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2014 年 3 月 16 日

太陽系的前世今生 (440):是人禍還是自然災害?

影像提供 :Daniel Wilkinson
文字提供 : 陳輝樺 (NMNS )  

說明 : 節能減碳對地球的實質幫助有多少?人為因素的極端保守主義者為關注現在和不久的將來出現的變化, 採取各種測量方法證明全球正在變暖、海水正在酸化、化石燃料即將耗盡等等事情,儘管這些是在不必考證就可清楚的事情。 然而有極端的自然因素研究指出地球會自發調節 氣候變化 (Climate change,或稱環境變化) ,不需要其他人的許可和為自己的行動作出解釋。 雖然人類行為可以導致短期的氣候變化,但主要的冰川事件是以 10 萬年為周期性定期發生。 顯然的,在 6 百萬年以前,地中海是乾枯的。9 千萬年以前,北極還有短吻鱷。 而在 3 億年前,北歐還是一片沙漠。我們確定的是,人類與這些巨變毫無關係。 科學家該做的事就是要找出證據、認清問題、釐清責任、找出合理的解決方案與因應對策,而非選邊站、打口水戰。

        近年來,越來越多的證據顯示自然因素對氣候的影響不亞於人為因素,開始將自然因素與人為因素合併研究。 自從 1912 年奧地利物理學家 維克托•赫斯Victor Francis Hess ,1883.6.24.-1964.12.17.) 發現大氣中的游離粒子數隨海拔高度上升而增加,因此推論此高能量輻射源來自地球以外。 現在知道充斥於整個外太空的 宇宙射線 (Cosmic ray),其實主要成分 87% 就是高能 量的質子 (Proton,p)、10% 的helium) 原子核 (α 粒子)、1% 的孤電子 (β 粒子)、 以及 1% 的重原子核和 γ 射線電子微中子 (neutrino),這些高能量的帶電粒子在 銀河系 磁場 (Magnetic field) 中迴旋, 接近 太陽 地球 時也會受其磁場影響。 當 太陽活動 (Solar variation) 較活躍時 太陽風 (Solar wind)較強、 地球磁場 (Geomagnetic Field)和 磁圈 (Magnetosphere) 也會被強化, 來自於銀河其他地方的宇宙射線就容易被擋住、而不易入侵到 地球大氣層 (Atmosphere) 裡來,對地球的生態、氣候、地質等影響也較小。 反之,在 太陽極小期 時, 來自於銀河其他地方的宇宙射線就容易入侵到地球大氣裡來,對地球的生態、氣候、地質等影響也較大。 高能量的宇宙射線進入到地球大氣裡來後會促使空氣的 (N) 與 (O) 產生 核反應 , 例如 14N中子 (neutron,n) 反應產生放射性同位素 14C。 由 Δ14C 豐度(Δ14C = 14C /12C)就可推算出當時宇宙射線強度。 因此可以反推數千年的宇宙射線強度,也發現 Δ14C 可以反映受「太陽調制」 (Solar modulation) 的宇宙射線通量的變化。上圖表是 1983 年至 2012 年 30 年間所偵測到的宇宙射線強度、 X 射線 、高能質子、磁場與 太陽黑子 (Sunspot) 數關聯 的太空環境曲線圖。

        幾項研究代表著 太陽黑子 及宇宙射線直接關聯到氣候的重要指標:雲、氣溫、及雨量, 證實氣候的變化與太陽的變化有關。 也就是說全球暖化的來源不只是人造溫室氣體所單獨造成的,宇宙射線與雲雨量的關聯是氣候研究中不可忽視的重要因素。 1959 年美國大氣物理學家 Edward Purdy Ney (1920.10. 28. – 1996.7. 9) 就指出太陽或宇宙射線對於氣候與 對流層 (Troposphere) 或 平流層 (Stratosphere,又稱同溫層) 的離子可能有關,目前對於太陽或宇宙射線對氣候關聯的方式有兩類的理論: 一類以平流層以上主要由 紫外光 (Ultraviolet) 造成的離子, 另一類以對流層以下由宇宙射線造成的離子。 雲與宇宙射線的關係比起太陽黑子數與穀價的關係更為密切,但究竟宇宙射線如何促使水蒸氣凝結成雲? 1975 年美國大氣科學家 Robert Earl Dickinson (1940.3.26.─ ) 就懷疑過這問題, 並提出硫酸根是產生 雲雨凝結核的重要因素。

        近年來 Richard Peter "Rich" Turco (1943.─ ) 等人提出更完整的『離子媒介凝結核IMN』理論, 以離子幫助懸浮微粒成為雲的凝結核。 硫化物與氮氧化物等懸浮微粒經由游離作用產生靜電,與水的氫鍵吸引, 成為奈米 (nm) 級的凝結核。這些顆粒在宇宙射線的游離作用下帶上靜電,互相吸引成微米 (μm) 級的小水滴。 而後在雲中碰撞與合併,最後到達毫米 (mm) 級的大小而落下成雨滴。 IMN理論硝酸根與硫酸根等重要成分懸浮微粒的影響補充了1998 年 Henrik Svensmark (1958.─ ) 所提 太陽周期 內雲量變化率 ± 1.5%、 宇宙射線通量變化率 15% (-5% ~ 20%)只有上限 3.2 公里低層雲的論點。 所以,太陽活動 (S)、宇宙射線 (CR) 和氣候 (C) 融合出的 SCRC 議題, 已經引起許多橫跨不同領域科學家的重視。

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