【简介】
全球变暖是最广泛为人议论的气候话题，现在一些舆论把全球变暖描绘成洪水猛兽。全球变暖是否真如广大媒体宣传的那样恐怖？本次学术沙龙的权威专家细致地讲述了气候变化的各个方面。从地球自身演化角度，从政治角度，全方位地向大家讲述了全球变暖的研究现状、认识误区和政治陷阱。呼吁从全面研究气候变化，保障国家正常发展权益，倡导绿色发展。
另外，从比较行星学的角度，报告人讲述了木卫二的环境状态，描述了生命存在的可能性和冰的厚度。一方面对研究早期地球环境有所借鉴，另一方面可能对现今气候研究有所启发。
【主持人致辞】
林秋雁：热烈欢迎大家参加本次学术沙龙！今天有两个报告。第一位报告人是中科院地质与地球物理研究所研究员，刘嘉麒院士。刘院士长期从事第四纪地质学研究，是著名的地质学家。另一位是中国地质科学院地质研究所的杨少华博士。他从比较行星学的角度，汇报木卫二的生命可能性，或许对研究地球环境有所启示。下面，首先有请刘嘉麒院士作报告。
【主旨报告】
刘嘉麒：气候环境与人类生存
地球表层的气候环境是人类赖以生存的空间。其重要性不言而喻。今天我们谈一谈“气候环境与人类生存”这件大事。
一、地球是天之骄子
在浩瀚无际的宇宙中，星球数以万计，直到现在，却只有地球拥有人类。地球养育了人类，人类也在不断地探索地球。地球是个有生命的星体，它朝气蓬勃，日夜运行。在太阳系的八个兄弟中，地球最有生气，最有作为，是天之骄子！
从冥古宙的地球演化到现代地球，大约花费了45.5亿年的时间。人类在地球的历史中仅仅存在一瞬。“把地球45亿年的历史压缩成普通的一天，我们有记录的历史，不过几秒钟长”。
二、人与自然
人类生存所需的一切几乎都是从自然界索取的。资源是人类生存和社会发展的物质基础，其中矿产资源是资源中的重头戏。92%以上的一次能源、80%以上的工业原材料、70%以上的农业生产资料……都来自矿产资源。可以说，没有矿产资源就没有这个世界！
人类在向大自然无休止地索取过程中给自身带来灾难。中国乃至世界许多文明的消失大都受气候环境的影响。一度十分繁荣在中国和中亚的丝绸之路及沿线古城的消失，有些就是被沙漠吞噬了。环境恶化和自然灾害给社会经济和人类生存造成巨大损失。人类面临的严重自然灾害。必须加强观测，深入研究，掌握其发生的机理和规律，做到准确预报，有效预防。
生态环境退化。全国耕种土地面积的10%以上受重到金属污染。空气污染更为严重，霾天气频发……
图1 中国大部分地区生态有待改善
中国的生态环境已明显超载、透支。权威报告显示：从20世纪70年代中期开始，中国出现生态赤字，且赤字规模不断扩大，2007年中国人均生态足迹为2.2全球公顷，低于全球平均水平；而人均生态赤字却达1.2全球公顷，约为世界平均水平的3倍。
三、气候变化
近年来，几乎所有的气象灾害都发生了：台风、龙卷风、暴雨，洪涝、高温、酷热、干旱、冰冻、雪灾、沙尘暴……频频发生，殃及之广，灾害之严重，历史少见。
图2 近年来气象灾害频频发生，殃及之广，灾害之严重，历史少见
过去一百年全球气候增温是个不争的事实。1850年以来全球温度排名中，年度平均温度前50个最暖年几乎都是20世纪末和21世纪初的年份。过去100年全球高纬度地表升温胜于低纬度，北半球高于南半球。
中国对全球气候变化的响应。我国气候变暖趋势与全球基本一致。我国降水分布格局发生了明显变化。我国极端气候事件的发生频率和强度变化明显。
四、气候变化造成的影响
气候变化对整个自然界和人类社会都会产生重要影响，引起旱、涝、洪、雹、潮、风、冻等多种气象灾害。当然，不同地区，不同环境，气候的影响不同。增温对有些地区不利,对有些地区却有利，要因地制宜。（1）海平面上升；（2）改变地表热量平衡；（3）提高雪线，减少冻土层；（4）改变洋流；（5）影响极地生物生存与演替；（6）气候变化影响水安全；（7）气象灾害严重；（8）气候变化的正面影响：减少冻土带，扩大耕地面积和森林面积；延长无霜期，增加农作物的生长期，增加农作物产量；促进喜暖生物的生长；节省防寒物资……
五、引起气候增温的原因和因素
气候是一种自然现象。它的变化受多种因素制约，有自然的，也有人为的；其主要因素取决于地球本身。地球是个巨系统，地能的释放，地质体的变迁，物质的迁移与交换，地球表层地、水、气、生物各圈层的相互作用，地球在自然界中所处的位置和与外界（宇宙）发生的关联，接受太阳辐射的程度等，是引起气候变化的根本原因。近年来的研究表明，气候增温是二氧化碳等温室气体浓度增长造成的，而二氧化碳等温室气体浓度的增长又与人类活动密切相关。
气候变化的自然记录。冰芯记录表明，气候周期变化，与温室气体密切相关。自冰消期以后，气候处于一个比较平缓高频震荡的变化状态，气温时高时低，但很少出现突变事件，也就是说，绝大部分变化是在阈值之内，属于正常状态。
图3 根据冰芯记录得出的气候变化数据（时间尺度为千年）
火山喷发是引起气候变化的重要因素。有记录以来的重大火山喷发事件约2年内都会发生厄尔尼诺。
太阳辐射对气候的影响。第四纪冰期-间冰期气候变化受地球轨道变化制约。地球轨道偏心率、地轴倾角和岁差的周期性变化影响地球接受太阳辐射的总量和太阳能量在不同纬度和季节的分配。季节性的太阳光线在高纬度的变化，可以降低夏天的温度，导致冰川的增大，冰期的到来。轨道的变化在中纬度和高纬度会导致冷与暖的交替出现
IPCC的五次评估结果——气候变化的人为因素。1990年评估：认为全球变暖可能源于自然波动或人类活动，或两者共同影响的结果。1996年评估：定量表述人类活动对气候有影响，但影响力有限。2001年评估：全球升温有66%以上的可能性归因于人类活动。2007年评估：20世纪中叶以来全球平均气温升高很可能（大于90%的可能性）是由于人为排放的温室气体浓度增加所导致；太阳活动作用不到二氧化碳的1/10。2013年评估：人类活动极可能（95%以上可能性）导致了二十世纪五十年代以来的大部分（50%以上）全球地表平均气温升高。
2015年3月4日，美国人类学协会（American Anthropological Association, AAA）发布了题为《改变的大气：人类学和气候变化》（Changing the Atmosphere: Anthropology and Climate Change）的报告， 主要关注人类活动对气候变化的推动作用，强调多空间尺度研究气候变化的适应性和重要性，以及跨学科研究的必要性等。
六、人类如何应对气候变化？
气候是一种自然现象，天气变化是气候的短期行为，它无时无地不刻地在普惠和影响着自然界和人类社会。气候问题受到全社会的普遍关注,几乎找不到哪种事物比气候作用更广泛更重要。国际上成立了相关组织，拟定了相关的研究计划，如地球科学系统计划 ESSP（Earth Science System partnership )等。
应对气候变化，中国在国际上必须履行大国的责任和承诺——控制和减少二氧化碳排放；国内必须深化改革，改变经济发展方式。
改变生活方式，实现绿色生活。“几十年来人们普遍关注：美国以占世界5%的人口，消耗1/3以上的世界资源……西方传统的经济模式——以化石燃料为基础，小汽车为中心，一次性产品泛滥的经济——显然在中国是行不通的.”
七、大力推进生态文明建设，实现绿色文明
习近平主席指示：绿水青山就是金山银山，宁要绿水青山，不要金山银山。中国是个人口大国，经济大国，也是在国际事务中举足轻重的大国；在应对气候变化，发展绿色经济方面负有重要责任，对人类负责也是对自己负责，我们应当担当起自己的国际责任和历史责任。
【讨论与交流】
林秋雁：刘院士给我们做了一个很好的报告，机会难得，大家有什么问题，都可以提出来。
吴宝俊：现在煤炭仍然是我国主要能源，也是碳排放的重要来源。我们可以通过控制碳排放来缓解全球变暖。
桂文庄：刘院士的报告把气候变暖的来龙去脉讲的很清楚。确实气温在升高，对某些地区是灾害，甚至是灾难。现在全世界都在呼吁减少碳排放，但同时也要看到隐藏在其中的可能的政治因素。发达国家完成了现代化，他们早把污染物排放在大气中了。现在大气中的污染物，绝大多数是发达国家在历史上排放的。不能因为现在气候变暖了就限制发展中国家的发展的权益。当然，发展中国家尽量走绿色发展道路也是不能缺少的。所以需要进一步的加强研究，把气候变暖更多地作为科学问题来研究，避免落入政治陷阱。我想请问刘院士，现在有学者提出“人类世”的概念，他们的看法是因为人类活动对气候造成了极大的影响，所以现在进入了和历史上其他年代不同的一个新的年代，您认为这个观点如何？
刘嘉麒：“人类世”这个观点提出的时间很长了。在地质学上认为一个世就是一个地质年代。地质年代分为“宙”、“代”、“纪”、“世”，现在公认我们处于显生宙-新生代-第四纪，第四纪又分为更新世、全新世，我们现在属于全新世，在这都是经过科学认证的。如果要划分出“人类世”，一个重要标志就是人类的出现，人类不是现在出现的。世代的划分上有很多问题，科学标准和依据是什么？在时代划分上得有法律效力才行。
琚宜文：刘院士的报告特别精彩。地球是一个巨大的自组织系统。在地质历史中，比目前的气温高很多的时候也经常有。当时也不是完全没有生物存在。所以，完全把气温升高归因于人类活动是不正确的。我完全支持刘院士的观点。煤炭在全球所占比例在不断下降，是能源整体的演化过程，气候带的变化也是逐步效应，是一个整体发展过程。
刘嘉麒：地球有内能，内能外能对气候都有影响，生态即是气候的产物，反过来也能对气候造成影响，比如最明显的就是光合作用，是一个相互作用，在整个自然界，没有一件事能像气候这样无时无地不存在，过分的强调某体方面都会不准确。
刘铨良：听了您的报告受益匪浅，我同意您的观点，古代应该就有冷和暖的时候，主要因素可能不是人为的，是地球本身的自然规律，我们提倡生态文明是对的，但是我们国家有这么多的矿产资源，在使用时我们要把产生的排放物回收利用，达到环保生产。
张谦琳：这是一个非常吸引人的题目，大家都很关心全球变暖的问题，您的报告由浅入深，观点鲜明，报告里都包含了地球变暖关心的问题和对策，全球变暖影响是多方面的，让我们正确看待全球变暖的问题，增长了不少的知识，非常感谢您的报告。
林秋雁：这个问题先讨论到这里，下面请杨少华博士作报告。
【邀请报告】
杨少华：地外物理环境对生命的制约——以木卫二为例
我们从更大的视角，从比较行星学的角度，看一下生命的存在需要哪些因素，进而分析木卫二生命存在的可能性。或许对理解地球生命及其所处的环境有所启发。
我们知道全球正在变暖。在全球变暖的大背景下，冰川消融，影响着生物活动。与此同时，中国大西北的气候由干冷向湿热转变，更为宜居。在各路媒体的宣传下，人们倾向于认为全球变暖是坏事。通过对比，我们看到全球变暖不一定完全是坏事。所以不应过分强调全球变暖的消极影响。
石耀霖院士2010年的政协提案中强调：要开展全球变暖环境效应的全面研究。提案在方法上、研究内容上，视野上给予了建议。
我们从更大的视角，从比较行星学的角度，看看地外环境是否有利于生命活动，希望能够对研究地球环境有所启发。我们将研究目光从地球转向木星。木星是太阳系中体积最大的行星、自转最快(9时50分)，号称“灵活的胖子”。如果不留心，大家可能对木星比较陌生。“流浪地球”这部电影非常火爆，它的宣传海报上就显示了木星最为显著的一个特征——大红斑。
图4 从比较行星学启发预测可能的地外生命
木星共有79颗卫星，其中伽利略发现了4颗，分别是木卫一、二、三、四。其中木卫二是伽利略1620年发现的，它的直径是4者中最小的，它表面明显比其他3颗更为光滑。它的质量不到地球的百分之一。自转周期和公转周期相同，说明木卫二有一面永远面向木星。
对木卫二最早的空间观测可追溯到上世纪70年代。它的表面平坦；陨石坑很少，只有3个直径大于5km的。这是美国发射的旅行者2号拍摄的影像：
图5 美国旅行者2号拍摄的木卫二表面影像
1989年伽利略航天器发射之后，获得了木卫二更精细的影像。可以看到呈点状、线状的构造现象。
表面平坦，只有3个陨石坑，是不是意味着落到木卫二上的陨石本来就比较少呢？木卫二和其他卫星运行都受控于木星的引力，陨石落到卫星上的可能性应该均等。其他三个卫星陨石坑都比较多。推测落到木卫二上的陨石和落到其他卫星上的数量相当。落到木卫二上的陨石不少，然而陨石坑少，原因是什么？难道表面不是岩石吗？
木卫二表面是冰的可能性？1）表面物质粘度小于岩石，大于水；2）木卫二是最明亮的星体之一——反射率大；3）简单的元素组合中，冰的可能性大。
木卫二冰面上有生物吗？难！原因：木星持续释放高能粒子，高能粒子的轰击下，有机体无法在木卫二表面生存。
表面难以生存，木卫二冰面下有生物吗？有水吗？有水。证据：1）木卫二表面有对称的构造样式，指示扩张的应力环境。扩张后，灰色物质充填，类似洋中脊的运动模式。这种模式需要有水支持。2）NASA：木卫二表面的灰色“斑点”是水喷发形成的。
木卫二有多少水？比地球上的水还多。
木卫二有诞生生命的必要条件吗？1）生命的摇篮：水；木卫二满足；2）基本元素：C.H.O.N.P.S.K.Ca.Mg等（水+岩石）；木卫二满足；3）能量：水的存在，表明基岩温度高于0度。木卫二满足；4）呼吸：NASA证明存在稀薄大气。所以，木卫二的海洋中可能有生命！甚至有科学家预言：没有生命才更奇怪！
这里有个阻碍：冰盖阻挡着大气和水的交换？如果真如此，那么海洋中生命也难以生存。
冰层厚度很重要：厚的冰层可能发生对流，有利于表面与水的连通；过薄的冰层不利于对流的发生，限制了表面与水的连通。动力学数值模拟揭示：木卫二冰层厚度大于20km。
图6 木卫二冰层厚度的计算结果
总结：木卫二海洋中可能存在生命。冰层厚度制约着表层稀薄的大气和海洋的交换。数值模拟研究认为冰层厚度大于20km。这个厚度能否支撑对流，沟通表面和水，需要进一步研究。
【讨论与交流】
刘世祥：能不能做一个数值模型，模拟一下木星发射的高能粒子对木卫二的辐射强度。
杨少华：您的意思我明白了。做个模型，看一看辐射强度的大小，看能否有利于生命存活。这个问题非常好，前人已对这个方面开展了研究，他们的研究结果显示：辐射在冰中衰减特别快；冰面之下10公分左右的深度，木星的辐射可以忽略不计。所以，冰面上存活生物比较困难。另外，冰面的温差极大，也不利于生命存活。
张谦琳：比如贵阳地化所的研究，地球内部那么热，把地球内部各种石头取出来，用科学的方法研究地球下面的石头，最终得出结果，觉得你们可以参考。你的实验怎么做的？是真实地建了一个冰的陨石坑吗？
杨少华：目前木卫二人为干预达不到，只能通过概念先研究一下。我们没有建立真实地陨石坑。实际上，就算建一个真实地陨石坑也无法做实验。因为冰蠕变的时间周期很长。我们建立的是数值模型，在符合一定物理规律的情况下，由计算机模拟冰的蠕变。
姚凤梅：能解释下冰层厚度与大气沟通吗？
杨少华：如果太薄不能进行对流，指的是冰之间的对流。冰层厚的话，冰可以发生对流，就像地幔对流一样。只要发生对流就可以沟通冰面外的稀薄大气和冰下的海洋。如果冰太薄，是不能发生对流的。那么大气和海洋不能有效沟通，那海洋将不利于生命的存在。我们现在的结论是冰川厚度大于20km。 至于这个厚度能否对流进而有效沟通大气和海洋，还需要进一步研究。
王文标：想问下为什么选择木卫二？
杨少华：有些行星表面是有冰的包含，木卫二是最可能有生命迹象的。
吴宝骏：你的报告中提到“流浪地球”。你支持拍摄科技题材的电影吗？你认为科学家应该以怎样的心态和媒体打交道？你愿不愿意做一些科普活动？
杨少华：我完全支持拍摄科技题材的电影，增加观众知识的同时，也能潜移默化教育孩子，让他们喜欢钻研。和媒体打交道，首先是坚持科学本身，告诉媒体事情的全部，同时要“打好预防针”，避免以偏概全。我个人非常乐于科普。让大众喜欢这个专业，觉得这些研究有价值，才能更支持我们搞科研。
孙爱芝：有两个问题，你认为木卫二处于地球氧化的哪个阶段？因为木卫还有其他卫星，木卫二相比其他卫星，是早期还是晚期？
杨少华：大家目前都处在猜测阶段，三个卫星都差不多。
【结论】
人类是幸运的，因为地球是迄今为止唯一一个拥有生命且生机勃勃的星体。尽管地球历史上有多次气候环境突变，然而生命没有完全灭绝，而是向着越来越高级的方向发展。目前人类面临着全球升温的挑战，需要全球合作，才能更好地应对。同时我们应该警惕，完成工业化的发达国家在积极寻求途径试图把气候问题政治化进而压制发展中国家的发展需求。面对全球升温，不应完全悲观，而是要全面研究，全面评估。
如果存在地外生命，它们的生存环境是怎样的？研究地外生命环境有助于理解早期地球环境，或许对于应对当下气候环境变化有所启迪。木卫二存在生命之源——水，存在能量，存在稀薄大气，也需要冰的对流进而沟通表面和海洋。有人大胆预言：没有生命才更奇怪！总之，木卫二让科学家充满希望。
