DDS012-「400 ppm CO2」

對於闗心「全球暖化（global warming）」和「氣候變遷（climate change）」這類議題的讀者，這個月（5月 20 日）美國國家大氣海洋局（NOAA；National Oceanic and Atmospheric Administration），發佈了其最新測得大氣中二氧化碳氣體（CO₂）濃度的最新數據：「CO₂ 已達 400 ppm（parts per million；為濃度單位，意指百萬分之一）！」這是地表大氣中 CO₂ 濃度，自過去 250 萬年以來，首度僅見的最高值。為了遏阻其濃度持續增加，可能帶來對全球暖化的進一步惡化，世界各國政府同意，將共同致力使其濃度，維持在 425-450 ppm 的水準以下，因為科學家們相信，到了這個濃度，地表年均溫將相應增加 2 ^oC ，這個 2 ^oC 溫度門檻又被認為是，地表氣候開始惡化並步上「不歸路的起點（a point of no return）」，甚至從此有如「脫韁之馬，回天乏術」。

因此，目前這個「400」數字本身，除了是 100 的倍數好記以外，並沒有什麼特殊意義〔註：科學家們重視的是，CO₂ 在我們大氣層中，增加的趨勢和速率。〕雖然如此，它當然是一個警訊，再次提醒我們，在全世界擕手共同致力於，「減少二氧化碳氣體排放」的努力和作為上，顯然還是有所不足，而且幾乎是無能為力的。也就是說，現今人類社㑹對「化石燃料（fossil fuel；主要包括煤和石油）」的需求和依賴，在可預期的未來二、三十年間，可能還是難以有效改變的，也就是美國前總統小布希（George W. Bush）所說的：「我們對化石燃料的使用已經上癮了（we're addicted to fossil fuels）」〔註：所有各種「綠色替代能源」，如太陽能、風能、潮汐等，迄今尚未能達到量產的經濟規模和條件。〕因此，面對這種人為 CO₂ 持續排放，所引致「全球暖化」和「氣候變遷」的可能苦果，看來我們以及後代的子孫，只有提早做好心理準備，因為未來他們將面對一個，和他們父母、祖輩完全不同的氣候環境（例如「極端氣候」和「天然災害」事件出現的頻率和強度）。

要進一步了解， CO₂ 濃度和「全球暖化」間的関聯性，我們必須先了解它在我們大氣層中所扮演的角色。首先，衆所周知，地表的大氣（即我們平日呼吸的空氣），主要是由氮氣（佔 78%）和氧氣（佔 21%）所組成，CO₂ 只佔其中極少的一部分〔註：即使以目前之含量 400 ppm 來看，也只不過是所有大氣組成氣體中的萬分之四而已〕。但是，由於它的物理化學特性，當它存在於地表上空的大氣層中時，它能有效阻滯，地表紅外線輻射（infrared radiation）的熱量回到外太空去，使得地表的溫度，能穩定維持在一適合生物（包括我們人類這個物種）滋長生存的溫度（平均約為 15 ^oC）。因此，這 CO₂ 在大氣層中的存在，對地球而言，就如同一天然的「溫室（greenhouse）」，它也進而被匿稱為「溫室氣體（GHG；greenhouse gas」〔註：這種「溫室氣體」還包括甲烷（methane）、一氧化氮（N₂O）和一些人為製造如冷媒的氟化物氣體〕。下圖所示（source：EPA report），即是此種「溫室效應」作用的原理。

依此，這 CO₂ 在我們大氣中的存在，本是好事一椿，可是壞就壞在，自十九世紀中葉（西元 1850 年）開始的「工業革命（Industrial Revolution）」，人類社會由於人口增加、都市開發，大量砍伐森林，以及使用「化石燃料」做為主要的能源，使得大氣中的 CO₂ 濃度不斷的攀升，而且隨著文明的加速進展，這種攀升的速率也愈來愈快（目前的速率為每年約 2 ppm CO₂）。〔註：「森林的砍伐」直接滅少了植物行「光合作用（photosynthesis）」時，原本所需對 CO₂ 的吸收，使得大氣中的 CO₂ 無法從大氣中移除，而「化石燃料的使用」又不斷的將 CO₂ 加到大氣中，此兩效應的淨結果，造成大氣中 CO₂ 的逐日累積，導致目前似乎一發不可收拾的地步。〕

這些自「工業革命」後，所累積在我們大氣中的 CO₂ ，由於它伴隨引發的「溫室效應（greenhouse effect）」現象，使得地表的溫度，也就一天天變得愈來愈高，造成了今天大家熟知的「全球暖化」現象。下面左右兩圖（source：National Park Service）即是用來說明，地表大氣層中，由於更多人為 CO₂ 的加入，使得「溫室效應」加強，進而增加了的地表的溫度。

為了進一步證實（並確認），地表大氣中 CO₂ 濃度的增加，是來自「人類活動（human activity）」的結果，科學家們早自 1958 年開始，即以當時任職於「加州大學聖地亞哥分校」，「Scripps 海洋研究所（Scripps institute of oceanography）」的 Charles David Keeling 教授（西元1928-2005）為首，在美國夏威夷 Mauna Loa 火山頂上，建立了一座長期觀測站，採集當地的大氣標本，進行 CO₂ 濃度的測定工作，迄今己超逾半個世紀〔註： Charles Keeling 教授不幸於 2005 年過世，接續下來的工作，由其子 Ralph Keeling 克紹其裘，繼續進行中〕。下圖（credit：NOAA）即是自 1958 年以來迄今，大氣中 CO₂ 濃度的遞增趨勢，由於此曲線為 目前科學界在探討「全球暖化」這個議題上，有闗 CO₂ 在大氣中逐年遞增，最直接和最有說䏜力的證據，學界為表彰 Charles Keeling 教授的貢獻，稱之為「麒麟曲線（Keeling curve）」〔註：為了英文發音的雷同及讓中文讀者好記，我就直接譯成「麒麟」，請多包涵。順便一提，英文的 「dragon」 ，指的是「龍」，而「chinese dragon」指的是「麒麟」，不是「中國龍」。〕

上圖中紅色曲線的上下變動，則是反應了地表（包括陸地和海洋）植物的每年生長周期：春夏季時，由於植物需使用大氣中的 CO₂，進行「光合作用（photosynthesis）」，因而降低了大氣中的 CO₂ 濃度；反之，在秋冬季時，植物進行「呼吸作用（respiration）」，釋放出 CO₂ ，因而使得大氣中的 CO₂ 濃度增加。此種地球大氣層中，季節性的 CO₂ 濃度變化，常被引喻為地球的「呼吸」，只是地球的「呼吸」是一年才一次，不像我們一般人的「呼吸」，大約每分鐘就一次。