如果化石燃料的全球消费量继续以今日的速率增长，那么大气中的CO₂含量在50年左右内将会加倍。气候模式提示：它所产生的温室增暖效应在高纬度地带将大大地放大。计算出来的在南纬80°地带的上升温度能使西部南极洲冰盖发生融解，导致海平面上升5米。

大气中的二氧化碳吸收了从地球表面发射出来的部分长波辐射（主要是近15μm波段），从而有助于使对流层变暖。这种所谓温室效应长期来被人们疑虑着，但只是到了最近，当工业CO₂生产按当前的近指数级不断增长的事实被人们认清时，许多人开始害怕在不久的将来会出现灾难性的气候变暖。Revelle等人在最近一次关于能量生产的气候效应的报告中得出结论，认为工业文明世界可能不得不赶快作出决定是否要付出巨大的财政投资和作出努力，使能源从化石燃料转变到利用其它能源方面去。Bolin在美国众议院意见听取会上指出：如果凡是今日开采技术所能及的全部化石燃料都被烧掉，那么大气中CO₂含量将比工业革命前的水平高出五到八倍，其后果几乎可以肯定说是引起气候方面的灾难。

我坚决认为，只要大气中的CO₂含量增加一倍，就有可能使一次大灾难——由于西部南极洲冰盖融化而引起的海平面迅速上升5米——来临或迫近。如果化石燃料继续按目前的加速率消费，这样的CO₂浓度将在五十年左右内达到；或在二百年左右达到，如果消费量维持在今日水平不变的话。Keeling和Baeastow认为，即使把化石燃料转变为其它能源的政策在今天开始实施并强有力地推行，全球化石燃料消耗率仍将在本世纪末增加一倍。假使是如此，大气中CO₂含量的实际倍增时间可能是：更接近五十年而不是二百年。

人们作了许多尝试，企图用气候模式来估计由于大气CO₂含量加倍而引起的全球气温平均上升值。得出的数据从0.7 K到9.6 K不等。Schneider对这些模式作了严格的审查，试图清理由于这种相差甚远的估计所引起的混乱。他指出，若干模式提供的数据并不可靠。因为，他们计算出的平衡条件是地球表面，而不是作为一个整体的地球 - 大气系统。他强调辐射 - 对流模式的优点，这个模式考虑到大气的垂直运动和潜热输送。他还把Rasool和Schneider的辐射 - 对流模式与Manabe和Wetherald的模式相比较，前者计算出的全球温度上升值为0.8 K，后者计算出的上升值为2.3 K（后又修正为2.9 K）。他利用当今知识所许可的最精确的反馈机制输入值估算出全球平均温度上升值将为1.9 K左右。但是，由于某些反馈机制可能被不恰当地纳入模式，有些部分（特别是那些牵涉到云量和云 - 顶高度的变化），由于我们无能为力被大大的忽视了，而另一些也许是属于未知数。他得出结论，认为按目前最好的技术水平所得出的数量级估计，当大气CO₂含量加倍时，会使全球平均温度上升1.5~3 K。他认为这个估计可能是比较恰当的。

更为新近的是Augustsson和Ramanathan，他们利用不同的模式技术，并考虑到以前被忽视的CO₂弱吸收带效应，计算出全球温度将上升2 K左右。他们注意到这个数值与Schneider的数字相似，一方面感到令人鼓舞，另一方面又感到很惊奇，认为也许是碰巧的。因为，使用的是基本上不相同的模式技术。他们的线性模式对于纬度地带差异没有提供材料，但是Manabe和Wetherald的三度空间模式却表示了在高纬度地带气温变暖的大大放大现象，这种放大是由于缺少垂直混合以及由于雪和海洋冰盖消退而引起的反射率降低的反馈效应：在赤道与南北纬30°之间温度将上升2 K，纬度60°处上升4 K，纬度70°处上升7 K，而在纬度80°处将上升10 K以上（图1）。Schneider同意这种效应是可能的，并指出，极地变暖是决定性的因素。这是因为它们对能量变化所具的敏感性。

Manabe和Wetherald强调指出，由于模式是高度简化的——理想的全球地形，固定的云量，没有洋流引起的热量输送以及没有季节差异——这些温度上升数字不能单看其表面数值。Smagorinsky讨论了模式，并指出季节性变异在高纬度地带是十分重要的，这是因为它们决定了雪和冰盖的范围；如果这个因素以及海洋和云量的反应都加以考虑，那么可能会得出一个很不相同的结果；甚至可能得出全球性变冷的结论。Keeling和Bacastow断定：在海水上层的反应缓慢的反馈效应还未能正确地制成模式之前，对人类有最大利害关系的地区性气候变化将很难被预报出来。然而，正如Bolin所指出的：尽管Manabe和Wetherald的模式有严重的缺点，它仍是被推导出来的模式中最先进的。如果忽视了它而冒全球气候变化的危险，那是极不负责的。Schneider以同样的语调总结了人类面临的困境：尽管今日的技术要把日益增长的大气CO₂含量对气候的效应，以及由此而将产生的关于变暖数值的疑虑制成模式还是不够成熟，我们不能听任大气圈在采取行动之前先进行试验，这是因为如果后果证实了预断，并且到本世纪末时才知道该用什么办法对付时，那么要挽救这种由于CO₂在大气中长期停留所造成的处境将是太晚了（按照Keeling和Baseastow的估计，如果所有能被开采的化石燃料都被烧掉，那么要把CO₂的含量恢复到工业革命前水平至少将需要一万年）。

在最近的气候趋向中，CO₂温室效应是可以被察觉出来吗？

大约从1940年开始，尽管大气CO₂含量上升了，但是北半球许多地方温度还是下降了。Broecker认为这可能是在哄骗我们，使我们对CO₂水平增加的危险性产生一种虚假的安全感；气候的变冷并不能消除我们对CO₂温室增暖理论的疑虑，而只不过是猜想中的天然转冷循环的效应而已。这个效应压倒了CO₂引起的增暖效应，后者据Broecker估计其数值在过去三十年不超过0.2°C。他相信从格林兰冰盖的同位素氧的记录中所表示的，在过去不远的年代里，气候波动的准周期性循环型式暗示了冷却将很快地被抵消掉，而接着是一个急剧转暖时期。因天然的气候变化趋势被大气CO₂增加的效应所加强。事实上，1940年以来的转冷看来主要是限于北半球的高纬度地带，而且有些调查者还认为南半球南部在同一时期已转暖了。Damon和Kunen研究了来自南半球六十七个观察站的气候记录，这些记录都符合一定规格，并且可追溯到1954年或更早的记录。他们发现自从1934年以来从赤道到南纬45°之间除了澳大利亚和新西兰以外气温变化很小，这些变化数值也为其他研究工作者所指出：从1940年以来增暖了1°C左右。但是，他们断定在南纬45°以南，1960 ~ 1964年以及1970 ~ 1974年两个五年期间年平均气温增加了，特别是在西部南极洲，那里在阿根廷岛（南纬65°），McMurdo（南纬78°）和Byrd（南纬80°）地方约上升了2°C。Thomas的观察资料，即罗斯冰架东部10米深处在1958到1972年期间上升了约1°C，这就证实了西部南极洲的变暖趋势。

Damon和Kunen提出南半球的气候现在正对CO₂温室效应作出反应，而在北半球这个反应正被人为污染形成的飘尘以及也可能是较大火山活动产生的飘尘造成的变冷效应所掩盖。不过，当Budd注意到西部南极洲的最近变暖情况，发现没有明显的证据说明整个南极洲而言，在1958到1972年期间到底是增暖还是转冷，而且在南极极地1976年是该处从1957年开始有记录以来最寒冷的一年。就这些情况而言，很明显，不管新近的澳大利亚和西部南极洲的地区性变暖，都没有关于由于大气CO₂含量增加而引起的全球性气温增加的明确证据。如果Broeeker的估计：CO₂引起的全球性平均增温在过去三十年当中不超过五分之一度，是正确的话，那么这个数值也许是不会令人惊奇的。

CO₂水平上升后引起的第一个灾难性后果

对增长中的大气CO₂所导致的气候性威胁最了解的那些人来说，他们似乎没有看到南极洲冰盖的解冻是一个最直接而即时的威胁。例如Schneider和Dicknson以及Bolin认为，南极洲的冰盖对气候转暖的反应在几千年当中是非常缓慢的。而Rotty和Budyko更关心的是北极海冰的收缩和最后的消失。Revelle等人断定，目前对南极冰盖的了解对我们来说，是不足以预报全球性增温几度，对此会有什么影响。他们认为，增暖的直接影响将是最小的，但是又提出增加了的降雪可能最终使冰盖变厚，足以产生滑动，也许将导致西部南极洲的消融。不仅仅是冰盖的有效加厚需要有一个长时期雪量增加，而且加厚了的冰盖将发生滑动也是令人怀疑的。我相信Revelle等人低估了南极洲适度转暖的直接效应，它将有可能促使南极洲远在任何有意义的冰盖加厚能够发生之前就已解冻。

如果当前化石燃料消耗的趋势继续下去，它所导致的日益增加的大气CO₂所产生的温室增暖效应正如当前最先进的模式所提示的那么大，那么从现在开始五十年内，在高南纬地带一个增温的临界水平将会发生，而西部南极洲的消融即将来临或在进行中。冰盖的消融一旦开始后，也许是进展迅速的。当它完成后将导致大多数地方的海滨海平面上升约5米左右。这种不祥之兆的产生，其原因在于西部南极洲冰盖的独有特性。

西部南极洲冰盖容易受到气候变暖的影响

南极洲冰盖（ice sheet）包括两个不相等部分，各有不同的历史背景和特性：一个是巨大的，建立已久的，主要是以陆地为基础的东部南极洲冰盖；另一个是比较年轻的，面积小得多的海洋性冰盖。在面部南极洲，奠基于海平面以下2，500米深处（图2和图3）。东部南极洲冰盖的融化将使海平面上升约50米，而西部南极洲冰盖的融化，其中许多只是置换了海水，因而将使海平面上升平均不超过5米（Clark和Lingle认为海平面的变化将不会是全球一致的）。

南极冰盖形成时，正当晚新生代气温下降时候，其中有一个间歇，在这个间歇期气温下降更甚，它位于晩中新世东部南极洲的就位和也许是中新世最晚期或上新世最早期的西部南极洲就位之间。这是因为，以陆地为基础的东部南极洲冰盖能够以温暖冰川方式形成，而海洋性的西部南极洲冰盖不得不从一开始就以寒冷冰川组成出现（西部南极洲冰盖的热量要求将在以后更为详细的讨论）。这样，为了能够保持存在，西部南极洲需要比较冷的夏天——也许是多达10°C——较冷于东部南极洲的夏天，因而它就更容易受到气温上升的影响。当气候持续变暖，形成冰川的中新世 - 上新世顺序就会颠倒过来，西部南极洲冰盖将在东部南极洲大大受影响之前就被消灭。幸而，东部南极洲冰盖的严重耗尽是一个遥远的威胁。因为它以陆地为基础，能够在气候增暖使它在低处从冷冰川转变为暖冰川之前维持一个正的质量平衡。即使是进一步增暖引起它严重的负的质量平衡，它也要经历几千年通过就地融化而缓慢地消耗掉，其情况正如14,000 ~ 8,000年前的Laurentide冰盖。它所导致的海平面上升将造成人们相当大的不方便，但这是一个缓慢渐进的过程，沿海交通有足够时间调整和适应。这就是Schneider，Dickinson和Bolin当他们考虑气候增暖对极地冰盖影响时心目中的冰川融化型式；但不幸的是西部南极洲冰盖不可能按这种方式收缩。

同以陆地为基础的东部南极洲冰盖相对照，西部南极洲的海洋性冰盖只能当它的水下部分被四周围冰架所支撑时才能存在；特别是被罗斯冰架和菲尔希内尔 - 罗纳冰架所支撑住（图2）。因而，任何缩小或破坏这些冰架环境的变化也将缩小或破坏奠基在海平面以下的冰盖；当冰架的前缘向南撤退时，冰盖的海底着地线也将后退，于是奠基于海底的冰盖收缩和变薄。到了最后，当所有冰架都消失时，冰的覆盖将局限于海平面以上的地区，冰川将在介于高水位与低水位之间的冰崖终止。

冰架既容易受到海水增暖的影响，也容易受大气增暖的影响。如果它们所接触的水的温度超过它的冰点，它们就会在底部融化；正如Robin所指出的，它们在南极半岛海岸的消失只不过是那里的海水温度在最暖季节时升高到-1.5°C以上。（因海水当盐度为35%。时，其表面的冰点约为-1.9°C，而在500米深处冰点约为-2.2°C）。如果在底部与表面之间发育了正的温度梯度，融化将会加速；这种情况只有当上升的气温产生卑够的融化水使之向下渗透并摧毁先前的冬天寒潮因而使冰架变得温暖时才会发生。实际上，暖和的冰架看来是不大可能存在的，除非是气候增暖期间的暂时现象；Robin和Adie观察到所有已知冰架都是寒冷冰架，也就是说在该深处的压力融化点之下，它们在南极半岛西海岸的北面界线位于最北的陆地冰川以南短距离地方，这些陆地冰川在海平面位置上是属于寒冷冰。他们断定气候变暖超过一个临界水平时会消除所有冰架，因而也就会消除掉所有在海平面以下的奠基于海底的冰块，从而导致西部南极洲大部分冰盖的消融。

Robin和Adie的观察资料暗示，如果夏天的温暖足以摧毁海平面冰川处先前的冬天寒潮，那么冰架就会消失。南极半岛最暖和月份（一月份）的0°C等温线从半岛的末端西南方向伸向亚历山大岛（图2），它与冰架的北面界限几乎是平行的，并在其外面不远。夏季气候除了气温高外，在其它方面，特别是太阳辐射的持续期和强度，在决定海平面寒冰的北面界限时必须被考虑到。对冰架来说，也是如此，但是就仲夏气温来说、0°C等温线作为冰架的气候界线看来至少如同10°C仲夏等温线一样是具有实际意义的，后者大致上标志着树木的最北界限。尽管如此，大部分冰架都在相当大程度上终止在仲夏0°C等温线以南。在东部南极洲海岸周围，它们被最外面两侧固定点的位置所限制，但是在西部南极洲，既不是高温，也不是因为缺少固定点而阻止罗斯和菲尔希内尔冰架的向北扩张。这些大冰架的前缘位置主要依赖于西部南极洲冰盖的海底接触线，而这决定于水的深度，并在比较小的程度上决定于雪的堆积速率。

罗斯和菲尔希内尔-罗纳两个冰架前缘的平均仲夏气温如今约-4°C到-5°C。因而，如Robin和Adie所预料，由于气候充分增暖引起的西部南极洲冰盖的融化，在气温上升5°C左右并给罗斯和菲尔希内尔-罗纳冰架的夏季温度提高到盛行在今日南极半岛西北部地方的那种温度之前，将不大可能发生。这种比较暖和的气温水平一旦来临后。冰的融化很可能是迅速的，也许是灾难性的。因为，即使是一个小的额外温度上升，也将影响一大片缓慢倾斜的冰架。正如Hughes所形象地描述：“沿着正在崩解的冰架屏障一个比较小的温度波动能够发动与气候无关的动力过程，它使得海水的崩解从海湾无情地扩展到海洋冰盖的心脏地带”。这种由于海湾崩解机制而引起的大面积海水消融的一个例子是Laurentide冰盖的中心部分的非常迅速的崩溃，主要位于今日哈德逊湾，大概在距今八千到七千五百年期间，在经过几千年的陆上缓慢撤退后发生。

假如在南纬80°地方，夏天温度上升5°C，那么罗斯与菲尔希内尔 - 罗纳冰架将很可能濒于向南撤退。把全年气候假定为一致的Manabe和Wetherald气候模式，认为大气中CO₂含量加倍后，在南纬80°地方将增温10°C以上；这样的CO₂浓度也许将在五十年内达到。即使这个模式是近似的正确，那么，一个相当激烈的融化作用也将在西部南极洲届时发生。

一个危险性的增暖迹象正在南极洲开始，它的警报将是正巧位于新近一月份0°C等温线南面的南极半岛冰架的崩解；包括半岛东边的Prince Gus-tav海峡冰架，Wordie冰架，乔治六世海湾以及西边的Wikiins海湾冰架的融化（图2）。有若干证据表明，但还不是结论性的，即这种南极半岛冰架界线的向南撤退已经开始；把土地资源卫星（Landsat）图片与早期的测量作比较，表明在1966到1974年期间有将近600平方公里或约四分之一的Wordie冰架消失了，乔治六世海湾处的冰架也后退了。

由于冰川增长而引起的海平面下降

高纬度地带的转暖，正如Reveile等人所提议的，可能会给南极洲也许还有格陵兰的部分地方带来降雪的增多。但是这种事实远非确凿，因为尽管比较温暖的气团能够拥有较多的水气，但如果按照目前模式所指出，当纬度温度梯度减少、气旋干扰的次数和强度也可能减少。西部南极洲冰川的融化究竟要多大的程度才能被该处冰川的成长所抵消掉，关于这个问题是难于回答0 Robin和Adie的计算是：东部南极洲冰盖上的每年净堆积率增加一倍时——它们已经抵达海滨，将使它的体积增加不会超过10%。他们的估计，这最终将导致海平面下降4米；然而，他们又断定东部南极洲冰盖要达到它的新的平衡体积将需要几千年的时间。因而，如果温度不再上升，因暖和引起的西部南极洲冰川融化可能最终部分地或甚至全部地被幸存的冰盖加厚所抵消掉。然而，依赖这种冰川的成长并认为它能足够迅速地避免灾难性海平面上升，那将是不明智的。并且在任何情况下，如果大气CO₂含量增加引起温度继续上升，那么东部南极洲的冰川成长最终将会停止。

西部南极洲冰盖在历史时期中的消失

从南半球提供的相当多的证据表明：最后一次间冰期的最暖热阶段要比目前的间冰期更为温暖，例如次南极海（Subantactic seas）在那时候要比以后各时期温暖，智利南部的化学风化在当时是不寻常地强烈。这种温暖间歇期——按照Emiliani拟定的顺序为5e亚期——主要是距今120，000 ~ 125，000年以前。如果西部南极洲冰盖在那时候不存在，那么可能是由于一次比较适度的温度上升毁灭了它，这样的假设将得到强烈的支持。

我在较早时候曾提议：最后一次间冰期的高海平面（可能是上升6米左右）主要是由于西部南极洲冰盖融化的结果，当时该地温度上升太高以致冰盖无法生存下去。单单是西部南极洲冰盖的融化也将使今日的全球海洋增添一层5米厚的水层。后来，Emiliani建议：高海平面是格陵兰冰川融化的结果，由南极洲提供的数量是最小的，但这是极其不可能的，因为海洋性的西部南极洲冰盖与以陆地为基础的格陵兰冰盖相比较是更容易受到气候转暖的影响。

海平面的升降并不必然是冰川原因引起的，所以最后一次间冰期的高海平面决不能证明当时冰川存在是比较少的。从赤道太平洋来的同位素氧岩心分析V28-238表明在5e亚期时候海水的量要比今日大，这个资料后来成为支持这个假设的证据。全新世与5e亚期之间的同位素差别正好反映了预料的在5e亚期时西部南极洲冰盖融化的事实。Shackleton现在认为由于岩心V28—238中的5e亚期所分析出来的是浮游有孔虫而不是底栖有孔虫，表明同位素组成可能包括一种温度效应。尽管在5e亚期，大洋水分确是比现在更多，但究竟多多少还是不清楚。对其它深海岩心的进一步测定将在不久的将来提供更为精确的数字。

非气候原因引起的西部南极洲冰川崩解的可能性

有些研究工作者认为，西部南极洲冰盖在最后一次冰期结束时发生了收缩，当时由于海平面上升120米左右，它的海底着地线也向后撤退。但是另有些人认为从最后一次冰期以来西部南极洲冰盖的范围和厚度变化是最小的。无论怎样情况，随着比较大的北半球冰盖的消失，西部南极洲的冰盖将不会在不远的将来因海平面上升之故而发生进一步的大收缩。

Thomas和Weetman认为，目前的西部南极洲冰盖有着固有的不稳定性，并认为如果它发生崩解，就会通过与气候无关的机制继续发展下去。Hughes同意这种内在的不稳定性机制是可能存在的、并认为能够导致它的滑动，但是他又强调冰盖对于气候变化的敏感性和脆弱性。Weetman提出：冰川的移动把冰盖排掉了，是大范围滑动之前的一种先驱运动，是这一个过程的触发，这个过程可能使西部南极洲冰盖在一百年内排掉三分之一到二分之一体积的冰于海洋中。但是，根据大洋中的氧同位素组成所暗示，在最近的五十万年左右期间，陆地上的冰比今日少的唯一场合是在5e亚期，也就是那个比全新世暖和的间歇期。这些事实强烈地说明了因果关系：由于温度高，西部南极洲是不存在的。没有证据表明在过去时期中冰盖曾经因滑动作用而被严重地耗尽，因而我认为没有理由去猜想它会在今后发生。Weetman用错误的理由，但也可能说对了；冰盖可能在相当近的未来发生崩解，这是因为人为造成的气候变暖，不是由于内部不稳定机制引起的滑动作用。

结 论

目前的南极洲冰盖有理由不受所有不稳定机制的影响，例外的是当气候变暖超过了临界点（对更新世而言）和特殊水平。在天然变故过程中，这样的暖热状态在五十万年中可能只有一次，也许是几种天文因素的不寻常结合的一个后果，这种后果看来对于确定大冰期 - 间冰期气候变化的时间是有关系的。此外，由于目前间冰期已经明显的越过了它的天然暖和顶峰——在南半球大概在9，400年以前就已经达到，如果人类没有把大量工业CO₂注入到大气中，西部南极洲冰盖的融化，在可以预见的将来是不会发生的。

如果新近的化石燃料消耗增长率继续保持下去，那么大气中CO₂含量可以预期达到五十年内增加一倍。因这种加倍结果所产生的气候效应的现行模式所计算出的温度上升值，能促使西部南极洲冰盖迅速地融化，导致海平面上升5米。尽管模式被认为是粗糙的和过分简单化，以致气候的实际变化无疑与他们所估计的有相当大的差别，但在目前，没有什么方法能够知道模式错误究竟在于乐观者一边还是悲观者一边。

假如CO₂的温室效应在高纬度地带被放大，这在现在看来是可能的，那么化石燃料的继续不断燃烧所导致的龙难性后果，首先可能是西部南极洲冰盖的融化。一种令人不安的顾虑是：如果目前高度简化的气候模式即使是近似的精确，这种冰盖的融化可能仍是必须付出的代价之一，付出的代价是为了工业文明购买足够的时间使能源从化石燃料转变到其它方面。假如是如此的话，海滨城市的大规模移迁，地势低的地区例如佛罗里达和荷兰的许多地方的淹没就在眼前。更为先进的气候模式可能表明前景并不那么令人恐怖。但从另一方面说，它也可能表明情况甚至更为可怕。对于这种更精确模式的需求的迫切性是明显的。

报警的征兆之一，是正在进行着的南极洲危险增暖趋向将使南极半岛的两边海岸的冰架发生崩溃，从最北面开始并缓慢地向南延伸。这种冰架应当用土地资源卫星图片进行定期监察。

[本文选自Nature1978年271卷26期。郑家祥译]