也會持續上升,直到新的平衡狀態為止)。
      為了避免這個噩夢,我們的溫室氣體的減排成效必須足以抵銷這些「自行加溫」機制的總體效應,否則地表溫度必然會失控。

電動汽車:不必然是「隧道盡頭的微光」
      然而迄今為止我們的暖化氣體減排速度不但不足以抵銷前述已被啟動的「自行加溫」機制,甚至我們所排放的暖化氣體還在增加中(扣除2020&2021年因為 COVID 導致全球消費與生產的下降不計),頂多只是增加的速度或許正在略為緩慢一點而已。
1970-2021地表溫度(2022起為預測值)
本圖原出處:Nature, by Zhu Liu, et. al.

      中國全電式汽車以超乎歐美日大廠所能預期的速度快速上市,將會引發全球大廠爭搶市占率的戰爭,也會逼迫各國政府採取有助於加速電動汽車產業發展的「基礎建設」(包含立法、獎助大學的研發、鼓勵消費、廣設充電站等)。然而電動車的電能來自電廠,如果電廠的碳排超過汽車的碳排,電動車的發展只會讓局勢惡化,而不會改善局勢。
      以中國為例,她近年內增設的燃煤電廠很有可能超過綠能電廠,如果這個趨勢繼續下去,由燃煤電廠提供原始能源的電動車將會是氣候暖化的噩耗,而非福音——除非綠能發電的擴張速度跟得上電動汽車的擴張速度。
      況且,汽車只不過是暖化的關鍵因素之一而已,我們對動物蛋白質無止盡的渴望與浪費是另一個暖化的關鍵因素,其重要程度不下於汽車,卻沒有任何國家的政府在針對此研擬政策。
      總體而言,我是極其悲觀的。

你會希望自己的子孫「瓜瓞綿綿」嗎?
      如果我們最終全面地觸發了 tipping point 的所有機制,地球有可能會像烤爐一般地熱。那時候,我不知道會有多少人還在嚮往「瓜瓞綿綿」的未來,又會有多少人寧可自己是「最後的一代」。