商业、政府或技术预测通常展望未来五年或十年，最多五十年。在气候科学家中，有人谈论本世纪末。但实际上，今天排放到大气中的二氧化碳将在未来数十万年内影响地球。
温室气体将如何改变遥远的未来？没有人能确切地说出地球将如何反应，但气候科学家——利用从过去气候系统的知识、以及影响气候的复杂过程网络以及物理和化学定律构建的数学模型——可以预测地球未来的样子。
我们已经目睹了许多这些模型所设想的未来正在成形。正如预测的那样，陆地上的变暖比海洋上更明显，两极比赤道附近更明显，冬季比夏季更明显，夜晚比白天更明显。极端暴雨变得更加常见。在北极，冰雪覆盖面积减少，富含甲烷的永久冻土层开始融化。天气变得更加怪异，风暴因额外的热量而加剧。
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我们正在引起的变化的最终极限是什么？最好的历史例子来自一亿年前的白垩纪气候，当时潮湿炎热的空气包裹着恐龙皮革般的皮肤，类似鳄鱼的生物在北极游泳，茂盛的植物在富含二氧化碳的空气中茁壮成长。现在正在形成的温室效应将产生持续数十万年或更长时间的后果。但首先，它将深刻影响地球上大部分生命——尤其是我们。
意大利的沙漠
气候预测中最大的不确定性之一是最终释放到大气中的二氧化碳量。在本文中，我将假设工业文明将继续过去200年来一直在做的事情——即以加速的速度燃烧化石燃料，直到我们再也负担不起从地下开采它们为止。
我们究竟能向大气中排放多少二氧化碳？总而言之，地球沉积壳中以各种形式锁定了大约一千万亿公吨（10
21 克）有机碳。到目前为止，我们只燃烧了这些碳的百分之零点零五，或大约 20000 亿公吨二氧化碳。
由于地球地壳中锁定了所有碳，我们永远不会耗尽化石燃料。我们现在正在从焦油砂中提取石油，从水力压裂页岩中提取天然气——这两种资源曾经被认为在技术和经济上都无法获得。没有人能自信地预测创造力能带我们走多远。然而，最终，开采和加工的成本将变得如此之高，以至于化石燃料将比替代资源更昂贵。在本文设想的情景中，我们在未来几个世纪内最终燃烧了大约 1% 的可用有机碳。这在最有可能在可预见的未来在技术上可行的开采量范围内。我们进一步假设，未来人类将学会开采非常规化石燃料，但将以较慢的速度燃烧它们。
如果不改变我们的习惯，到 2100 年，地球可能会变暖约 5 摄氏度（9 华氏度），尽管实际变暖幅度可能是这个数值的一半甚至两倍，这主要取决于云的反应。这种变化大约相当于马萨诸塞州波士顿和阿拉巴马州亨茨维尔之间的平均气候差异。
在北纬 30 度到北纬 60 度之间的中纬度地区——包括美国、欧洲、中国以及加拿大和俄罗斯大部分地区的带状区域——年平均气温随着纬度每增加一度 C 而下降三分之二度 C。在一个世纪内变暖 5 摄氏度，这意味着温度带平均向极地移动超过 800 公里，平均每天向极地移动超过 20 米。松鼠可能能够跟上这个速度，但橡树和蚯蚓很难移动得这么快。
然后会有降雨。地球是一个行星尺度的热引擎。炎热的太阳温暖了赤道空气，然后空气上升并冷却。冷却使空气中的水蒸气凝结，然后以降雨的形式落回地球——因此，在赤道附近会出现暴雨带。
然而，水的凝结也会加热周围的空气，使其上升得更快。这种炎热干燥的空气上升到喷气式飞机飞行的高度，然后横向扩散到两极。在高空，热空气向太空辐射热量，从而变冷，这使其沉回地球表面。阳光穿过这种干燥无云的空气，照射下来加热干旱的表面。今天，这种干燥空气下沉的情况发生在南北纬约 30 度处，从而形成了环绕地球的巨大沙漠带。
随着温室效应加剧，上升的空气更热。因此，这种空气需要更多时间才能冷却并沉回地球。结果，这些沙漠带向两极移动。
撒哈拉沙漠的气候可能会向北移动。尽管全球降水量总体增加，但南欧已经经历了更加严重的干旱，并且可能会失去长期以来被认为是世界上最宜人的地中海气候。未来几代人可能会对斯堪的纳维亚气候说同样的话。
在北方的中纬度地区，生长季节越来越长。春天来得更早：植物开花，湖冰融化，候鸟比历史上更早返回。
这不会是加拿大和西伯利亚农田的唯一好处。植物通过利用阳光中的能量来合并二氧化碳和水来制造食物。在大多数情况下，植物通过叶片上称为气孔的小孔吸收二氧化碳。当气孔张开时，植物可以获得充足的二氧化碳，但大量水分会通过这些张开的孔洞蒸发。大气中二氧化碳浓度较高意味着植物可以通过稍微打开气孔甚至在叶片中建造更少的气孔来获得所需的二氧化碳。在高二氧化碳世界中，植物可以使用相同量的水生长更多。（植物蒸发的减少也导致降水进一步减少，并且由于蒸发引起冷却，蒸发的减少导致进一步变暖。）
并非所有地方都能感受到这种收益。在热带地区，高温已经损害了许多作物；随着全球变暖，这种热应激可能会变得更糟。前景可能是总体作物生产力提高，北部地区的增幅超过赤道附近的减幅。全球变暖可能不会减少整体粮食供应，但它可能会给富人更多，给穷人更少。
海洋的变化
广阔的海洋抵抗变化，但它们将会发生变化。在地球过去的任何时候——除了可能的物种大灭绝事件之外——海洋化学变化都没有像科学家预计的未来几十年那样多和快。当二氧化碳进入海洋时，它与海水反应变成碳酸。在足够高的浓度下，这种碳酸会导致许多海洋生物的贝壳和骨骼溶解——特别是那些由称为文石的可溶性碳酸钙形式制成的贝壳和骨骼。
科学家估计，超过四分之一的海洋物种一生中的一部分时间是在珊瑚礁中度过的。珊瑚骨骼由文石制成。即使化学条件没有恶化到贝壳溶解的地步，酸化也会使这些生物更难建造它们。在短短几十年内，海洋中将不再有任何地方拥有过去地质时期支持珊瑚礁生长的化学物质种类。尚不清楚有多少依赖珊瑚的物种会随着珊瑚礁一起消失。
这种化学变化将最直接地影响珊瑚礁生物，但我们其余的人应该明智地考虑正在发生的物理变化。在最基本的层面上，水的作用就像温度计中的汞：加热并观察其上升。海洋也在被现在冰盖中保存的水滋养。
在古代高二氧化碳时期，地球变暖到足以让类似鳄鱼的动物生活在北极圈以北。大约 1 亿年前，极地年平均气温达到 14 摄氏度，夏季气温超过 25 摄氏度。在数千年的时间里，如此高的温度足以融化格陵兰岛和南极洲的大冰盖。随着冰盖完全融化，海平面将升高约 120 米，淹没广阔的区域。水对低洼大陆地区的重量将进一步将这些地区压入地幔，导致海水拍打得更高。
预计两极的变暖速度将是地球整体变暖速度的 2.5 倍左右。北极的变暖速度已经比其他任何地方都快，与全球 0.8 摄氏度相比，约为 2 摄氏度。在上一个冰河时代末期，当气候在数千年内变暖约 5 摄氏度时，冰盖融化的速度导致海平面每世纪上升约 1 米。我们希望并期望这次冰盖不会更快地融化，但我们无法确定。
追逐金星
在过去的数百万年中，地球的气候一直在波动，导致大冰盖的扩张和消退。我们的温室气体排放正在用锤子敲击这个复杂的系统。我提出了一个情景，在这个情景中，我们的气候演变相当平稳，但也可能出现跳跃和启动，这可能会使生物、社会和政治系统超出其承受能力的极限。
考虑到北极变暖可能会导致数千亿公吨甲烷从北极海床和土壤中迅速冒泡到大气中。就大气中的分子而言，甲烷捕获热量的能力大约是二氧化碳的 37 倍。如果这种甲烷突然释放出来，就像 5500 万年前被称为古新世-始新世热最大值事件的变暖事件中可能发生的那样，我们可能会经历真正灾难性的变暖。然而，根据大多数科学家的说法，这种风险是遥远的。
有些人还认为，诸如永久冻土融化之类的反馈效应可能会导致失控的温室效应情景，在这种情景中，海洋会变得如此炎热以至于蒸发。由于水蒸气本身就是一种温室气体，因此这种更强的水循环可能会导致地球变得如此炎热，以至于大气中的水蒸气会持续存在而永远不会降雨。在这种情况下，来自火山和其他来源的大气二氧化碳将继续积累。宇宙射线会将高空的水蒸气分解；由此产生的氢最终会逸散到太空。然后，地球的气候将稳定在类似于其行星邻居金星的状态。
幸运的是，海洋蒸发甚至不是今天温室气体排放造成的遥远风险。简而言之，二氧化碳可以使地球变暖的程度是有限的。一旦二氧化碳和水蒸气浓度升高到足够高的水平，分子就会越来越多地散射入射的阳光，从而阻止地球变得更热。
然而，如果我们继续燃烧化石燃料，大气中的温室气体浓度将达到白垩纪时期最后一次出现的水平。那时，内陆海淹没了潮湿炎热的地球上的广阔区域。巨大的爬行动物在海洋中游泳。在陆地上，恐龙以茂盛的植物生长为食。如果我们在未来几个世纪内仅燃烧地球地壳中 1% 的有机碳，人类将呼吸与恐龙吸入的相同浓度的二氧化碳，并经历相似的温度。
与过去温室气候的逐渐变暖相比，工业气候变化正在快速进行。在地质历史上，从低二氧化碳大气向高二氧化碳大气过渡的速率通常小于每年 0.00001 度。我们正在以 5000 倍的速度重建恐龙世界。
什么会在这个温室中茁壮成长？有些生物，如老鼠和蟑螂，是入侵性广谱生物，它们可以利用被破坏的环境。其他生物，如珊瑚和许多热带森林物种，已经进化到在狭窄的条件下茁壮成长。入侵物种可能会因全球变暖而改变这些生态系统。气候变化可能会迎来一个杂草丛生的世界。
人类文明也面临风险。想想玛雅人。即使在欧洲人到来之前，由于相对较小的气候变化，玛雅文明已经开始崩溃。玛雅人没有发展出足够的韧性来承受降雨量的少量减少。玛雅人并不是唯一未能适应气候变化的文明的例子。
气候变化引发的危机很可能是区域性的。如果富人更富，穷人更穷，这是否会引发挑战政治和经济稳定的大规模移民？一些最有可能遭受全球变暖带来的变化的国家也拥有核武器。气候变化是否会加剧现有紧张局势并引发核冲突或其他末日冲突？社会对气候变化的反应可能会给人类带来比气候变化本身更大的问题。
重新开始
白垩纪时期繁茂的木本植物死亡，其中一些在漫长的地质时期内变成了煤。海洋中的浮游生物最终被埋在沉积物中，其中一些变成了石油和天然气。随着海洋生物将二氧化碳锁定在贝壳和骨骼中，气候变冷。
海洋将在数千年内吸收我们的大部分二氧化碳。由此产生的酸化将溶解碳酸盐矿物质，溶解的化学效应将允许吸收更多的二氧化碳。然而，大气中的二氧化碳浓度将在数万年内保持远高于工业化前的 280 ppm 水平。结果，地球轨道微妙变化带来的冰河时代的消长将停止，人类的温室气体排放将使地球锁定在温室中。
随着时间的推移，气温和降水量的增加将加速基岩和土壤溶解的速度。溪流和河流将把这些溶解的岩石和矿物质（包含钙和镁等元素）带入海洋。也许在数十万年后，一些海洋生物将吸收钙和二氧化碳并形成碳酸盐贝壳。那个贝壳和数百万个其他贝壳最终可能会变成石灰石。正如英国多佛的白色悬崖是白垩纪大气的遗迹一样，今天燃烧的化石燃料中的大部分碳将成为岩石中的一层——用石头写成的记录，记录了一个被单一物种改变的世界。