基本介紹
- 中文名：全球氣候異常
- 起因：植被不斷減少，碳排放不斷增加
- 應對辦法：保護生態環境，發展新能源
原因,背景知識,理論推導,應對辦法,
原因
若將地球視為一個系統，經過長時間的演變，這個系統與外界形成了穩定的能量交換體系，是一個平衡系統。當能量交換體系當中的某一環節或多個環節出現異常甚至紊亂時，導致整個系統的異常隨之也出現，同時這種異常是紊亂的，因此難以形成新的平衡。問題出現了，平衡被打破，但卻一直沒有形成新的平衡，而是處在一個紊亂狀態之中，隨之帶來的一系列現象包括：
1、全球氣候異常
2、板塊運動異常
3、大洋流動異常
……
等一系列異常現象
所有這些異常，歸根到底都遵循最基本的物理學定律，可以通過基本的物理學定律建立數學模型，推算得來，這就是地球物理學的魅力所在。中國科學家的最新研究表明，地球表面植被覆蓋不斷減少與全球氣候異常兩者有著必然的內在聯繫，首先對這一數學模型作一簡單介紹。
背景知識
首先必須介紹幾個簡單的物理常識：
第一，力學
第二，焦耳定律
英國物理學家焦耳做了大量的實驗於1840年最先精確地確定電流通過導體產生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導體的電阻成正比.跟通電時間成正比，這個規律叫做焦耳定律. 焦耳定律可以用下面的公式Q=I2Rt 表示
第三，光電效應
光照射到某些物質上，引起物質的電性質發生變化，也就是光能量轉換成電能。這類光致電變的現象被人們統稱為光電效應（Photoelectric effect）。
赫茲於1887年發現光電效應，愛因斯坦第一個成功的解釋了光電效應。
第四，尖端放電效應
第五，電磁感應定律
第六，場分布概念
總之，其實就是力、熱、光、電四大力學，近代物理等一些理論，還要知道高等數學、地質構造板塊運動等方面的一些知識。
理論推導
有了這些知識之後可以理解下面的話
（1）大前提
地球在圍繞太陽公轉地同時進行自轉，黃赤夾角是23度26分，在太陽輻射的照射下，由於光電效應，地表物體的電子被不斷電離，形成的負離子隨著熱空氣上升，使得地錶帶上正電荷，帶電量與太陽輻射強度以及時間成線性關係，也就是說，太陽在不斷為地表充正電荷，負電荷則上升至高空，整個地表與大氣層構成一個超級巨大電容器。
（2）電荷在地表將如何分布？
由於海水是良導體，相比之下，大陸板塊是不良導體，因此電荷在海平面能夠迅速流動，而在大陸上則流動相對緩慢一些，由於尖端效應，電荷將向地球表面海拔較高的地區不斷聚集，因此，海平面總的電流效應為零，電流效應將主要體現在大陸板塊之中。這樣就可根據地球板塊分布、地表詳細地形地貌、地球自轉情況以及太陽輻射角度等基本參數建立一個地球的電流及電荷模型，可計算出分布情況，理論上能夠得出與實際非常吻合的結果，視參數選擇的精確度以及計算機的數據處理能力。
（3）所帶來的電流場分布情況以及地磁場產生機理
當地球一側面對太陽時，根據此理論模型，若外界太陽輻射全部禁止，則地球表面的電荷運動趨勢是不斷向尖端地帶運動，產生電流場1，稱之為磁場1（這個電流場與地表大陸分布情況以及大陸海拔情況有關，且電流各向同性，所以其總體效應為零，但可在局部地區對地磁場的分布造成影響）；與此同時地表在不斷地放電，因此在太陽輻射存在的情況下，地球正對太陽一面的電荷分布（主要分布在大陸上）是東面電荷最多，西面電荷最少（由於地球自西向東自轉），因此在面對太陽一側形成了自東向西的電流，稱之為電流分布2，這個電流產生一個磁場，稱之為磁場2，且可知面對太陽一側，磁場較強，背對太陽一側磁場發散；此外地表尖端地帶聚集的正電荷隨著地球自轉所產生的磁場大小可稱為磁場3；而地表上空的負電荷也在隨著地球自轉產生電流場4，對應一個磁場，可稱為磁場4，由於正負電荷總量相等，因此磁場3和磁場4總體效應為零。綜上所述，磁場2是地磁場的主要來源，具體數據則需要根據太陽輻射情況、大陸板塊分布情況等詳細數據建立模型計算。
（4）地球如何實現電荷平衡
可將地球視為一個超級電容器，在太陽為這個超級電容器以1600A持續充電的同時，也在進行著1600A的放電（見費曼物理學講義閃電平均電流1600A，可推知充電電流是1600A），這個放電，就是閃電，所以，地球上現在閃電的平均電流就是1600A，閃電的電流則是自地表向高空，自下而上。閃電需要將空氣擊穿，因此多發生在空氣濕度較大的地帶，如陰雨大風天氣、以及較高海拔火山口地帶等。地球的表面電場強度自下而上超過100V/m（見費曼物理學講義），電場分布應該是，地表直到電離層，因此，可以推算出地球這個超級電容器蘊藏著很大的能量。既然電荷量很大，為什麼我們沒有感覺？因為我們所處的位置，在同一電位上，而乾燥的空氣又是極佳的絕緣體，所以沒有什麼感覺。
（5）若地表植被減少會出現什麼問題？
由以上幾點可知，地球大電容是一個平衡系統。長期以來，地球上生態環境，植被覆蓋情況是相對穩定的，因此，地表的含水量相對穩定，因此，地表的電導率相對穩定。按照此理論，當地表植被減少時，地表的電導率下降，即表現為電阻加大，也就是說，地球電容器的內阻增大，而充電功率即太陽輻射情況相對較穩定，根據焦耳定律，這在一定成度上使得地表的發熱量增大，一定程度上促進了全球變暖。
（6）若地表植被大量消失或者出現大範圍乾旱將出現什麼情況？
如方圓上千公里植被大量消失或者乾旱，造成地表大片地區成為絕緣體，使得無法按照原來的電流場進行流動而大量電荷聚集在地表。由於電荷之間的庫侖力，直觀上表現為土地表面形成裂口，巨觀上則表現為所在大陸板塊的張力，能量形式則是彈性勢能。乾旱的時間越長，則能量聚集量越大。當潮濕的空氣運動到這一地區時，由於雨水的濕潤，大地又重新成為較好的導體，地表積聚的大量電荷迅速向尖端地帶運動，於是傾盆大雨，伴隨著大量的閃電，能量迅速釋放，造成大陸板塊的異常運動。這種能量釋放對於地球來說微不足道，但是對於人類來說則破壞力巨大。
可以由這個模型得知，地表植被不斷減少是全球氣候異常的主要推動力之一，在地表溫度緩慢上升的同時，各類異常天氣現象也日益頻繁發生，其中有著複雜的相互作用，需要更多更詳盡的數據，如大氣、洋流、地質等多方面，這個模型可以作為地球物理學的基本模型。具體問題具體分析，還可以推廣至其他天體、星系。
