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如果在19世纪,人类听了这位女科学家的话,我们或许不会面临今天的气候危机

绘图:Carlyn Iverson, NOAA


在21世纪,温室气体排放导致的气候变化,已经成为威胁人类社会的关键问题。但鲜为人知的是,早在1856年,美国的业余女科学家尤妮斯·富特就证实,大气中的二氧化碳和水蒸气具有温室效应,进而引发气候变化。但此后,富特的研究一度被完全遗忘,直到2011年才重新公之于众。今年,正是富特诞辰200周年。她的经历讲述着女性拥有同样的科研天赋和能力。而这样的研究如果没有被埋没,人类或许不会陷入如此严峻的全球变暖危机中。


撰文 | Sidney Perkowitz

编译 | 石云雷

审校 | 吴非


早在古希腊时期,人们就已经意识到,人类活动能改变环境。而在工业革命之后,当人类开始大规模改造自然、进行工业生产,气候研究的雏形初现。最早开始研究气候变化的,似乎主要是欧洲科学家。


19世纪20年代,法国科学家约瑟夫·傅里叶(Joseph Fourier)发现,大气层中的气体捕获太阳的热能,会导致温室效应。1859年,爱尔兰物理学家约翰·廷德尔(John Tyndall)揭示了,大气层中的水蒸气和二氧化碳气体是吸收太阳辐射的主要成分。


但是,直到2011年,一段一度被遗忘的历史才得以复原。一位退休教授在整理科学史档案时意外发现,最初揭示水蒸气和二氧化碳温室效应的另有其人。


这个人,就是美国女性科学爱好者尤妮斯·富特(Eunice Foote)。



走上科研道路


1819年,富特出生在美国康涅狄格州的农场家庭。她主要由姐姐抚养,一生中大部分时间都生活在纽约州北部。


富特在科学上的成功,离不开她接收的教育。17~19岁期间,富特在位于纽约州的特洛伊女子学院学习。这所学校今天的名称为埃玛·威拉德女子中学,被称作“女性教育的圣地”。它由女权主义者埃玛·威拉德(Emma Willard)于1824年建立,是第一所女子预科学校。


富特在这所学校收获颇丰。特洛伊女子学院与隔壁的仁斯利尔学院(仁斯利尔理工大学的前身)共享实验设施,而仁斯利尔学院拥有当时世界上仅有的两间对学生开放的化学实验室。正是在这里,富特掌握了实验操作技能,以及规划、实施研究项目的能力。


富特的邻居伊丽莎白·卡迪·斯坦顿(Elizabeth Cady Stanton)同样对她产生了重要影响。斯坦顿是美国早期女权运动和女性选举权运动的主要人物,1848年,她参与组织了美国的第一次女权会议,会议通过了提倡女性应有权参与各项社会活动的《感伤宣言》。富特也跟随斯坦顿参加了这次会议,并参与了会议的前期准备工作。这次活动让富特深受触动,她相信女性应该可以从事任何社会职业。


另一位对富特影响深远的人物,是她的丈夫伊莱沙(Elisha)。在《感伤宣言》上,富特的签名旁边是她丈夫的签名。他是极少数在宣言上签字的男性,对尤妮斯来说,他的签名具有重大意义。伊莱沙和富特拥有相同的科研兴趣。他认识美国著名科学家约瑟夫·亨利(Joseph Henry)。当时,伊莱沙正在史密森尼学会进行气象研究,他和尤妮斯一起阅读了亨利有关气候的著作。




发现温室效应


在这些事件的影响下,1856年,富特取得了突破性的成果。


当时,她的研究工作只使用了一些简单的仪器,包括两个长76厘米、直径10厘米的玻璃圆筒,其中分别装有一支温度计。她在这两个圆筒中加入了不同的气体,并通过温度变化比较气体对太阳光照射的热效应。


富特发现,潮湿的空气比干燥的空气能吸收更多的太阳辐射。而二氧化碳与一般的空气相比,吸收的太阳辐射也更多。同时她还发现,在相同条件下,充满二氧化碳的圆筒,比充满氢气或氧气的圆筒要热得多。


由此,富特揭示了二氧化碳和水蒸气在温室效应中的重要作用。当时,大气中的二氧化碳浓度还只有290 ppm(ppm为百万分之一),全球的气候变化还算不上显著的问题。但富特前瞻性地预测,二氧化碳浓度的改变,会影响全球温度。现在,富特预测的场景已经真切地出现在我们眼前:大气二氧化碳浓度已经超过400 ppm,由此导致的升温也已超过1℃。


毫无疑问,富特的发现要早于廷德尔。相较于培养科学家的体系已经成熟的欧洲,对于当时尚不成熟的美国科学界来说,一个业余的科学爱好者能取得这样的成就,无疑是十分突出的。但廷德尔还是获得了一个被富特遗漏的关键线索。


利用实验室中的红外线装置,廷德尔发现温室效应并不是由太阳光直接导致的,而是地球温暖的地面产生的红外辐射导致的。富特的实验并没有对两者进行区分,虽然现在的分析认为她的数据中也反映了红外效应。



1856年,富特的研究在美国科学促进会(AAAS)的会议上进行了展示。不过,进行汇报的不是富特本人,而是前面提到的科学家亨利。这项研究并没有像会议上的其他报告那样出现在会议记录中,但它仍然获得了一定的知名度,几份报纸对它进行了简短的报道。


1856年,《美国科学与艺术杂志》刊登了富特撰写的完整研究论文。《科学美国人》则评论道,富特的研究“充分显示了女性能够独创、精确地开展任何学科的研究。”


富特撰写的研究论文



一度被遗忘的研究


但随后,这篇研究论文却消失了。在长达一个多世纪的时间里,没有人注意到富特的研究。直到本世纪,退休的石油地质学家雷蒙德·索伦森(Raymond Sorenson)在他搜集的《科学发现年鉴》(Annual of Scientific Discovery)旧版本的1857年卷中,意外地看到了关于富特工作的描述。他立刻意识到,这是第一篇将二氧化碳与气候联系起来的报道。


2011年,他公开发表了他的发现。索伦森说:“我得到了相比于我自己的研究更多的回应。”随着科学家和历史学家从富特研究的获得启示,文章的关注度越来越高,特别是在富特诞辰200年的2019年。


尽管富特的研究最终重见天日,但我们要反思的是,为什么富特的研究在当时并没有获得应有的对待。为什么在AAAS会议上,她不能亲自展示她的研究?为什么这项研究在会议的发表程序中被删除了?以及,为什么她的研究没有获得广泛的关注?或许,一方面是对于女性的歧视;或许,富特业余科学家的身份让她不受主流科学界的待见。


另一个问题在于,被称为“气象科学之父”的廷德尔为什么会完全忽视富特的研究。1859年,廷德尔发表了他的研究;接着在1861年,他引用了其他研究者的成果,但依旧没有提到富特。


廷德尔的个人传记展现出了廷德尔对女性科学家的性别歧视:廷德尔经常对女性的智力表现出惊讶,不认为她们具有和男性科研人员相同的创造力。但也有人指出,当时欧洲和美国科学界糟糕的关系,可能导致廷德尔根本不知道富特的研究。


或许,廷德尔忽略富特研究的真正原因永远无法揭开。但富特面对种种阻碍做出的研究,无疑鼓舞了现今的女科学家。加利福尼亚大学圣塔芭芭拉分校的气象学家利拉·卡瓦略(Leila Carvalho)就是其中一位,她说富特的研究工作“令我十分震撼”。


卡瓦略强调,对富特的工作的忽视,让人类错失了很多机会。如果富特的成果能被美国和欧洲科学界迅速、广泛地接受,这可能会激起美国科学家对气候科学的兴趣。


巧合的是,在19世纪60年代后,北半球的温度显著升高。那时人们已经发现,美国东部森林的大量砍伐导致了温度的升高,而当这些开采者向西部迁徙时,美国西部的气温也随之发生了变化。如果科学手段能在那时被应用于气候问题,如果当时的人类(尤其是研究起步处于领先地位的美国)能意识到气候变化的机制以及将要带来的危机,或许今天,我们生活的环境将截然不同。


原始链接:

http://nautil.us/issue/78/atmospheres/if-only-19th_century-america-had-listened-to-a-woman-scientist




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