主條目:近代氣候轉變的成因和氣候轉變的科學觀點
過去40萬年的二氧化碳含量與自工業革命的急速飆升;地球軌道的週期性改變(又稱為米蘭柯維奇旋迴)被相信是十萬年的冰河時期循環的背後推動者。
氣候系統的改變來自自然或內部運作及對外來力量的改變作出的反應。這些外來力量包括了人為與非人為因素,譬如太陽活動、火山活動及溫室氣體。多名氣候學家同意地球近年來已經變暖。近代氣候轉變的成因仍然是活躍的研究範疇,但是科學界的共識指出溫室氣體是全球變暖的主因。可是,科學界外仍然對此結論有爭議。
在地球大氣層排放二氧化碳及甲烷,而其他情況不變下,會促使地面升溫,溫室氣體產生天然的溫室效應。如果沒有它,地球溫度會比現在低攝氏30度,使地球不適合人類居住。因此,在支持與反對這套變暖理論之間爭辯是不正確的,反而應該則重於大氣層中二氧化碳及甲烷含量的增加所產生的最終效果,什麼時候應該促進或什麼時候才同意使之緩和。
舉一個重要的回饋過程的例子,就是冰反照率回饋。大氣層中增加二氧化碳暖化了地球表面,導致兩極冰塊溶解。陸地與開放水域便佔據更多的地方。兩者比冰的反射還要少,所以吸收了更多太陽輻射。這樣使變暖加劇,到頭來促使更多冰塊溶化,循環不斷持續。
因為地球的熱力慣性與對其他間接效應的緩慢反應,地球現今的氣候在不斷增加的溫室氣體下變得不平衡。氣候行為研究指出,縱使溫室氣體維持現今的水準,全球平均溫度可能仍然會上升攝氏0.5至1度。
大氣層中的溫室氣體
在過去65萬年,大氣層二氧化碳與全球溫度的圖表
1980年至2003年,全球主要溫室氣體的趨勢圖
溫室氣體對於太陽的短波輻射來說是透明的。可是,它們卻吸收了來自地球發放的(黑體輻射)部份長波的紅外線輻射。這樣使地球難以降溫。它們能暖化地球多少是以全球暖化勢能作指標。
大氣層中二氧化碳及甲烷的濃度自1750年比前工業化水平(280百萬分率)分別上升了31%與149%。而現在的水平已經高於380百萬分率。從冰芯中提取可靠的數據指出,與過去65萬年的作比較,這是個明顯的飆升。從一些非直接的地質學證據,有理由相信過去4千萬年的二氧化碳含量比較高。在過去的二十年中,大約四分之三的人為的二氧化碳排放都是燃燒化石燃料。其他的人為排放都是土地使用方面,特別是砍伐森林。
1958年在夏威夷大島海拔約3400公尺的毛納洛峰上對二氧化碳混合比率展開了最漫長的連續的儀器測量。從此以後,人們發現每年的測量結果不斷攀升,如基林曲線(Keeling Curve)顯示,數值由當初的315百萬分率上升至2006年超過了380百萬分率,升幅大約是21%。結果顯示二氧化碳含量在每個月出現輕微季節性變動而整體上全年是不斷上升。
甲烷是天然氣的主要組成部分,大部分由生物生產和從天然氣管道和其它基礎設施洩漏出來。一些甲烷的生物來源是自然的,譬如白蟻。可是其他來源則是由人類農業活動增加而帶動的,例如稻米的耕種。最近的證據顯示,森林也許是甲烷的來源。如果屬實,這會是對天然溫室效應的額外貢獻,而不是人為溫室效應的。
雖然實際的趨勢軌線視乎不確定的經濟、社會、科技及自然發展,預期未來的二氧化碳水平將因為使用化石燃料而持續攀升。政府間氣候變化委員會的《排放情況的特殊報告》羅列出很多不同的二氧化碳情況,在2100年可以達致由541至970百萬分率的水平。如果煤與焦油被廣泛地採用,現時的化石燃料儲備是有能力實現這個水平並且在2100年後繼續排放。
於2000年人為排放的溫室氣體的各個組成部分
全球的主要人為排放的溫室氣體是來自燃燒燃料。餘下的大部分來自「短暫的燃料」(生產與運送中耗用的燃料)、工業及農業生產中的排放。在1990年,他們的比重分別是5.8%、5.2%和3.3%。當前的數據都可以作比較。大約17%來自發電時所耗用的燃料。很少來自大自然與人為生物來源,大約只有6.3%來自農業所產生的甲烷和氧化亞氮。
正迴饋效果會導致更多溫室氣體的來源。譬如從西伯利亞永久凍土中的泥煤田釋放的甲烷可能多達7百億噸。注意人類排放的污染物如硫酸鹽氣溶膠有冷卻的作用。雖然被干擾的自然循環可能導致二十世紀中期的溫度記錄中所見的高原,但那些人類排放的污染物在某個程度上也引致同樣的溫度記錄
另外一些理論
人類曾企圖測量關於「在過去50年觀察得到的大部分暖化都是由人類活動所致的」的科學公眾輿論程度。在科學雜誌中,加州聖迭戈大學的歷史學教授納奧秘·奧勒斯克斯從科學資訊機構中的928份科學文獻的摘要中尋找全球氣候改變(global climatechange)。他得出結論,當中75%明示或暗示接受了這個公眾輿論的觀點。可是,奧勒斯克斯教授並沒有表示多少摘要指出人類導致的暖化效果。
除了這個公眾輿論外,還有其他的假說嘗試解釋全部或部分的全球溫度升高的原因。某些假說如下:
- 全球溫度升高仍然屬於自然溫度變化的範圍之內。
- 全球溫度升高是小冰河時期的來臨。
- 全球溫度升高的原因是太陽輻射的變化及雲層覆蓋的調節效果。
- 全球溫度升高正反映了城市熱島效應。因為很多讀數都在人口稠密或正在擴張的地區。
太陽變化理論
過去30年的太陽輻射的變化圖
政府間氣候變化專門委員會的第三份評估報告所闡述的模型研究發現最近40至50年的氣候改變並不需要太陽發光度的變動。這些研究發現火山及太陽活動只能影響1950年前的溫度改變的一半,但這種自然力量最近已經被抵消。特別是,自1750年的溫室氣體所推動的氣候改變比同期增加的太陽活動所推動的高出八倍。
有些研究(Lean等人,2002年;Wang等人,2005年)認為前工業時期的太陽發光度比第三份評估報告中所提及的復原紀錄(例如:Hoyt和Schatten,1993年;Lean,2000年)還少三四倍。其他研究人員相信太陽發光度對全球變暖的影響被低估了。他們估計太陽活動促使近來溫室效應的16%或36%。其它人則建議雲層和其他過程的回饋加劇了太陽活動的變動所帶來的影響。如果是真的,太陽活動的變動真的被低估了。從普遍的科學理解來說,太陽發光度變動對歷史上的氣候改變貢獻是十分小。
現在的太陽活動水準是歷史性高。科學家SamiSolanki博士等人認為過去60年至70年的太陽活動是八千年來的高峰期。Muscheler等人則認為過去幾千年都曾經出現類似的高峰期。Solanki博士根據他們的分析斷定了太陽活動在未來的50年會降低的機會率大約是92%。再者,美國杜克大學的研究者在2005年發現過去二十年的改變中的10%至30%可能來自增加的太陽輸出。回顧了現有的文獻,Foukal等人斷定自從1970年代中期太陽輸出的變化很難加劇全球變暖並且沒有證據顯示太陽發光度在這個時期有所增加。