未来地球会变暖还是变冷?人类会迎来冰河时代吗?

目前地球表面有2/3被海水覆盖,不去地球两极,我们很难看到地球其他地方常年被冰雪覆盖的景象;

而且自18世纪人类进入工业时代以来,大量能吸收长波红外线的气体,如二氧化碳、甲烷、水蒸气等,像厚厚的棉被一样覆盖在地球表面。

导致全球平均气温不断上升,极地冰盖退化、高山冰川融化、北极永冻土解冻、海洋酸化等一系列环境问题成为人类面临的最大挑战,甚至将影响人类未来的生存。

但我们也知道,地球历史上也有过周期性的冰期。冰河时期,地球两极的冰盖会延伸到低纬度的地球,甚至赤道附近,地球就像一个大冰球。

因此,影响地球温度的并不是人类排放温室气体的一种效应,而是地球在太阳系中的轨道运动也会周期性地影响地球温度;

那么问题来了,未来地球的温度会不会因为地球相对于太阳的轨道变化而降温,甚至人类会不会在未来迎来一个冰河时代?

换句话说,是不是人类排放的温室效应对地球温度影响很大?还是地球轨道参数的周期性变化对地球温度的影响很大?

的确,如果没有人类,地球表面的温度只会随着地球相对于太阳的轨道参数的变化而变化。而这种变化确实会导致地球在某个时期进入冰河期,世界会被冰雪覆盖。

现在我们知道地球绕太阳公转的轨道是一个椭圆,偏心率只有0.017,可以说是非常接近一个圆了,而且地球还在每时每刻绕着自己的旋转轴旋转,轴倾角为23.5度。

目前,地球四季的变化主要是由地轴的倾斜引起的。例如,在北半球的夏季,地球在公转轨道上的运动会导致北半球朝向太阳,太阳在夏季至日会完全直射到北回归线;

在北半球的冬天,上述情况正好相反。春秋两季,地球在公转轨道上的位置导致太阳直射赤道。

这就是地球四季变化的原因,但并不总是这样,也就是说,地球的轨道参数会随着时间而变化。

这种变化来自太阳和月亮的影响,以及木星和土星对地球轨道的引力,主要表现在三个方面:

首先,我们熟悉岁差,即地球自转轴的进动,它并不总是指向一个方向,而是像陀螺的轴一样旋转;

其次,现在地球轴向倾斜的角度是23.5度,但是这个角度会有微小的变化;

最后,地球绕太阳轨道的偏心率会发生变化,从而导致轨道形状的变化。

这三个因素对地球温度的影响会最大,也是地球周期性进入冰河期的主要因素。

岁差

上面说了岁差是由地球自转轴的转动引起的,这种转动的幅度在每一年都会很小,但也会带来轻微的变化;

因为节气中的二分点和至日点是地轴垂直于地球和太阳连线的位置;以及地轴指向地球与太阳连线的方向。

这将导致恒星年和回归年之间大约20分钟的差异。

恒星年是指地球在365天的6点09分绕太阳一周的时间是10秒,而回归年是指地球从今年春分到下一个春分的时间是365天5小时48分46秒。

这就是为什么我们每年都会定期在日历中加入闰日,以便将来抵消它们之间的差异。

地轴的旋转是由两种效应叠加造成的:

其中之一是月球和太阳引力引起的地球岁差。这个效应导致地轴一周的周期为257,765,438+0年。另一个因素是地球轨道近日点的岁差,也就是拱线的岁差;

主要是木星和土星的引力造成的,这种效应也会造成地轴同向进动,周期为112000;

两种效应叠加,地轴进动的周期是23000年。所以地轴的方向会变,我们心目中的北极星也会变。织女星将在大约13000年后成为我们的北极星。

而地轴的岁差只会引起季节性的气温变化,即北半球或南半球的气温会出现夏季较热或冬季较冷的情况,并不会影响地球整体或较长时期的气温变化。

所以,转轴的岁差不是地球进入冰期的主要原因,也不能抵消人类造成的温室效应。

轴向倾斜

我们地球高纬度地区的年气温变化得益于地球23.5度的轴倾角。在地球公转过程中,这种倾斜会改变阳光直射的纬度,也会带来各地的气温变化。

但地球的轴倾角并不总是固定的,它会在22.1度到24.5度之间来回波动,周期为41000年。

这个角度差很小,只有2.4度,而火星的地轴倾角虽然与地球相当,但其倾角波动范围是地球的10倍。

原因是地球有月球,可以很大程度上保证地球从轴向倾斜的稳定性。就像一个极限走钢丝的人拿着平衡杆,但是火星没有这么大的卫星。

虽然轴倾角的变化不会影响地球一年接收的太阳能总量,但轴倾角的变化确实会极大地影响地球高纬度地区一年接收的太阳能;

这个道理其实很简单。你看,轴倾角小的时候,一年的阳光大部分会射向低纬度。当轴倾角较大时,地球的两极会有更多的时间受到太阳光的照射。

因此,大的轴向倾角会导致地球两极冰川迅速退化,小的轴向倾角会导致地球两极更冷,冰川继续向低纬度延伸;

整个地球会积累大面积的冰盖,会反射更多的太阳光,让地球的温度更冷,这其实是地球周期性进入冰期的主要原因。

目前我们的地轴倾角在最大值和最小值之间,未来还会继续减小。科学家预测,10000年后,我们将迎来地轴最小倾角。

所以,如果没有人类,未来地球会再次经历一个非常寒冷的时期,也就是1年到20000年之间,主要是高纬度地区,冬天和夏天会变冷,南北极的冰川会继续向下延伸。

但是这种效果能抵消人们对地球的印象吗?我们以后再谈这个。

地球轨道的偏心率

虽然地球轨道的偏心率很小,非常接近一个正圆,但是这个形状并不是固定的。受太阳系其他行星引力的影响,地球轨道的偏心率也呈周期性变化,这种变化的周期分为两种:

地球轨道的偏心率会从0(正圆)变成更大的偏心率,周期为10万年;每隔40万年,地球轨道的偏心率就会迎来最大值0.07。

目前我们地球轨道的偏心率是0.017,很小,所以近日点和远日点的距离相差不大,只有3.4%,接收到的太阳辐射强度相差7%。

因此,地球的近日点和远日点对地球温度的影响很小,并不是地球四季变化的主要原因。

相比较而言,火星就不一样了,它的偏心率是0.09,这使得火星的四季变化实际上与近日点和远日点有关,而不是它的轴向倾斜。

当地球的偏心率达到最大值0.07时,近日点和远日点接收到的辐射能量之差会增加到23%。此时,地球的四季可能以离太阳的远近为主导。

轨道偏心不仅会影响未来地球四季的变化,也是唯一能影响地球全年接收太阳能总量的因素。

我们认为地球轨道的偏心率越大,全年接收的太阳能总量越高,但这种影响仍然很小。如果最大偏心率接收的太阳能总量为1,那么地球圆形轨道接收的能量为0.9975。

可以说变化不大,不足以影响地球整体环境。

以上所有因素在人类对地球的影响面前都是微不足道的。基本上从上世纪初至今,全球平均气温上升了1度,这只是100年的短暂时间。

以上能让地球降温的因素,需要几万到几十万年。如果本世纪气温上升约1度,没有任何自然因素可以使地球降温。

你看,轨道偏心率达到最大需要40万年,它带来的太阳能总变化只有0.014%。我们上面说的主要是导致地球周期性进入冰期的轴向倾斜,每年只有0.0002%的极地能量可以转移到赤道,周期为4万年;

11年的太阳黑子周期会使太阳进入所谓的极小期,即太阳光度的周期性变化,但这种能量变化只有0.08%,与人类造成的全球变暖相比也是小巫见大巫。

所以,只要人类存在,地球的温度就会升高。至于上升速度会不会放缓,就看人类对温室气体的控制了。

我们以后再也看不到地球进入冰河期了。除非人类消失。