谁奠定了气候变化的基础?

  来源:原理

  200年前的今天,也就是1820年8月2日,一位伟大的科学家在爱尔兰诞生了。后来,他的名字不仅被用来命名地球上的一些地方和研究所,还被用来命名月球和火星的一些地形和位置。然而令人意外的是,这个名字以及他所作出的成就,却并不为世人所熟知。他就是约翰·丁达尔(John Tyndall)。

约翰·丁达尔(John Tyndall),1820年8月2日-1893年12月4日。| 图片来源:wellcome/wikipedia

  他是一位重要的科学家,也是一名著名的登山家。我们在初中化学课堂上学到的“丁达尔效应”,便是以他的名字命名的。但他所作的科学贡献,远不仅于此。

云端的丁达尔效应:当光线透过溶胶体时,从入射光的垂直方向可以观察到胶体中出现一条光亮的“通路”。| 图片来源:Lee_seonghak/Pixabay

  1859年,丁达尔用实验证明了含有二氧化碳和水蒸气的气体可以吸收热量。他的实验所采用的热源并非太阳,而是一个含有沸水的铜制立方体所辐射出的热量,即红外线辐射。现在我们知道,这也是地球表面会放出的辐射。

  那时有研究表明,地球的温度比预期的要高,因此有人推测大气层或许起到了绝缘保温的作用。但是没人能对这种现象,即我们现在所说的温室效应作出更科学的解释。

  丁达尔发现并解释了这种机制,他写道:“大气层允许作为接纳太阳热量进入的入口,却会把守住它的出口,造成的结果就是在这颗星球表面形成了积聚热量的趋势。”

  他的工作为我们理解气候变化和气象学奠定了基础。他意识到,大气中的水蒸气或二氧化碳含量出现任何变化,都有可能对气候造成影响。

  然而,丁达尔并非是第一个将大气层中的气体与气候联系起来的人。在更早的时候,一位名为尤妮丝·富特(Eunice Foote)的美国科学在1856年就利用阳光证明了,二氧化碳和水蒸气可以吸收热量。并且她认为如果大气中的二氧化碳含量增加,就会导致地球变暖。这一发现比丁达尔早了三年,不过从现有的资料来看,丁达尔在当时对富特的研究并不知情。而丁达尔和富特的这一发现,也被普遍认为是物理学,尤其是气候学的一个重要时刻。

  除了作为气候学的先驱,丁达尔在许多不同的物理学和生物学的领域都作出了贡献。他最初的声望来自于对一个晦涩的课题——抗磁性的研究所作出的发现。抗磁性指的是磁铁对物质施加的弱斥力,丁达尔在这方面的工作使他成功地吸引到了一些具有影响力的人的注意,比如大物理学家——迈克尔·法拉第(Michael Faraday)。

  几年之后,他成为了英国最负盛名的科学机构——英国皇家学会的一名成员,并出任皇家学会的自然哲学教授,在那里度过了之后的整个科学生涯。

  他开始研究冰川的结构和运动;在那之后又开始了关于气体吸收热量的研究;再然后是研究光在引起化学变化中所起的作用。在这个过程中,丁达尔为天空的颜色给出了解释:他表示天空之所以是蓝色的,是因为与其他颜色的可见光相比,蓝光的波长较短,因此更容易被天空中的气体散射。

  此外,当他在与法国著名生物学家路易斯· 巴斯德(Louis Pasteur)一起进行为了证明细菌可以导致疾病的实验时,还发现了一种名为丁氏消毒法的灭菌法。虽然丁达尔从未为此申请过专利,但这项研究的结果带来了后来可供消防员使用的呼吸器。丁达尔致力于基础研究,并坚定的相信会有其他人将他的发现变成有用的应用。

  做为一名公共知识分子,丁达尔信奉科学的自然主义,他是主张对自然世界和生命进行科学解释的最响亮的声音。宗教和神学在他这里毫无地位。1874年,他在贝尔法斯特发表了一场演讲,在演讲中就这一立场发表了最激烈的言辞。

  在爱尔兰大厅里他高声喊道:“我们宣布,我们将从神学中夺下宇宙理论的领域。所有会侵犯科学领域的计划和系统,只要他们这样做了,就必须放弃所有控制科学的想法,归顺于科学。”

  然而有意思的是,他从不否认宗教的作用。对他来说,科学能为了解这个世界提供可靠的知识,而宗教则可以满足人们的情感需求——一个他认为最终可能会被诗歌所取代的需求。

  丁达尔直到55岁才结婚,他娶了当时年仅30的路易莎·汉密尔顿(Louisa Hamilton)。但是在1893年,路易莎却意外地造成了他的死亡——她在黑暗中给他服用了过量的水合氯醛。在悲剧发生之后,路易莎开始收集大量的材料,着手为丁达尔编写传记。她用了47年的时间进行这项工作,直到1940年她去世时,这本传记都没能完成。在某种程度上,路易莎没能完成传记的撰写,成了丁达尔不那么为后人所熟知的部分原因。

  现在,路易莎的稿件,以及丁达尔的日记、实验室笔记和数千封信件,都保存在了位于伦敦的皇家学会。他所有的信件也都将由一个“丁达尔通信计划”出版。

  当丁达尔去世时,物理学正处在量子理论和相对论等革命性理论出现的风口上。这对他来说是一件非常不幸的事。在某种意义上,他只参与了过去的物理学。然而另一方面,他也代表了现在。现如今,气候学研究比以往任何时候都更加重要和紧迫,假如丁达尔能知道这一切,想必他一定会为自己的基础性工作的重要性而高兴。

  虽然在他生活的时代,很少有人把燃烧化石燃料和可能的全球变暖联系起来。现在,气候科学是我们的未来。因此,在丁达尔200岁诞辰之际,是时候让我们更加正式地好好认识这位重要的科学家,给予本该属于他的尊重和敬意了。

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