带注释的因果论证示例
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杰森韦斯特
来自《对话》
2019年9月13日
气候解释：为什么二氧化碳对地球气候有如此巨大的影响
（注意：标题将文章描述为因果论点，演示了二氧化碳如何影响气候。）
《气候解释》是The Conversation、Stuff和新西兰科学媒体中心合作开展的，旨在回答你关于气候变化的问题。
问题
我听说二氧化碳占世界大气的0.04％。 不是 0.4% 或 4%，而是 0.04%！ 如果全球变暖的百分比这么小，它怎么会如此重要？
经常有人问我，当二氧化碳的浓度如此之小（仅占地球大气的0.041％）时，二氧化碳如何对全球气候产生重要影响。 而人类活动仅占该数额的32％。 （注意：杰森·韦斯特（Jason West）发表他的文章是对反驳论点的反驳。）
我研究了大气气体对空气污染和气候变化的重要性。 （注意：韦斯特确立了他作为该主题研究者的信誉。） 二氧化碳对气候产生强大影响的关键在于它能够吸收地球表面散发的热量，防止其逃离到太空。 （注意：韦斯特通过解释一种可能解释二氧化碳对温度的惊人影响的机制来总结他的因果论点。）
早期的温室科学
在 19 世纪 50 年代首次发现二氧化碳对气候重要性的科学家也对二氧化碳的影响感到惊讶。 （注意：这段历史突显了韦斯特对开场白中表达的惊喜的同情。） 英格兰的约翰·廷德尔和美国的尤妮丝·富特分开工作发现，二氧化碳、水蒸气和甲烷都吸收了热量，而更丰富的气体没有。
科学家们已经计算出，考虑到到达地球表面的阳光量，地球比应有的温度高出约59华氏度（33摄氏度）。 这种差异的最好解释是大气保留了热量以使地球变暖。
廷德尔和富特表明，氮气和氧气加起来占大气层的99％，对地球温度基本上没有影响，因为它们不吸收热量。 （注意：韦斯特展示了科学家如何消除看似可能导致变暖效应的原因。） 相反，他们发现，浓度要低得多的气体通过捕获热量来产生自然的温室效应，从而维持使地球适于居住的温度。
大气中的毯子
（注意：将捕热气体与毯子进行比较有助于读者直观地了解因果论点。）
地球不断接收来自太阳的能量并将其辐射回太空。 为了使行星的温度保持恒定，它从太阳接收的净热量必须与它散发的传出热量相平衡。 （注意：韦斯特提供了影响地球温度的背景信息。）
由于太阳很热，它以短波辐射的形式释放能量，主要是紫外线和可见波长。 地球要凉爽得多，因此它以红外辐射的形式发射热量，波长更长。
图 2：电磁频谱是所有类型电磁辐射的范围，即随之传播和扩散的能量。 太阳比地球热得多，因此它以更高的能量水平发射辐射，波长更短。 NASA
二氧化碳和其他捕热气体具有分子结构，使它们能够吸收红外辐射。 分子中原子之间的键可以以特定的方式振动，例如钢琴弦的音高。 当光子的能量与分子的频率相对应时，它会被吸收并转移到分子上。 （注意：本节设立机构，解释二氧化碳如何捕获热量。）
二氧化碳和其他捕热气体具有三个或三个以上的原子和频率，对应于地球发射的红外辐射。 氧气和氮气的分子中只有两个原子，不会吸收红外辐射。 （注意：韦斯特解释了为什么另外两个可能的变暖原因，氧气和氮气，不能捕获热量。）
来自太阳的大多数短波辐射在没有被吸收的情况下穿过大气层。 但是，大多数传出的红外辐射都被大气中的捕热气体吸收。 然后，它们可以释放或重新辐射这种热量。 有些人返回地球表面，使地球保持比其他情况更温暖。
图 3：地球从太阳接收太阳能（黄色），并通过反射一些入射光和辐射热量（红色）将能量返回太空。 温室气体捕获部分热量并将其返回到地球表面。 美国宇航局通过维基媒体。 （注意：图 3 最右边的红色条纹指向地球，直观地证明温室气体会捕获热量。）
传热研究
冷战期间，对许多不同气体对红外辐射的吸收进行了广泛研究。 这项工作由美国空军领导，该空军正在研制寻热导弹，需要了解如何探测通过空中的热量。
这项研究使科学家能够通过观察太阳系中所有行星的红外信号来了解它们的气候和大气构成。 例如，金星的温度约为870华氏度（470摄氏度），因为其厚厚的大气层为96.5％的二氧化碳。 （注意：与金星的比较表明，大气中高浓度的二氧化碳与另一颗行星的高温有关。）
它还为天气预报和气候模型提供了信息，使他们能够量化大气中残留并返回地球表面的红外辐射量。
人们有时会问我为什么二氧化碳对气候很重要，因为水蒸气会吸收更多的红外辐射，而两种气体在几个相同的波长下吸收。 原因是地球的高层大气控制着逃逸到太空的辐射。 与地面附近相比，高层大气的密度要低得多，所含的水蒸气也要少得多，这意味着添加更多的二氧化碳会显著影响红外辐射逸出到太空的量。 （注意：在本段中，韦斯特消除了气候变化的另一个可能驱动因素，即捕热水蒸气。）
世界各地的二氧化碳含量上升和下降，随着植物的生长和腐烂而季节性变化。
观察温室效应
你有没有注意到，即使沙漠的平均温度相同，夜间沙漠通常比森林更冷？ 沙漠上空的大气中没有太多的水蒸气，它们发出的辐射很容易逃到太空。 在更潮湿的地区，来自地表的辐射会被空气中的水蒸气捕获。 同样，多云的夜晚往往比晴朗的夜晚更温暖，因为存在更多的水蒸气。
二氧化碳的影响可以从过去的气候变化中看出。 过去一百万年的冰芯表明，温暖时期的二氧化碳浓度很高，约为0.028％。 在冰河时代，当地球比20世纪低大约7到13华氏度（4-7摄氏度）时，二氧化碳仅占大气的0.018％左右。 （注意：韦斯特从地球历史上提供了更多证据，表明二氧化碳浓度高与温度升高之间存在相关性。）
尽管水蒸气对自然温室效应更为重要，但二氧化碳的变化推动了过去的温度变化。 相比之下，大气中的水蒸气水平会随温度变化。 随着地球变暖，其大气层可以容纳更多的水蒸气，这在称为 “水蒸气反馈” 的过程中放大了最初的变暖。 （注意：韦斯特描述了变暖导致更多变暖的反馈循环或恶性循环。） 因此，二氧化碳的变化一直是过去气候变化的控制性影响。
小变化，大影响
大气中少量的二氧化碳会产生很大的影响也就不足为奇了。 我们服用的药丸只占我们体重的一小部分，预计它们会影响我们。 （注意：韦斯特通过与更熟悉的药丸进行比较来支持他的因果主张。）
今天，二氧化碳的含量比人类历史上任何时候都要高。 科学家们普遍认为，自1880年代以来，地球的平均表面温度已经上升了约2华氏度（1摄氏度），人为造成的二氧化碳和其他捕热气体的增加极有可能是造成这种情况的原因。 （注意：韦斯特指出二氧化碳与温度之间存在相关性。 在这里，他依靠专家来支持因果关系的概念。）
如果不采取行动控制排放，到2100年，二氧化碳可能达到大气的0.1％，是工业革命之前水平的三倍多。 这将比地球过去产生巨大后果的转变更快。 如果不采取行动，这小片大气会造成很大的问题。 （注意：West 最后做了一个简短的预测。 他将二氧化碳的潜在增加与过去的变化进行了比较，暗示人为引起的气候变化的后果将比过去更加严重。）
