氣候難民
我在2008年出版冰天凍地,全球升溫的結果竟然是全球急涷的新冰河時期。書中內容包括電影明日之後的情節,灣流斷流。灣流是北太平洋環流的一部份。灣流停下來,地球失去調節氣溫的海洋環流,地球氣候變得極端,世界各地會有嚴重水災、強力風暴和熱浪。很快,地球會進入冰河時期。糧食失收,人口大量死亡。
書中有以下一句,「我們還未知道海洋環流停下來之後會有甚麼後果,但是新仙女木事件明顯地給我們嚴重的警告,肆意排放二氧化碳無異於跟死神玩捉迷藏。」
2021年8月5日,傳媒報導科學家證實灣流有停止跡象,灣流流量是1,600年來最低。可是,科學家不知道令灣流完全停止的大氣二氧化碳含量是多少。唯今之計是盡量減少排碳。我們每燒一克二氧化碳出來,灣流就會相應地減弱。地球會因為灣流減弱或者斷流而突然進入冰河時期。情況就像電影明日之後那樣恐怖。
即使灣流未完全停下來,2018年5月,大埔錄得攝氏38.1度的破記錄高溫。2020年氣候十分極端,2021年就更差。半個中國和歐洲泡在水中,七月熱浪加飛雪。中國鄭州水災傷亡慘重,河南省各地災情比荷里活恐怖片更加可怕。很多地區狂風暴雨,有些地區卻極度乾旱。寫這篇貼文時,加州Dixie市被山火燒成焦土。被燒成焦土的市鎮不是只有Dixie。山火燒了Paradise兩次,幾乎將整個Paradise燒成焦土。土耳其和塞浦路斯地表溫度再度升破攝氏50度。
https://www.theguardian.com/environment/2021/aug/05/climate-crisis-scientists-spot-warning-signs-of-gulf-stream-collapse
再這樣下去,地球上一半人口會在10年之內變成氣候難民。這是灣流即將斷流給人類的最後警告。每次我談論全球升溫都被人嘲笑。2021年,我反過來嘲笑那些曾經嘲笑過我的人。這些人笨到以為炒樓發達就是人生目標,心中只有名車豪宅和醇酒美女。地球進入冰河時期,無論如何富有,結果都是人肉冰條。
以下內容節錄自冰天凍地:
北太平洋環流North Atlantic Gyre 分為4部份:
i. 北赤道海流North Equatorial Current t- 北緯10度至20度之間由東向西的水流。
ii. 灣流Gulf Stream– 由墨西哥灣開始沿著美國東岸海線向北流動,一直去到紐芬蘭。灣流減弱的話,美國東岸北部地區,例如紐約,和西歐地區,例如英國,會受到寒流襲擊。這也是電影明日之後的主要故事題材。
iii. 北大西洋海流North Atlantic Current –灣流的延續海流,向東北流動,直達愛爾蘭及歐洲大陸西北海岸線。
iv. 康拉尼水流 Canary Current – 向西南流動,去到非洲的賽內加爾Senegal。
影響海洋環流的因素有很多,包括地球的轉動、風向和風速、海水的溫度及鹽度差、月球引力、海床地貌、海岸線和其他海流的強度及方向。深海水流的推動力主要來自海水的密度差別和地心引力。密度差是海水溫度與鹽度的函數。
在北方氣候寒冷的地方,例如北海,上層海水因為受到低溫空氣的影響而結冰,擠出鹽份,增加海水的密度,於是向下沉降。這是整個環流的主要動力來源。
海水的鹽度下降,海水密度亦下降,寒冷海洋的海水沉降就會失去部份動力,整個環流有機會慢下來,甚至停下來。
英國在缺乏來自赤道地帶的溫暖海水,很快就會回到冰河時期。這並非杞人憂天。英國財經時報於2005年12月1日報導謂令到英倫三島及北歐溫暖的北大西洋環流正在減弱。位於英國修咸頓的英國國立海洋學中心(UK National Oceanography Centre)進行的綜合水流研究結果顯示自1992年至2004年,由熱帶流向北面的暖水減少30%,以體積計算。在1992年之前的40年,由熱帶流向北面的水量保持穩定。這項研究結果同日刊登在國際著名的《自然》雜誌(Nature)。(詳情請參閱Nature 2005, 438, 655)
獲得諾貝爾獎的聯合國氣候轉變小組的科學家估計到本世紀末,北極地區的氣溫全上升攝氏6度(華氏10.8度),比地球上任何地區的升溫都要急速。
第5節歐洲危在旦夕
1.5.1. 灣流停下來
科學家發現驅使高溫海水從低緯度地區,即是熱帶,流向高緯地區,即是寒帶的灣流減弱了超過75%。由於灣流減弱,失去調節氣溫的功能,歐洲隨時都會進入冰河時期或者經歷極度嚴寒的冬季。
灣流的推動力量來自格陵蘭海的海水結冰令到水中的鹽度和密度增加而急速沉降。情況就像將汽水放入雪櫃中,汽水內的水份子結晶,即是結冰,將糖份擠到沒有結冰的液體中去。當汽水只是一半結冰時,留下來的液體濃度高過原本的汽水。
當海水的鹽度減低,即是能夠在結冰過程中擠出的鹽份減少,未結冰的海水沒有足夠密度沉降下去。北極冰架和海冰溶解能夠對氣候構成重大影響。不要以為冰架和海冰溶解不會令海平面升高就可以忽視。對全球氣候來說,這才是關鍵所在。
2005年,英國劍橋大學的海洋物理學教授彼德韋咸斯(Peter Wadhams)乘坐英國皇家海軍的核動力潛艇在北極冰冠下面走過,以潛艇的精密聲納系統研究北極冰冠在過去20年薄了46%的原因。
過往,北極有巨大的向下水流將密度高的冷水送到水面以下9,000呎(3000公尺)的海床。可是,韋咸斯教授發現那股向下水流幾乎完全消失。那就是說,北大西洋環流停止,熱帶的海水不會流到英國和北歐去。整個歐洲地區將會失去大自然的暖氣和暖水供應。
英國的夏季非常炎熱,很少人知道英國的緯度和西伯利亞相同。單是灣流的影響,英倫三島就升溫攝氏5至8度。
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第二部分「為何感覺不到地球自轉?非慣性座標系裡的慣性力」
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未讀第一部分的朋友可以先看:facebook.com/davidyu.phycat/posts/239431704213490
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感覺不到地球自轉的原因就像感覺不到地球表面彎曲的一樣,人類對比地球實在太渺小。正如必須望向遠方海平線才能看見船帆先於船身出現,我們亦必須跨過遙遠的距離才能感受到地球自轉所造成的影響。
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大家有玩過公園裡的遊樂設施「氹氹轉」嗎?它是一個會旋轉的大圓盤,盤上有支架。如果我們捉住支架在地上圍著氹氹轉走,然後跳上去,我們會感覺到一股力將我們推出去。這時放手的話就會被拋出去了,這就是所謂的「離心力」(centrifugal force)。如果各位在香港坐過會上高速公路的小巴,亦可以感受這種刺激的感覺。
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但如果我告訴你,離心力其實並不存在呢?事實上,離心力屬於慣性力(inertial force),又稱為假想力(fictitious force),是在非慣性參考系觀察物理現象的產物。參考系是數學語言,指用來描述物體位置、速度等物理參數的坐標系統。慣性參考系就是互相靜止不動或者以等速移動的坐標系。
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簡單來說,雖然牛頓力學在日常情況下適用於任何參考系,但在非慣性參考系裡使用牛頓力學就會出現慣性力。最常見的例子就是圓周運動。站在氹氹轉上的人在進行圓周運動,運動方向有所改變(注意物理學中的速度概念包含速率和方向),因而是個非慣性參考系。而站在地上看著氹氹轉的人則身處一個慣性參考系之中(事實上只是近似慣性參考系,因為地球也在動)。
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因為氹氹轉在旋轉,慣性定律卻說物體在不受外力的情況下只會沿直線前進,在氹氹轉上就必須施力才能跟隨氹氹轉旋轉,一旦放手就會被「拋出去」。然而,氹氹轉旁邊的觀測者只會看見一個因捉不住支架而直線飛出去的人。順帶一提,捉住支架的力當然是真實的力,叫做向心力(centripetal force)。
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現在可以回到地球自轉的問題。會自轉的地球是個非慣性參考系。就像在氹氹轉上一樣,地球上也會感受到離心力。事實上,這個離心力會抵消掉部分重力,使我們在不同緯度感受到不同的體重!用比較精確的物理詞彙,就是重力的一部分提供了給跟隨時球自轉所需的向心力。
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由於赤道與地球自轉軸的垂直距離最遠,自轉速率最快,需要較多部分的重力提供向心力。南北兩極與地球自轉軸的距離則為零,重力無需提供給向心力。因此,站在赤道時的離心力會令體重比站在南北極時減少大約0.35%。
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另一個我想簡單介紹的慣性力叫做科里奧利力(Coriolis force,簡稱科氏力),或者叫做科氏效應(Coriolis effect),描述在地球表面上移動時感受到的慣性力。由於地球並非一個圓盤而是個球體,因此科氏力的方向並不在本地水平面(local horizon)之上,與之有個夾角。把這個力拆開,可以得到兩個方向的分力,分別為與水平面平行的分力(遺憾地,這個分力亦稱為科氏力),和與水平面垂直的、稱為Eötvös效應的分力。
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平行本地水平面的科氏分力會使任何在北半球水平移動的物體向移動方向的右方偏轉(俯視時為順時針方向),同時使任何在南半球水平移動的物體向移動方向的左方偏轉(俯視時為逆時針方向)。這就是颱風形成的原因,因而源自南半球和北半球的颱風會有相反的旋轉方向。Eötvös效應會在除離心力之外進一步改變我們感受到的重力。向東走時,Eötvös效應會進一步加強離心力,抵消更多的重力。反之,向西走時反而會加強了向下的力,就好像加強了重力般。
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[有趣的是,源自北半球的颱風是逆時針方向旋轉的,剛好與科氏效應相反!這是因為颱風的形成過程是三維的,我正在寫一篇文章詳述。]
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日常生活感受不到上述離心力、科氏力和Eötvös效應的原因很簡單,就是因為人類相對地球的尺寸來說,太過渺小。只有在作長距離移動時,我們才能察覺到這些慣性力。例如,炮彈彈道計算必須考慮地球自轉、飛機飛行感受到科氏力、大規模空氣流動形成颱風等。順帶一提,有都市傳說指科氏效應會導致南北半球馬桶沖水方向相反,這是不正確的。對比地球尺寸,馬桶實在太渺小了,作用在沖廁水上的科氏力比沖廁時水流的隨機擾動細微得多,沖水方向並不會受科氏效應影響。
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歷史上首位直接測量到科氏效應的人是德國化學家懷斯(Ferdinand Reich)。物件自由落下時,由於移動方向為地心,計算指出科氏力會指向東面。在1831年,懷斯從160米高的地方掉下物件,發現物件落下的地點果然向東偏差了2.8厘米。
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那有沒有辦法在不作長距離移動的情況下,證明地球會自轉?答案是肯定的。1851年,法國物理學家傅科(Jean Bernard Léon Foucault)用一個簡單實驗證明了地球確實會自轉。他用一條67米長(好吧,這也很長就是了⋯⋯)的線吊著一個28公斤重的鉛球,形成一個很長很重的擺,掛在巴黎先賢寺的天花版上。因慣性定律同樣適用於鐘擺,擺動平面在慣性參考系裡不會改變。擺動平面不變與物理學中的角動量守恆原理有關。但因地球自轉,地球上的人就會觀察到擺動平面隨著時間改變。
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[這個實驗設備稱為傅科擺(Foucault pendulum),是世上每個科學博物館的必備展品。很多人會在早上很早就到博物館去,就是為了看工作人員開始擺動傅科擺的一刻。]
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現在我們理解到,古希臘時代的差不多兩千年後,懷斯與傅科的實驗終於直接證明了地球會動。我們會在下一節討論太空是否真的是「無重力」。
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【浴缸或洗手台,排水的漩渦是什麼方向?】
有人認為北半球臉盆的漩渦會逆時針流、南半球順時針,是真的嗎?實際是怎麼流呢?這支影片▶實際試驗,發現其實漩渦的順逆方向,跟「初始旋動」也就是水的擾動方向有關。
「初始旋動」是什麼東東名稱這麼中二(稱讚),趕緊來看看↓↓
#原來不是科氏力 #影片有不旋動的水流