許多時候，我們看到或聽到這樣一種演說，并把它當(dāng)作事實：我們這個星球的溫度就像是一輛剎車失靈的汽車，正在以一種失控的速度狂飆，如果現(xiàn)在不設(shè)法讓它停下來，就會有災(zāi)難性的后果。確實，在過去100年里全球平均氣溫呈現(xiàn)不斷上升的趨勢，但氣溫上升的速度有多快？未來究竟會怎樣？并沒有統(tǒng)一的認識。那么我們不禁會疑惑：全球繼續(xù)變暖會進入溫暖期嗎？地球又為何會切換冰河期與溫暖期？我們不妨回溯到推理的開始，去深究隱藏在冷暖干濕中的氣候變化真相。
圖為由于全球變暖，海平面升高20多米后，站在“東方明珠”上向下看的“上海淹沒”假想圖。
眾所周知，地球從誕生至今已有46億年的歷史，就我們目前所能了解的20億年地球氣候史中，地球就曾幾經(jīng)“寒暑”：歷經(jīng)三次大的冰河期和兩次“超級全球變暖”期，即介于三次大冰期之間的大間冰期。在每一個大的冰河期中，也存在著許多次冷暖變化，科學(xué)家稱之為亞冰期和亞間冰期，即小冰期和小暖期。雖然時間尺度不同，但冰河期都具備一個共同的特征——氣候寒冷，冰川廣布，海面下降，生物稀少。而各個溫暖期則是冰川消融，海面上升，生物繁衍。
人類的“老祖母”路西屬于南方古猿的阿法種，生活在距今370萬—300萬年前的東非，身高1~1.5米。
在250萬年前，許多物種在寒冷中滅絕，人類古猿卻在寒冷中誕生，此后無論是挑戰(zhàn)生存的第四紀冰河時代（末次冰期），還是萬物更生的全新世大暖期，人類一直都在用自己的智慧走在進化的路上，并抓住每次小暖期，推動人類文明一次次的興盛。如今人類文明正處于1.5萬年前開始的間冰期，在第四紀更新世的冰期—間冰期氣候旋回交替平均每次約10萬年，而決定旋回因素的便是地球本身的軌道參數(shù)和所在的星系軌道參數(shù)。
地球在太陽系的八大行星中自內(nèi)而外排行第三，日地距離平均為1.496億公里。
地球軌道參數(shù)—影響以萬年為尺度的地球氣候
要理解地球軌道參數(shù)對氣候的作用，就要先了解地球在太陽系的位置和公轉(zhuǎn)角度。我們知道地球在太陽系中自內(nèi)而外排行第三，日地距離平均為1.496億公里，這里之所以說“平均”，在于地球圍繞太陽運行的路徑，并不是一個圓形軌道，而是一個大體呈偏心率很小的橢圓軌道，如近日點便只有1.471億公里，所以地球到太陽的距離變化在1.471億～1.521億公里之間，這造成了地球受到的太陽輻射存在變化。
地球圍繞太陽運行的路徑而是一個大體呈偏心率很小的橢圓軌道，黃赤交角變化周期為4.1萬年。
最終日地距離和位置的變化，導(dǎo)致地球軌道偏心率以9.6萬年為一個變化周期；黃赤交角以4.1萬年為一個變化周期；歲差現(xiàn)象以以2.6萬年為變化周期。這其中黃赤交角指地球圍繞太陽公轉(zhuǎn)的黃道面與地球自轉(zhuǎn)的赤道面之間相交的角度（地球自轉(zhuǎn)也并非平面，而是存在約為23°26'的角度），而黃赤夾角的變化范圍為22°1'—24°5'，以41000年為一個周期。
地球公轉(zhuǎn)、自轉(zhuǎn)與地軸傾斜角示意圖
當(dāng)?shù)剌S傾角增大時，高緯度地區(qū)受到的太陽輻射增加，赤道受到的太陽輻射減少，同時地軸傾角越大，地球冬季和夏季受到的太陽輻射差別越明顯，而這些差別會以“蝴蝶效應(yīng)”的形式影響地球氣候的變化。
地球自轉(zhuǎn)軸的方向逐漸漂移，追蹤它搖擺的頂部，大約25800年的周期掃掠出一個圓錐。
至于歲差現(xiàn)象則指天文學(xué)中一個天體的自轉(zhuǎn)軸指向因為重力作用導(dǎo)致在空間中緩慢且連續(xù)的變化現(xiàn)象。如地球自轉(zhuǎn)軸的方向逐漸漂移，追蹤它搖擺的頂部，以大約25800年的周期掃掠出一個圓錐。于是地球軌道偏心率、黃赤交角和歲差現(xiàn)象共同作用于地球的氣候變化，最終形成了以10萬年為主周期的“旋回”，同時還疊加著4萬和2.6萬年的次一級變化周期的萬年級冰期。
黃赤夾角的變化范圍為22°1'—24°5'，以41000年為一個周期。
備注：上述引用米蘭科維奇理論，即地球冰期循環(huán)是地球軌道變化改變了季節(jié)之間的熱平衡而引起的理論，是從全球尺度上研究日射量與地球氣候之間關(guān)系的天文理論。該理論認為，北半球高緯夏季太陽輻射變化（地球軌道偏心率、黃赤交角及歲差等三要素變化引起的夏季日射量變化）是驅(qū)動第四紀冰期旋回的主因。這個理論的核心是單一敏感區(qū)的觸發(fā)驅(qū)動機制，即北半球高緯氣候變化信號被放大、傳輸進而影響全球。
地球圍繞太陽轉(zhuǎn)，太陽系更是圍繞著銀河系轉(zhuǎn)，這是更大更高一級空間的運轉(zhuǎn)。圖為地球上的星空
星系軌道參數(shù)—影響以億年為尺度的地球氣候
地球圍繞太陽轉(zhuǎn)，太陽系更是圍繞著銀河系轉(zhuǎn)，這是更大更高一級空間的運轉(zhuǎn)。銀河系是一個巨型棒旋星系（漩渦星系的一種），呈橢圓盤形，具有巨大的盤面結(jié)構(gòu)，擁有四條清晰明確且相當(dāng)對稱的旋臂，旋臂之間相距4500光年，而太陽系就位于銀河系的一個支臂本地臂上，至銀心距離大約是2.64萬光年。銀河系整體作較差自轉(zhuǎn)，太陽處自轉(zhuǎn)速度約220千米/秒，太陽繞銀心運轉(zhuǎn)一周約2.5億年。
銀河系是一個巨型棒旋星系（漩渦星系的一種），呈橢圓盤形，太陽圍繞銀心運轉(zhuǎn)一周約2.5億年。
同時，地球受太陽的引潮力作用，地球公轉(zhuǎn)所具有的動能將會逐漸轉(zhuǎn)化為潮汐能，從一個長遠的期限來看，地球會逐漸遠離太陽，不過這個速度會非常小。這些因素會導(dǎo)致銀河系等星系恒星，對地球輻射作用產(chǎn)生周期性變化，不過在短時期內(nèi)并不明顯，這是一個更長周期的氣候變化，時間要以億年為尺度。
6500萬年前白堊紀的小行星撞擊地球事件，直接導(dǎo)致了支配全球陸地生態(tài)系統(tǒng)超過1.6億年之久的恐龍滅絕。
從恐龍滅絕到今天的這段時光，在地球地質(zhì)史上稱為“新生代”（始于6500萬年前，分為古近紀、新近紀和第四紀，其中第四紀分為更新世和全新世）。跟恐龍生活的“中生代”相比，新生代地球的氧氣含量更低，而且溫度忽冷忽熱，氣候變化是家常便飯。在新生代早期，地球一度成了個大溫室，甚至比侏羅紀還要溫暖濕潤；到了距今約3400萬年前的漸新世，全球溫度暴跌，海平面下降55米，南極冰蓋開始形成。
第四紀是地質(zhì)歷史時期上一個最短、離我們最近、卻又有冰河期與間冰期頻繁變更的時代，造成了氣候的動蕩變遷
之后雖然也平穩(wěn)過、回暖過，但全球氣候變化的總趨勢還是越來越冷、越來越干，極致就是最近200萬年間的第四紀冰川期。造成新生代古近紀漸新世的地球大降溫，很可能跟太陽系進入銀河旋臂的大周期有關(guān)，地殼運動也隨之引發(fā)的一系列大事件，如南極大陸與澳洲大陸分裂，之后便被西風(fēng)寒流包圍，陷入死寂...。
太陽是溫暖、光明和生命的源泉，地球上萬物生長都需要太陽，太陽活動的強度也決定了地球氣候的變化。
太陽輻射—影響以千年為尺度的地球氣候
在我們眼中，太陽是溫暖、光明和生命的源泉，地球上萬物生長都需要太陽，太陽活動的強度也決定了地球氣候的變化。之所以如此，在于太陽作為太陽系內(nèi)的唯一一顆恒星，占去了整個太陽系物質(zhì)的99.86%，質(zhì)量相當(dāng)于33萬個地球。
太陽大氣層分布圖：由里向外分別為太陽核反應(yīng)區(qū)、太陽對流層、太陽大氣層。
太陽由里向外分別為太陽核反應(yīng)區(qū)、太陽對流層、太陽大氣層。表面看似平靜，其實無時無刻不在發(fā)生劇烈的活動，這種活動便是氫核聚變。核聚變產(chǎn)生的能量以光的形式向外圍輻射，其中有22億分之一的能量輻射到地球，成為地球上光和熱的主要來源。
利用X線層照相技術(shù)探測到的太陽黑子內(nèi)部：磁場和氣體、各部分的溫度和地形之間的相互作用。
但這種核聚變的強度是存在一定的周期性，其中最主要的太陽周期，便是以11年為周期活動的太陽黑子。太陽黑子是光球?qū)游镔|(zhì)劇烈運動而形成的局部強磁場區(qū)域，也是光球?qū)踊顒拥闹匾獦酥?，?dāng)太陽黑子活動頻繁，繞太陽黑子邊緣的光球區(qū)域，亮度比平均的亮度更高，因此太陽會輻射出更多的光熱，地球接受到的熱量也會更高，繼而地球的平均氣溫也將升高，形成的氣候較為溫暖，反之亦然。
太陽連續(xù)向外噴出攜帶高能電離粒子氣體，很像太陽吹出的“風(fēng)”一般。
同時太陽爆發(fā)的大量高能電粒子流（太陽風(fēng)）與X射線與地球磁場發(fā)生作用，引起地球磁暴現(xiàn)象，也會導(dǎo)致氣候異常。1893年，英國天文學(xué)家愛德華.沃爾特.蒙德整理格林尼治天文臺的檔案時，注意到1645-1715年間，太陽黑子的數(shù)量極其稀少，是一個太陽活動極小期，史稱“蒙德極小期”，而這一時期恰是全球氣候較為寒冷的小冰期（即明末清初）。
1600-2000年太陽黑子數(shù)對比圖：在1645-1715年間是一個太陽活動極小期，史稱“蒙德極小期”。
此外在1965年，英國氣候?qū)W家胡伯特?蘭普提出，歐洲和北大西洋附近地區(qū)在公元900—1300年間曾出現(xiàn)過一段溫暖期。那段時間恰好覆蓋了歐洲的中世紀，因而又名為“中世紀暖期”。后來地質(zhì)學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，受太陽黑子變化的影響，大約每1500年就會有一個氣候變暖周期。
太陽黑子的活躍周期與全球氣溫和中國歷朝歷代時間對比圖。
延伸資料：太陽活動是太陽所發(fā)出太陽輻射的總量變化。在日地平均距離條件下，地球大氣上界垂直于太陽光線的面上所接受的太陽輻射通量密度，稱為太陽常數(shù)。太陽常數(shù)是一個相對穩(wěn)定的常數(shù)，依據(jù)太陽黑子的活動變化，它所影響的是氣候的長期變化，而不是短期的天氣變化。
6500萬年前白堊紀的小行星撞擊地球事件，直接導(dǎo)致了支配全球陸地生態(tài)系統(tǒng)超過1.6億年之久的恐龍滅絕。
天文及地質(zhì)事件—突變性影響地球氣候
相比地球軌道參數(shù)、星系軌道參數(shù)和太陽輻射對地球氣候影響的周期性，天文及以超級火山噴發(fā)為代表的地質(zhì)事件，對地球氣候的影響具有突變性。其中天文事件中，較為知名的便是發(fā)生在6500萬年前白堊紀的小行星撞擊地球事件，直接導(dǎo)致了支配全球陸地生態(tài)系統(tǒng)超過1.6億年之久的恐龍被“團滅”。當(dāng)然，還有隕石撞擊地球，有學(xué)者認為258萬年前，一顆巨大隕石撞擊了地球，導(dǎo)致地球磁場由松山反向極性期轉(zhuǎn)向了布容正向期，進而影響了全球的氣候變化，人類文明進入舊時代時期。
6500萬年前白堊紀的小行星撞擊地球事件，直接導(dǎo)致了支配全球陸地生態(tài)系統(tǒng)超過1.6億年之久的恐龍被“團滅”
對于地質(zhì)事件，主要是指地質(zhì)歷史時期稀有的、突然發(fā)生的、在短暫時間內(nèi)完成而且影響范圍廣大的自然現(xiàn)象，如晚古生代早期華南海侵事件、中生代濱西太平洋構(gòu)造-巖漿事件、全新世-更新世風(fēng)化堆積事件等，其中尤以超級火山噴發(fā)會直接影響全球氣候。
公元前1650年-前1600年希臘桑托林火山爆發(fā)，是距今一萬年來最嚴重的的火山噴發(fā)之一。
公元前1650年-前1600年，希臘桑托林火山突然爆發(fā)，直沖天際的火山灰覆蓋了整個地中海東部，是距今一萬年來最嚴重的的火山噴發(fā)之一。據(jù)記載，當(dāng)時古埃及的天空連續(xù)三天漆黑一片。桑托林超級火山噴發(fā)使得克里特島上的所有城市，在同一時間全部被掩埋，米諾斯代表的克里特文明作為歐洲的古文明之一，永遠從地球上消失了。
桑托林超級火山噴發(fā)使得克里特島上的所有城市，在同一時間全部被掩埋，米諾斯文明也隨之消失。
直到1967年，美國考古學(xué)家偶然在島上60多米厚的火山灰下挖出了一座古代商業(yè)城市才逐漸揭開它神秘的面紗。此外，這次超級火山噴發(fā)很可能是誘發(fā)夏朝滅亡的元兇，《國語·周語》中記載“昔伊洛竭而夏亡”。
1815年印尼松巴哇島上的坦博拉火山噴發(fā)，世界歷史的進程，也讓中國領(lǐng)先千年的農(nóng)業(yè)文明隕落。
此外還有1815年印度尼西亞松巴哇島上的坦博拉火山噴發(fā)，持續(xù)三個多月的強烈噴發(fā)，約有1.4億噸的火山灰、熔巖和其他物質(zhì)被噴出，是近代兩三百年有科學(xué)觀測以來，全世界極為罕見的7級火山噴發(fā)（最高為黃石超級火山噴發(fā)的8級），也是最大的一次火山噴發(fā)。當(dāng)噴發(fā)停止后，坦博拉火山的山體高度已經(jīng)從4100米降為2850米，意味著山體被削掉了1000多米，巨大的能量相當(dāng)于8億噸TNT炸藥的威力，是炸平日本廣島的小男孩原子彈爆炸威力的6.2萬倍。
衛(wèi)星拍攝下的坦博拉火山，1815年的持續(xù)噴發(fā)，使山體被削掉了1000多米。
最終受坦博拉火山噴發(fā)時的沖擊波、火山碎屑流和地震影響，松巴哇島和周邊島嶼約1萬人當(dāng)場遇難，隨后數(shù)月受火山灰落地影響，又導(dǎo)致8萬余人死于饑荒和疾病，但對全球氣候的影響到第二年，即1816年才突顯。
遮天蔽日的火山灰直達平流層，削弱太陽輻射強度，使得全球平均氣溫下降0.53℃。
遮天蔽日的火山灰直達平流層，削弱太陽輻射強度，使得全球平均氣溫下降0.53℃。就是這看似不起眼的0.53℃，產(chǎn)生的連鎖反應(yīng)，使得北半球在1816年成為“無夏之年”，農(nóng)歷八月“天氣忽然寒如冬”，釀成了19世紀最嚴重的饑荒，改變了世界歷史走向，導(dǎo)致中國經(jīng)濟由盛轉(zhuǎn)衰。
地球氣候的冰期與暖期切換，直接影響人類的生活和生存環(huán)境，限制了自然資源的承載力水平。
結(jié)語：
在地球漫長的地質(zhì)歷史中，氣候環(huán)境曾有過劇烈起伏，即使在相對非常短暫的人類歷史時期，全球平均氣溫也有過很大波動。地球氣候的冰期與暖期變化，直接影響人類的生活和生存環(huán)境，限制了自然資源的承載力水平。通俗來講就是氣候的“寒暑”變化影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和全球生態(tài)系統(tǒng)的平衡，而農(nóng)業(yè)生產(chǎn)決定人類社會的溫飽，溫飽決定社會穩(wěn)定，社會穩(wěn)定影響文明發(fā)展，這就是文明是氣候的饋贈！
一駕噴氣飛機飛越北非與西亞上空留下的“尾氣”，下方是連通地中海與印度洋的紅海。人類活動對地球氣候影響
如今已經(jīng)證實，近百年來人類活動影響了全球氣候：自工業(yè)革命后，煤、石油等化石能源的廣泛運用造成大氣中二氧化碳的成分劇增，引起全球變暖。但地球氣候變化的規(guī)律是人類了解最少的領(lǐng)域之一，誰也不知道，全球氣候變暖的結(jié)果是冰川大量融化，沿海低地被淹沒，還是像電影《后天》那樣，引發(fā)連鎖反應(yīng)，進入冰川期。不管如何，對人類文明的未來而言，都是可怕的災(zāi)難，而我們能做的，就是從現(xiàn)在開始，減少排放溫室氣體，減少對自然法則的背離。
補充閱讀：《文明是氣候的饋贈》上、中、下連載的主要參考文獻為：
近代氣象學(xué)家竺可楨《中國近五千年來氣候變遷的初步研究》 1972；
“黃土之父”劉東生編譯的威廉斯《第四紀環(huán)境》1997；
地質(zhì)學(xué)家許靖華《氣候創(chuàng)造歷史》2006；
狄·約翰《氣候改變歷史》2014。
上期回顧：
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