地球运转参数变化产生的影响

第一节　地球运转参数变化产生的影响

在前一章节中，我已经通过浅显的物理过程论述了平衡效应使地球转速和轨道倾角发生变化的机理。其实还可以进一步认为：由于平衡效应在地球生命史中是永恒作用的，它主要是以振荡效应的方式作用，所以可以认为振荡效应是地球史中引起地球运转参数变化的主要原因。以下仍以振荡效应为代表来阐述其对地球运转参数变化的影响及其可能产生的气候变化。

对处于地—日体系中的地球来说，在忽略一些不寻常的外来干扰和作用力时，可以认为地球的总角动量、动量是守恒的。当地核产生振荡现象，即以OP为振荡轴做振荡运动时，内核角动量的改变将同时引起内核外地球其余部分发生相反方向的转动补偿，这也就是产生了一静力偶矩。再由旋转体的动力学规律可以很容易得到：在核振荡过程中，离O过程将使地球的转速逐渐减小，黄赤交角增大；归O过程将使地球的转速逐渐增大，黄赤交角变小；而环O过程则因所在轨迹方位的不同会产生多种可能性。

地球自转参数的不时受扰更动，引起了黄赤交角的变化，这种变化必然会引起地球上气候状况的改变。目前地球的黄赤交角值为23．44°，英国古文明研究作家葛瑞姆・汉卡克的著作《上帝的指纹》中指出地球黄赤交角的变化在22．1°到24．5°之间。这一观点得到了科学家们的认可。现在我们就来探讨核振荡对地球黄赤交角大小的影响及其所产生的一些后果。

核振荡的离O量能引起地球自转的赤道面和绕太阳公转的黄道面之间的夹角变大，而黄赤交角的增大，太阳直射的范围将扩大，意味着太阳直射点北界北推，南界南推，北回归线北移，南回归线南移；由于黄赤交角变大，太阳直射点的移动幅度变大，各地正午太阳高度角的年变化幅度也增大，并且各地昼夜长短的年变化幅度增大。黄赤交角的扩大还能使极圈的度数减少，北极圈南移，南极圈北移，极圈到极点的范围扩大，有极夜和极昼现象的范围也扩大，如图5．1所示。

图5．1　黄赤交角变大导致五带的变化

换句话说，就是离O量效应，使得热带和寒带的范围扩大，温带的范围缩小。地球上各地的季节变化会更加明显，赤道低气压带、副高压带及其他气压带风带北移或南移的幅度变大。这样会使地球上热量的分布情况发生改变，进一步影响农业生产。如寒带范围加大，现在中国的粮食主产区华北平原和东北平原热量不足，将不再适宜小麦生长，从而使粮食生产面积缩小，引起人口向中低纬度地带迁移。当这种情况在世界上蔓延时会引发土地和资源的争夺甚至战争。此外，寒带的变宽使得气候总体上的大陆性获得增强，意味着两极冰川的迅速发育和进而向温带进行“冰川入侵”，海平面的下降引起海退和大陆面积的扩大，赤道附近变得更热，更不适宜于生物的生长。这也将意味着地球上植物带、动物带向温带缩拢，由于气候的恶化导致生物的灭绝，某些河湖的干涸化等等。

再回过头来看看相反的过程。归O过程的进行，恰好与离O过程所造成的效应相反。归O效应使得地球的黄赤交角变小，太阳直射的面积变小，各地昼夜长短的年变化幅度也随之变小，使得北回归线南移，南回归线北移，北极圈北移，南极圈南移。太阳直射的范围减少，导致的结果是热带和寒带的范围都变小，温带的范围扩大。这时两极的冰盖因之消融而缩小，全球海平面上升，潮汐运动加剧，许多大陆的边缘将发生海侵现象。这样对于地球上主要由太阳辐射和大气环流所控制的水热状况来说，会使气候的季节变化趋向缓和，全球的年降水量普遍升高，这种水热状况对于生物来说，意味着相邻带谱之间纬度方向上的扩散和整个地表总体上的生命繁荣；对于地貌来说，这意味着常态侵蚀的盛行和红土层的广泛发育。

……

这里，我对许多学者从别的角度对地轴偏移、冰川入侵、气候变迁、海陆进退以及物种灭绝等所给出的因果分析并无反对之意，因为造成一个事件发生的原因本来就是多解的。不过，从其作用的强度、作用的普遍性、作用的根本条件和作用的连锁关系上来说，我认为把地球自身所发生的平衡效应，尤其是振荡效应视为主要原因方显得更为合理。平衡效应一则能致使地球运转参数发生变化，二则它本身也是一个贯穿整个地球生命史的持续作用过程，而振荡效应又是平衡效应中的代表形式。

由此可见，大幅级的核振荡会引起地球五带的变化，进而引起全球性的连锁效应，造成全球性的气候变化。因此，笔者特从地球“生理”角度出发，得出有关地球气候变迁的观点：平衡效应是气候变迁的根本原因，而振荡效应是造成气候波动的显著因素。

气候变迁是指从一种正常的气候过程转换成另一种正常的气候过程。通常指较长时期的气候演变，也泛指各种时间尺度的气候演变，如地质时期气候演变、历史气候演变和现代气候变化等。气候是不稳定的，具有连续波动的性质。只有一系列波动长期向一个方向变化，并使自然地理环境其他因素发生改变时，才算是气候变迁。在地球形成的47亿年以来，地球上的气候自始至终都在不停地变化、变迁。关于气候变迁的原因，不同学者进行了热烈的讨论，现在流行的气候变迁理论可归为三种：以辐射收支为重点的气候变迁理论、以大气循环为重点的气候变迁理论和米兰科维奇的气候变迁理论。以辐射收支为重点的气候变迁理论着重于太阳辐射对地球气候的影响，而以大气循环为重点的气候变迁理论主要着眼于地球自身的大气循环所产生的影响。

下面重点陈述米兰科维奇的气候变迁理论。南斯拉夫的M．米兰科维奇提出地球冰期循环是地球轨道变化改变了季节之间的热平衡而引起的。气候变化存在着三个天文周期：每隔2万年，地球的自转轴倾角变化一个周期（称为岁差）；每隔4万年，地球黄道与赤道的交角变化一个周期（地轴倾斜）；每隔10万年，地球公转轨道的偏心率变化一个周期。米氏理论认为：利用地球天文参数同第四纪气候变迁进行对比，认为地球天文参数是导致地球的轨道三要素——地轴倾斜、地球轨道偏心率、岁差的周期性变化的原因。地球轨道变化进一步引起地球大气圈顶部太阳辐射纬度配置和季节配置的周期性变化，从而驱动气候的变迁。他认为这三要素的变化引起在单位面积上所受的日射当量有常年的变化。当夏季最低值出现在高纬（以65°N、S为标准）时，大陆冰川就发生了。

在一个约为10万年的周期里，地球的轨道皆在圆形与椭圆形之间变化。轨道离心率越小（越接近圆形）时，四季变化相对较不明显，也不易有冰期的发生。反之，离心率越接近1（但不等于）的轨道，四季明显，也较易产生冰期。地球自转轴的倾斜角度介于21．5°到24．5°之间，以4万年为一个周期。角度越大，高纬度地区因接受辐射的时间差异较大，易形成冰期。现今地球自转轴倾斜角度为23．44°，且有减小的迹象。因地球自转轴的进动，造成一个大约两万年的周期。在远日点时，若北半球倾向太阳，冬天温度将会相对较高；若因进动而导致南半球在远日点时倾向太阳，北半球的冬天将较为酷寒。又因北半球陆地多，比热小，温度容易下降，而较容易形称冰期。但是米兰科维奇循环并未能圆满解释气候的变化，特别是冰期的产生，因为冰期的发生显然小于10万年这个周期。

这么看来，通过核振荡理论，已恰恰为米氏的气候变迁理论的“假定”提供了理论上的支点。前面已经讨论过了，地球的核振荡会引起地球的物质发生迁动，大规模的物质迁动会导致地球的岁差、地轴的倾角（黄赤交角）和地球轨道的偏心率发生变化。

对于人们已习惯认可的以辐射收支为重点和大气循环为重点的气候变迁学说，我觉得它们不为气候变迁的根本原因。它们是能引起气候波动，但它们多是小范围、小量幅的制导因素，多为平衡效应的派生原因，而振荡效应才是引起气候变迁的最根本的原因。这三种因素会共同影响地球的气温变化，每个因素不同的表现也让地球的气温更加不可预测。至少可以肯定，整个地质时期的气候变迁的重要原因之一是海洋和大陆分布的变化，即同全球自然地理环境演变的根本原因有关。人类活动（包括自然植被的破坏、大气污染、人工热源等）已对局地气候造成了显著的影响，但是自然原因在当前仍被认为是大范围气候演变的主要原因。

因此，地球运转参数的变化同样也会引致地球气候的变迁，对地球的气候产生重大的影响。

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12．以辐射收支为重点的气候变迁理论

以辐射收支为重点的气候变迁理论主要考虑了太阳辐射强弱和地球表面对太阳辐射吸收、反射的程度对地球气候的影响。太阳的热辐射是地球气候系统的重要能量来源，它是指太阳向宇宙空间发射的电磁波和粒子流。很早以前，人们就把地球的气候变迁归因于太阳的热辐射和太阳活动周期性的变化。科学家考察地球气候变化时发现，太阳的“蒙德极小期”（即太阳活动非常衰弱的时期）和地球上一个小冰河时期的最低气温存在着联系。

太阳辐射通过大气，一部分到达地面，称为直接太阳辐射；另一部分为大气的分子、大气中的微尘、水汽等吸收、散射和反射。被散射的太阳辐射一部分返回宇宙空间，另一部分到达地面，到达地面的这部分称为散射太阳辐射。到达地面的散射太阳辐射和直接太阳辐射之和称为总辐射。地球表面在吸收太阳辐射的同时，又将其中的大部分能量以辐射的方式传送给大气。地表面这种以其本身的热量日夜不停地向外辐射的方式，称为地面辐射（如图5．2所示）。因此，在讨论以辐射收支为重点的气候变迁理论时，具体考虑的因素包括：①影响太阳辐射强度的有关因子的变化。②太阳辐射和地球的长波辐射在通过大气时，大气中的尘粒会起吸集和扩散的作用，尘粒的量和粒子的大小引起波动变化的趋势。③地球表面的反射率的变化。

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13．以大气循环为重点的气候变迁理论

大气循环泛指由于地球表面的不均匀受热，扰乱了大气的平衡，导致了空气运动和大气压力的改变而引起的地球表面大规模的空气流动，以及与较小规模的海洋环流一起重新分配热量和水汽的途径。形成大气循环的主要因素有高低纬间的热量差异、地转偏向力、太阳直射点的南北移动、海陆热力性质差异等。大气循环的主要形态是大气对流，太阳光加热了地球表面，赤道附近的热空气上升，从高空分流向地球的两极，热空气在两极地球释放出所携带的热量而变冷变重，下降到地面之后，又从两极吹回赤道，周而复始，从而形成了大气的全球性对流，即大气循环。大气对流在局部地区也会形成，大气循环使地球表面温度趋于热平衡状态，大气环流是传递气候信息的主要媒介，它引导着不同性质的气团活动、锋、气旋和反气旋的产生和移动，是气候和气象变迁的导因。

图5．2　地球对太阳辐射能量的吸收情况

大气环流在气候的形成中起着极其重要的作用，在不同的环流控制下就会有不同的气候，即使是同一环流系统，如环流的强度发生变化，则它所控制的地区的气候也将发生改变；如环流出现异常情况，则气候也将出现异常。大气环流因子在气候的变迁中也起着重要的作用。它不仅通过环流的纬向分布影响气候的纬度地带性的变化，而且还通过热量和水分的输送，扩大海陆和地形等因子的影响范围，破坏气候的纬度地带性。当环流形势趋向于长期的平均状况时，气候是正常的，当环流形势随着季节、年份逐渐向一个方向发生改变时，就会直接影响该时期的气候，使之出现异常，发生气候变迁。