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层以及岩石和水而被反射回太空中。地球的平均反射率,或反照率,通过从卫星上的直接测量和从地照反射出月球暗面的间接测量结果表明,大约是百分之三十五。百分之六十五的太阳光被地球吸收,以加热地球而达到已能容易地计算出来的温度。这个温度约为-18c,它在海水的冰点以下,比已测定的地球平均温度要冷30c左右。

    这种不符是由于这种计算忽略了所谓的室温效应而造成的。从太阳来的可见光进入地球纯净的大气并由此被传入地球表面。然而,在力图辐射回太空的表面,受到在红外线中辐射的物理规律所约束。大气在红外线中不易透进,而某些波长的红外辐射诸如62微米或15微米辐射只能穿过几厘米,就被大气气体吸收了。由于地球大气是浓密的。能吸收红外区的许多波长,因此,由地球表面发出的热辐射被阻止逸入太空。为了在地球从太阳接受的辐射与由地球发射到太空的辐射之间具有接近的等值,地球表面温度就必定要升高。室温效应不是由于地球的主要大气成分,诸如氧和氮引起的,而差不多毫无例外地是由于次要成分,尤其是二氧化碳和水蒸汽造成的。

    就我们所知,金星这颗行星也许就是一个例子,在那里大量的二氧化碳和少量的水蒸汽进入行星的大气中,从而导致这样一种巨大的室温效应,以致水不能以液态留在表面上;所以,行星温度猛烈上升到一个极高值在金星的情况下,这个值是480c。

    迄今为止,我们一直谈的是平均温度。地球温度处处都不相同。极地比赤道地区要冷,一般说来,这是因为太阳光直射在赤道而斜射在极地上。地球上赤道和极地之间温度非常不同的趋势是由大气循环加以调节的。赤道区的热空气上升并在高空中移向两极,在两极下降并返回地球表面;接着又循此老路折回,不过这次是低空从极地返回赤道。由于地球的旋转c地球的地形和水的相变而使之复杂化的这种总的运动,是影响气候的因素。

    今日地球上观测到的平均温度约是15c,这个温度通过观测太阳光强度c全球反照率c自转轴的倾斜以及室温效应而能获得相当满意的解释。但是所有这些参数原则上都是变化的;并且过去或未来气候的变化,都能归咎于其中任一项的变化。事实上,关于地球上的气候变化,几乎有上百种不同的理论,甚至今天对这一课题还很难表明有一致的意见。这不是因为气候学家天生无知,或天生爱争执,而是因为这个问题极端复杂。

    负反馈和正反馈两种机制都可能存在。例如,假设地球温度降低了几度。大气中的水蒸汽量几乎完全由大气决定的,随着温度下降,就出现下雪,从而阻止了温度的下降。大气中水减少,意味着室温效应变小,也意味着温度的进一步降低,而这甚至可能导致大气水蒸汽的减少,如此等等。同样,温度下降可能使极冰的量增加,从而增加了地球的反照率并使温度继续进一步下降下去。另一方面,温度下降可能降低了云层的量,这会降低地球的平均反照率并使温度增加或许足以补偿最初的温度降低。新近人们提出了这样的假设,即地球这颗行星的生物起着一种恒温器的作用,以阻制温度太极度的偏离而可能会给全球生物带来有害的后果。例如,温度下降可能造成耐寒植物的增加,以致使广大的地面被覆盖并降低了反照率。

    有三种更流行c更有趣的气候变化理论应当被提到。第一种包含各种天体力学可变量的变化。这些可变量有:地球轨道形状c地球自转轴的倾斜,以及由于地球和附近其他天体的相互作用而在长时间内使地球的岁差完全改变。对这些改变程度的详细计算表明,它们至少能影响几度的温度变化,由于存在着正反馈的可能性,这本身对于解释主要的气候变化也许是适当的。

    第二类理论涉及反照率变化。这些变化的一个更显著的原因是大
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