全球氣候變暖是一種和自然有關的現象，是由於溫室效應不斷積累，導致地氣系統吸收與發射的能量不平衡，能量不斷在地氣系統累積，從而導致溫度上升，造成全球氣候變暖。
地球正在升溫，現在的陸地和海洋都比1880年開始保存記錄時要溫暖，而且溫度仍在上升。這種溫度上升是全球氣候變暖的具體體現。
根據美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）的數據：1880年至1980年之間，全球平均氣溫每十年平均以0.13華氏度（0.07攝氏度）的速度增長。自1981年以來，增長速度加快，達到每十年0.32華氏度（0.18攝氏度）。與工業化前時代相比，今天的全球平均溫度上升了3.6華氏度（2攝氏度）。2019年，全球陸地和海洋的平均溫度比20世紀的平均溫度高1.75華氏度（0.95攝氏度）。2019年成為有記錄以來第二個最熱的年份，僅次於2016年。
溫室效應如何發揮作用
今天變暖的主要原因是化石燃料的燃燒。這些碳氫化合物通過溫室效應加熱地球，這是地球大氣層與太陽輻射之間相互作用的結果。
匹茲堡大學地質與環境科學教授約瑟夫·韋恩（Josef Werne）對Live Science說：“溫室效應的基本物理學是一百多年前一個聰明的人僅用鉛筆和紙算出的。”
那個“聰明人”是瑞典科學家斯萬特·阿倫尼烏斯（Svante Arrhenius），他最終獲得了諾貝爾獎。簡而言之，太陽輻射會達到地球表面，然後以熱量的形式反射回大氣層。大氣中的氣體捕獲了這種熱量，阻止了熱量逸出到太空中。在1895年發表的一篇論文中，阿雷尼烏斯指出，二氧化碳等溫室氣體可以將熱量捕捉到靠近地球表面的地方，而這些氣體數量的微小變化，可能會對捕捉到的熱量產生很大的影響。
溫室氣體來自哪裡
自工業革命開始以來，人類一直在迅速改變大氣中氣體的平衡。燃燒諸如煤和石油的化石燃料會釋放水蒸氣、二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、臭氧和一氧化二氮（N2O），這是主要的溫室氣體。其中二氧化碳是最常見的溫室氣體。在大約80萬年前到工業革命開始之前，大氣中的CO2含量約為百萬分之280（ppm），這意味著每百萬個空氣分子中約有208個CO2分子。根據美國國家環境信息中心（National Centers for Environmental Information）的數據，截至2018年，大氣中的平均CO2為407.4 ppm。
這聽起來可能不算多，但根據斯克裡普斯海洋研究所（Scripps institute of Oceanography）的數據，自300萬至500萬年前發生的上新世以來，二氧化碳的含量並沒有那麼高。2013年發表在《科學》雜誌上的一項研究顯示，當時，北極地區至少在一年中的一部分時間是沒有冰的，而且比今天明顯變暖。
根據美國環保署（EPA）的分析，2016年，二氧化碳排放量佔美國溫室氣體排放總量的81.6%。而如果放眼到全球呢？這數據很難想象。
“通過高精度的儀器測量，我們知道大氣中的二氧化碳含量空前增加。我們知道，二氧化碳吸收紅外線輻射（熱量），全球平均溫度正在上升。”賓夕法尼亞州約克學院化學教授基思·彼得曼（Keith Peterman）和他的研究夥伴、賓夕法尼亞州約克學院化學副教授格雷戈裡·福伊（Gregory Foy）在一封聯合電子郵件中告訴《現場科學》。
燃燒化石燃料會釋放二氧化碳，二氧化碳通過各種途徑進入大氣。迄今為止，美國對暖化全球排放的氣體是最多的。根據美國環保署2018年的報告，2016年，包括髮電在內的美國化石燃料燃燒向大氣釋放的二氧化碳剛剛超過58億噸。其他過程，如燃料的非能源利用、鋼鐵生產、水泥生產和垃圾焚燒，將美國每年的二氧化碳排放總量提高到70億噸。
森林砍伐也是大氣中過量二氧化碳的一個重要原因。事實上，根據杜克大學發表的研究，森林砍伐是第二大人為導致二氧化碳變多的原因之一。樹木死亡後，它們無法繼續進行光合作用，導致二氧化碳無法被吸收而循環利用，同時樹木釋放出光合作用過程中儲存的碳。根據2010年全球森林資源評估，森林砍伐每年向大氣釋放近10億噸碳。
全球範圍內，甲烷是第二常見的溫室氣體，但它捕捉熱量的效果最明顯，甲烷的吸熱效率是二氧化碳的25倍。根據環保署的數據，2016年，美國溫室氣體排放量約佔美國溫室氣體排放總量的10%（還未統計其他國家）。
甲烷可以來自很多自然資源，但人類通過採礦、使用天然氣、大規模飼養牲畜和使用垃圾填埋場，是造成了大部分甲烷排放的主要原因。根據美國環保署的數據，牛是美國最大的單一甲烷源，這些動物產生的甲烷幾乎佔總排放量的26%。
全球氣候變暖的影響
全球變暖不僅僅意味著變暖，這也是為什麼“氣候變化”成為研究人員和決策者青睞的術語。雖然全球平均溫度越來越高，但這種溫度升高可能產生矛盾的影響，例如更頻繁和更嚴重的暴風雪。氣候變化可以而且將以幾個大的方式影響全球：融化冰層，乾燥已經乾旱的地區，造成極端天氣，破壞海洋的微妙平衡。
1.冰川融化
也許到目前為止，氣候變化最明顯的影響是冰川和海冰的融化。冰原在11700年前的最後一個冰河時代結束後一直在縮小，但上個世紀的變暖加速了冰原的消亡。2016年的一項研究發現，全球變暖導致近期冰川縮小的可能性為99%；事實上，研究顯示，這些冰河縮小的距離是氣候保持穩定時的10至15倍。在19世紀末，蒙大拿州的冰川國家公園有150座冰川，現在僅有26座。當冰川遭受破壞或者不穩定崩塌時會導致的雪崩掩埋村莊，從導致人類喪失生命。
在北極，變暖的速度是中緯度地區的兩倍。2015年和2016年，北極的秋冬冰層創下了歷史新低，這意味著冰層覆蓋的公海面積沒有之前觀察到的那麼多。根據美國宇航局的數據，北極海冰冬季最大範圍的13個最小值都是在過去13年中測量的。冰層在季節後期也會形成，在春天更容易融化。根據美國國家冰雪數據中心的數據，在過去的40年中，1月份的海冰範圍每10年下降3.15%。一些科學家認為北冰洋將在二三十年內迎來無冰的夏天。
在南極，情況就不那麼明朗了。根據南極和南大洋聯盟的數據，除了北極的某些地區外，南極半島西部的升溫速度比其他任何地方都快。半島是拉森C冰架在2017年7月剛剛斷裂的地方，催生了一座特拉華州大小的冰山。現在，科學家們說，南極洲西部四分之一的冰有崩塌的危險，巨大的斯威特和松島冰川的流動速度是1992年的5倍。
不過，南極洲附近的海冰變化無常，有些地區的海冰實際上在近年來創下了歷史新高。然而，這些記錄可能摻雜氣候變化的差異性，因為它們可能是由於冰川融化時陸基冰向海洋移動或與氣候變暖相關的風變化造成的。不過，2017年，這一創紀錄的高冰格局突然逆轉，出現了創紀錄的低冰。2017年3月3日，南極海冰的測量範圍比1997年的低71000平方英里（184000平方公里）。
2.變熱
全球變暖也會改變兩極之間的關係。隨著全球變暖，許多已經乾旱的地區預計將變得更加乾燥。以美國西南部和中原地區為例，預計將經歷數十年之久的“特大幹旱”，比人類記憶中任何其他地方都更為嚴酷。
“北美西部乾旱的未來可能比美國曆史上任何人經歷的都要糟糕。”紐約市美國宇航局戈達德空間研究所（NASA Goddard Institute for Space Studies）的氣候科學家本傑明·庫克（Benjamin Cook）在2015年發表了預測這些乾旱的研究報告，他對《現場科學》（Live Science）說這些乾旱遠遠超出了我們以前的經歷，幾乎不可能想到。”
這項研究預測，到2100年，該地區發生至少持續35年乾旱的可能性為85%。研究人員發現，主要的原因是越來越熱的土壤中水分的蒸發。這些乾旱地區的大部分降水將消失。
與此同時，2014年的研究發現，隨著氣候變暖，許多地區的降雨量可能會減少。研究發現，包括地中海、亞馬遜河、中美洲和印度尼西亞在內的亞熱帶地區可能受到最嚴重的打擊，而南非、墨西哥、西澳大利亞和加利福尼亞也將乾涸。這些都是不危言聳聽。
3.極端天氣
全球變暖的另一個影響：極端天氣。隨著地球變暖，颶風和颱風預計將變得更加強烈。更熱的海洋蒸發更多的水分，這是驅動這些風暴的引擎。聯合國政府氣候變化專門委員會（IPCC）預測，即使世界能源多樣化來源並向化石燃料密集程度較低的經濟過渡（稱為A1B情景），熱帶氣旋的強度平均也可能高達11%。這意味著脆弱的海岸線將遭受更多的風和水的破壞。
氣候變化也可能導致更頻繁的極端暴風雪。根據美國國家環境信息中心（National Center for Environmental Information）的數據，美國東部極端暴風雪的發生率是20世紀初的兩倍，這一變化再次出現是因為海洋溫度變暖導致大氣中水分蒸發增加。這種溼氣推動了襲擊美國大陸的風暴。
4.海洋破壞
全球變暖最直接的一些影響是在海浪之下。海洋起著碳匯的作用，這意味著它們吸收溶解的二氧化碳。這對大氣來說不是壞事，但對海洋生態系統來說就不是什麼好事。當二氧化碳與海水反應時，海水的pH值下降（即變得更酸），這一過程被稱為海洋酸化。這種酸化侵蝕了許多海洋生物賴以生存的碳酸鈣外殼和框架。據NOAA稱，這些生物包括貝類、翼足類和珊瑚。
尤其是珊瑚，是海洋氣候變化煤礦裡的金絲雀。海洋科學家觀察到了令人震驚的珊瑚白化程度，在這種情況下，珊瑚會排出共生藻類，這些藻類為珊瑚提供營養，並賦予珊瑚鮮豔的顏色。當珊瑚受到壓力時會發生漂白，壓力源可能包括高溫。2016年和2017年，澳大利亞大堡礁經歷了連續的漂白事件。珊瑚可以在漂白中存活，但反覆的漂白事件使存活的可能性越來越小。
氣候沒有間歇期
儘管科學界對全球變暖的原因和現實達成了壓倒性的共識，但這個問題在政治上仍存在爭議。例如，否認氣候變化的人認為，氣候變暖在1998年至2012年間減緩，這種現象被稱為“氣候變化間歇期”。
對地球來說不幸的是，中斷從未發生過。兩項研究，一項發表在2015年的《科學》雜誌上，另一項發表在2017年的《科學進步》雜誌上，重新分析了變暖放緩的海洋溫度數據顯示，這只是一個測量誤差。在20世紀50年代到90年代之間，大多數海洋溫度的測量都是在研究船上進行的。水會通過機艙被泵入管道，最終使水稍微加熱。20世紀90年代後，科學家開始使用更精確的基於海洋浮標的系統來測量海洋溫度。之所以出現問題是因為沒有人修正船隻和浮標之間的測量值變化。作出這些修正表明，自2000年以來，海洋平均每十年變暖0.22華氏度（0.12攝氏度），幾乎是早先估計的每十年0.12華氏度（0.07攝氏度）的兩倍。
全球變暖的事實
1.到2020年，大氣中的二氧化碳含量為412 ppm，這是65萬年來的最高水平。
2.自1880年以來，全球平均氣溫上升了1.9華氏度（3.4攝氏度）。
3.自1979年開始進行衛星測量以來，北極夏季海冰的最低面積每十年下降了12.85％。
4.自2002年以來，陸地冰柱每年減少413吉噸。
5.在過去的一個世紀中，全球海平面上升了7英寸（176毫米）。
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