第1章
气候，怎么会改变？
从古到今，人们总是在谈论天气。但是在20世纪30年代，这个话题发生了不同寻常的转变。老人们开始坚持说，天气真的不像以前了。他们童年记忆里19世纪90年代骇人的暴风雪、早秋时节冰封的湖面，这一切都结束了。年青一代赶上了好天气。大众媒体上开始涌现文章，宣称冬天真的变得温和了。气象学家仔细查看了自己的记录，证实了这种说法：暖化的趋势来了。专家们告诉科学记者说，霜冻晚了，几百年来都不曾见过小麦和鳕鱼的北部地区，现在却可以收获小麦、捕获鳕鱼了。正如《时代》杂志在1939年所言：“年纪大的人说自己小时候的冬天更冷，他们很对……起码就目前来说，世界是在变暖，搞气象的人对此已经确信不疑。”1
没有人为这种变化担忧。气象学家的解释是，天气模式的适度变化总是存在的，其周期可长达几十年或者几百年。如果20世纪中期恰好是一个变暖时期，那还不赖呢。1950年一篇典型的大众文章向人们许诺：“新的、广阔的粮田将被开垦出来。”诚然，如果变暖持续下去，可能会出现新的沙漠；海平面上升可能会淹没海滨城市——出现“另一次大洪水，就像《圣经》中记载的大灾难一样”2，但所有这些，都仅仅是关于遥远未来的多种推测而已。许多职业气象学家则怀疑所谓的“全球性变暖的趋势”是否真的存在。他们看到的不过是正常的、暂时的、地区性的波动。一篇杂志报道解释说：如果真有变暖趋势，“气象学家并不知道目前的变暖趋势将会持续20年还是2万年”。31952年8月10日的《纽约时报》评论说：30年后，人们可能会对20世纪50年代的暖冬心生向往。
专家们的这种共识遭到了一个人的挑战。1938年，盖伊·斯图尔特·卡伦德（Guy Stewart Callendar）挺身而出，在伦敦的皇家气象学会发言，谈论气候。卡伦德有点越俎代庖，因为他并不是职业气象学家，甚至也称不上是科学家。他只是一名蒸汽动力工程师。研究气候是他的业余爱好，他把大量业余时间用于汇集气象统计数据。他比任何人都更彻底地确认这些数据的确表明地球上许多地方在变暖。现在，卡伦德告诉气象学家，他知道谁应该为变暖负责——是我们，是人类的工业！我们到处燃烧化石燃料，排放出千百万吨的二氧化碳，而正是二氧化碳在改变着气候。4
这种想法并不新鲜，因为19世纪，基础物理学已经成形。19世纪初期，法国科学家约瑟夫·傅里叶（Joseph Fourier）曾经问自己：是什么因素决定了像地球这种行星的平均温度？这个问题看似简单，其实不然，当时的物理理论刚刚达到能面对这种问题的程度。当阳光射到地球表面，给地球带来温暖的时候，为什么这颗行星不继续升温，直到和太阳本身一样热呢？傅里叶的回答是：受热的地表发射出看不见的红外辐射（一种常见的热辐射的类型），把热量送回了太空。但是，他利用自己的新理论方法计算红外辐射的有关物理量之后，得到的温度却远在冰点之下——要比实际的地球冷许多。
傅里叶认识到，理论计算结果和实际的差距是由地球的大气层造成的，大气层以某种方式把红外辐射留存住了。他试图把笼罩着大气层的地球比作一个被玻璃板覆盖的箱子。阳光射入箱子，热量跑不出来，箱子内部就变热。这个解释看似有理。在傅里叶的时代，已经有几位科学家开始论述是“温室效应”使得地球免于被冻僵。这是个误解，因为温室能够保温是另一个原因——阳光加热了温室里的气体，玻璃板又能保证被加热的气体不致散失。而傅里叶认识到，大气层为整个地球保温的方法更加精巧。大气层的“高招”是：拦截住从地表发出的部分红外辐射，防止它们散发到太空中去。
这其中的道理首先由英国科学家约翰·丁达尔（John Tyndall）解释清楚。丁达尔对地球大气层可能怎样控制地球温度的问题，进行了深入的思考。不过，当时大多数科学家认为红外辐射可以穿透一切气体，这种观念妨碍了丁达尔的思考。1859年，他决定在自己的实验室里验证一下。他证实了红外线的确可以穿透大气层里的主要气体——氧气和氮气。正当想放弃实验的时候，他突然想到用煤气来尝试一下。这种煤气是通过加热煤炭产生的，用于照明。他的实验室通有煤气管道。他发现：红外辐射碰到这种气体就像碰到了木板一样，不能将其穿透。于是，通过丁达尔实验室的煤气喷嘴，工业革命宣告了自己对地球热量平衡的意义。丁达尔继续试验其他的气体，发现气体二氧化碳也不可被红外辐射穿透——这是我们现在称为“温室气体”中的一种。
地球大气层中含有少量的二氧化碳，虽然只占万分之三（按空气中各成分的体积分数计算），但是，丁达尔却看出它能够引起暖化。一张纸遮住的阳光要比一池清水遮住的阳光还多。与此类似，痕量的二氧化碳改变了整个大气层的红外辐射去向。从地表发出的大部分红外辐射被空气中的二氧化碳吸收，其热量没有散发到外层空间，而是被传送回空气里。不仅空气被加热了，而且大气层保留的部分能量也辐射回地表，从而加热了地表。所以，有二氧化碳存在的地球，其温度就维持在一个较高水平，比没有二氧化碳存在的情况要高。丁达尔简明地写道：“正像拦河建坝会导致河水局部变深一样，我们的大气层拦截了绝大部分红外辐射，导致地表温度局部升高。”5
丁达尔对这些研究的兴趣起源于一门完全不同类型的科学——他希望解决当时科学家激烈争论的一个谜题：史前冰期。“史前冰期”的主张令人感到匪夷所思，但是它的证据却雄辩有力。被侵蚀掉的岩层，北欧和美国北部随处可见的奇怪碎石沉积，这些看起来和阿尔卑斯山冰川的作用一模一样，只是规模更加浩大。在激烈的争论中，科学家开始接受一个令人吃惊的发现——很久以前（虽然在地质年代上来说并不特别久远，因为石器时代的人类经过了这个时代），地球北部地区曾经被埋在厚达1.6千米的大陆冰盖之下。这是什么导致的？
大气层内组成气体发生的变化是一种可能，虽然可能性不大。在组成大气的气体中，二氧化碳并非“重要嫌疑人”，因为它在大气中浓度很低。真正重要的“温室气体”是水蒸气。丁达尔发现，水蒸气能轻易地挡住红外线。他解释说，水蒸气“是一个毯子，对于英格兰的植物来说，这个毯子要比衣服对人的作用更必要。如果在一个夏夜把水蒸气从空气中拿走……太阳升起的时候，就只能照耀冰封霜冻的英格兰岛了”。6所以，如果吸干了大气层中的水分，冰期就会降临。丁达尔推测，目前大气层的平均湿度是由某种自动平衡维持的，全球温度也是如此。
“史前冰期”之谜是1896年由瑞典斯德哥尔摩的科学家苏万特·阿列纽斯（Svante Arrhenius）提出来的。他说：设想大气中二氧化碳的含量变了，比如火山的爆发喷出了大量二氧化碳，导致温度略有上升。但这种微小的升温可能带来严重后果——变热的空气中将保留更多水分。因为水蒸气是真正强大的“温室气体”，所以湿度的增加将会极大地促进暖化。反之，如果所有的火山喷发恰好都停止了，二氧化碳最终会被吸收进泥土和海水。冷却的空气中将会保留较少的水蒸气。这个过程可能会演化成一次冰期。
降温导致空气中的水蒸气减少，水蒸气减少导致温度进一步降低，降温又进一步导致空气中水蒸气减少……这种自我加强的循环，在今天被我们称为“正反馈”。这个概念既基本又吊诡——易于理解，但首先要有人指出。在阿列纽斯的时代，只有几位有洞察力的科学家认识到，这种效果对于理解气候来说是至关重要的。第一个重要的例子是19世纪70年代英国地质学家詹姆斯·克罗尔（James Croll）在思考冰期的原因时推导出来的。他写道：当冰雪覆盖了一个地区时，它们会把大部分阳光反射回太空中。裸露的深色土地和树木能够被太阳暖化，冰雪地区则倾向于保持低温。如果某种事件导致了冰期的启动，其模式可能会自我保持。
当时，这种复杂的效应超过任何人的计算能力。阿列纽斯所能做的只是估计大气中二氧化碳浓度改变造成的直接影响。但是他意识到，他必须把温度升降所导致的水蒸气含量的变化也纳入自己的计算中。枯燥无味、没完没了的数值计算花费了阿列纽斯大量的时间。他计算了地球各个纬度大气湿度和红外辐射进出的情况，似乎是把这种浩繁的任务当作逃避悲伤的一种方法：他刚刚离婚了，不但失去了妻子，而且失去了对幼子的监护权。浩繁无边的计算在科学上几乎没有什么意义，因为阿列纽斯必须忽略真实世界的许多特征，而且他用于计算气体如何吸收红外辐射所采用的数据又非常不可靠。但不管怎样，他最终得出一个可靠的发表数据。如果说他的结果距离证明“二氧化碳的变化将会怎样改变气候”这个问题还很远的话，他确实就气候“可能”怎样变化得出了一个初步的想法。他宣布，如果把大气中的二氧化碳浓度减少一半，地球温度将降低大约5摄氏度。看起来可能不多，但是，拜“正反馈”所赐，多余的积雪将会反射阳光，这个温度可能足以带来一次冰期。
大气组成有可能发生这么巨大的变化吗？就此问题，阿列纽斯求助于同事奥维德·霍格波姆（Arvid Högbom）。霍格波姆对二氧化碳通过大自然的化学过程循环（从火山中喷出、被海洋吸收等）的各种途径进行了估计和汇总，产生了一个奇怪的新想法——他要计算工厂和其他工业源排放的二氧化碳的量。令人吃惊的是，他发现人类活动向大气排放二氧化碳的速率与自然过程排放和吸收二氧化碳的速率基本相等。和大气中已经存在的二氧化碳的量相比，增加的二氧化碳并不多——1896年燃煤释放的二氧化碳只能使大气中二氧化碳浓度上升1‰。但是，如果持续足够长的时间，这种增加也许就可观了。阿列纽斯计算出，如果大气中的二氧化碳浓度增加一倍，地球的温度将升高5～6摄氏度。
人类严重扰动大气层的想法没有令阿列纽斯担忧。这并不仅仅是因为“对于冰冷刺骨的瑞典来说，变暖看起来是好事”。当时是19世纪末，几乎所有的人都期待任何技术变化只会带来好处，阿列纽斯也不例外。人们相信科学家和工程师在未来几百年将解决所有的贫困问题，把沙漠变成花园。无论如何，根据阿列纽斯的计算，人类要花费几千年的时间才能把大气中的二氧化碳浓度增加一倍。当时世界上只有10亿人，大多数是农民，过着像中世纪的生活。似乎没有任何理由妄想人类可以改变整个地球的大气层，在遥远和神奇的将来或许有可能吧。阿列纽斯并没有真正地重视全球变暖，他只是提出了一个奇妙的理论性概念。
即便是作为抽象理论，科学上也有证据驳倒阿列纽斯的观点。最具有说服力的是一项简单的实验室测量，它看上去完全否定了整个温室变暖原理。一位实验员把红外线射入一个充满二氧化碳的管子。当他大量减少管子中的二氧化碳后，穿过管子的红外辐射基本上没有变化。他知道二氧化碳仅吸收光谱中几个特定波段的辐射。他推断，只需痕量的二氧化碳，就足以让这几个特定波段的辐射被完全吸收了。大气层已经极其“厚实”了，增加更多的二氧化碳也不会带来多大改变。况且，水蒸气也吸收光谱上的这部分红外辐射。显然，地球的温室效应已然达到了最大值。到了1910年，大多数科学家都认为阿列纽斯的推测是完全错误的。
为了打消残存的最后一丝疑虑，另外一些科学家提出了一个更根本的反对意见。他们认为二氧化碳根本就不可能在大气层中聚集。大气层仅仅是地球上微不足道的一小层，地球上的岩矿和海洋锁住了大量的物质，相比而言，大气层中包含的地表物质微乎其微。对于大气中的每1个二氧化碳分子，都有50个溶解在海水中的二氧化碳分子和它对应！即便人类往大气中增加更多的二氧化碳分子，也几乎都会以溶入海水而告终。
另外，科学家发现，阿列纽斯过分简化了气候系统。例如，如果随着地球暖化，更多的水蒸气蕴藏在空气中，那么肯定会出现更多的云朵。这些云朵在能量抵达地表之前，就会把太阳光反射回太空——所以，地球应该根本就不会变暖。
这些反对意见和一种自然观相符合。人们广泛地相信这种自然观，认为这是简单的常识——云朵的聚散稳定了温度，或者海洋使大气中各种气体的含量保持固定，这些都体现了一种普遍原则，即自然界的平衡。和自然伟力相比，很少有人能够想象，人类这样微不足道的行为就能够颠覆大自然统治下整个地球的平衡。这种自然观（超人的、仁慈的、内在稳定的）在大多数人类文化中根深蒂固。这就是公众的信仰，而科学家也不能免俗，也同样相信其文化中的大多数设想。一旦科学家找到了看似合理的证据来解释“在人类时间尺度上，大气和气候将是不变的”——于是，天遂人愿，皆大欢喜——他们就停止了对其他解释的探索。
当然，每个人都知道气候可能改变。从老人们童年暴雪的传说，到20世纪30年代破坏性的大尘暴旱灾，关于气候的观念总是包含了灾难的因素。但灾难（从定义上来说）是某种暂时现象，几年之后，情况就会恢复正常。有几位科学家推测了更大规模气候变化的影响。例如，是否长达几百年的雨水枯竭导致了西亚、北非地区的古代文明的没落？大多数人都对此表示怀疑。但就算这种变迁真的发生过，人们所想的只是：灾难偶尔降临到一个或几个地方，但不会降临到整个地球上。
当然，每个人都知道，在遥远的过去曾经有过全球性的气候变化。地质学家在绘制冰期的地图，或者说是各个冰期的地图。他们发现，巨大的冰盖曾经扩张到半个美国和半个欧洲，然后收缩，这种进退发生了不止一次，而是反复多次。回溯更遥远的过去，地质学家发现了在某一个“暖期”，恐龙做日光浴的地点是目前的北极地区。一种流行的理论认为，恐龙是随着长达几百万年的地球降温而灭绝的——如果你等的时间足够长，气候的变化将非常严重。地质学家的报告中写道，同样，最近的冰期看来已经逐渐结束，地球回暖到当前的温度已经几万年了。如果新冰期要降临的话，也应该同样要花费几万年的时间。
巨大冰盖的扩张与收缩，速度和我们当前观察到的高山冰川的运动一样缓慢。这很符合“均变论”原理。“均变论”认为，造成冰凌、岩石、海洋、空气的力量并不随着时间的推移而改变。用一些人的话来说，我们看到的事物当前的变化方式是唯一的，除此以外，再无其他方式能够导致变化。这个原则被地质学家尊崇，视为地质科学的不二基础。因为除非所有的规律保持不变，否则科学家无法对事物进行科学研究。经过了一个世纪的争论，这个思想已经站稳了脚跟。科学家痛苦地放弃了用诺亚洪水或者其他超自然的突兀干涉来解释某些地质特征的传统。“均变论”和“灾变论”之间的热烈争论只在某些方面引起了科学和宗教的冲突。许多虔诚的科学家和理性的牧师能够达成一致：世界由可靠秩序统治，自然规律的运转令世间万物发生。
“均变论”不仅在气候研究中盛行，而且渗入了研究者的职业生涯。20世纪上半叶，气候科学是一湾沉睡的死水。自称为“气候学家”的都是记录数据的苦工，他们的主要工作是记录平均季度温度、降水等数据。一个典型是美国气象局的工作人员，一位新一代研究型地球物理学家称他们是“你见到过的最闷的人”。7他们的工作是整理过去天气的统计数据，以告诉农民应该种什么庄稼，或者告诉工程师桥梁在使用期内可能遭遇到多大的洪水。这些气象学家提供的结果被他们的客户所看重，这种研究持续至今。事实证明，他们冗长乏味、不辞辛劳的工作方式，对气候变化的研究来说必不可少。但是，这种气候学研究的社会价值建立的基础是：确信过去半个世纪左右的统计数据能够可靠地描述未来几十年的状况。教科书把“气候”一词定义为对暂时的天气变化取平均之后的一套天气数据——“气候”从定义上就意味着稳定。
少数跳出统计学的窠臼进行研究的人，所应用的只是最基本的物理学。决定一个地区的温度和降水的因素包括：该纬度的日照量、盛行风、可能对风进行暖化的洋流的位置，或者可能阻挡风的山脉的位置等。直到1950年，如果你去大学寻找气候学家，你很可能是在地理系找到，而不是在大气科学或者地球物理系找到（当然这些系当时基本上还没成立呢）。一位从业者抱怨说，这个领域是“气象学最无聊的分支”8——说得很有道理。
无论如何，人们已经听过了大量关于气候变化的大胆猜测，这些猜测更多地来自卡伦德这样的外行人，而不是来自职业气候学家。到了他向皇家气象学会做报告的时代，气象学家早已听过了许多华而不实的观点。因为，虽然冰期发生在遥远的过去，关注冰期似乎没有什么实际意义，但是它们依旧森然构成一个巨大的智力挑战。令科学家着迷的并不是全球变暖的模糊可能性，而是大陆冰盖惊人的扩张与收缩。丁达尔、阿列纽斯、卡伦德，还有不少其他人希望通过解决这个著名的谜题，赢得最终的光荣。报纸时不时地发表一些半吊子理论，以娱乐读者，羞辱气候学家。这些半吊子理论可能来自某个大学教授，也可能来自某个奇怪的业余爱好者。有一位作者写道：“每个人都有自己的理论，听起来都不错，直到另一位老弟带来新理论，把别人的理论打成碎片。”9
当时就这个问题，职业科学家和业余爱好者提出的理论难分伯仲。在气象学本身更像是一门艺术而不是一门科学的时候，气候学也很难被称为科学。运用物理和数学来描述天气的最佳努力也毫无结果。他们甚至连简单规律的大气特征（如信风）都描述不了。正像气候学家只能通过看前几年的同期数据来预测一个季节一样，气象学家也只能尝试通过以往的天气来预报明天的天气。有时候预测工作是系统进行的——把当前的天气图和过去的天气图集进行比对；但在更多情况下，只是由一位预报员察看当下的情况，然后根据经验，结合简单计算、朴素规则和个人直觉来完成。机灵的业余爱好者，虽然没有学术背景，仍然能够像有博士学位的气象学家一样预报降雨。确实，整个20世纪上半叶，美国气象局的大多数“专业人士”都没有任何大学文凭。
但是，科学家从本性上永远不会放弃尝试解释事物。虽然没有可接受的理论（其实，“理论”一词本身就令气候学家们心生疑窦），但是人们能把可能带来气候变化的各种力量列成一张清单。科学家上下求索，从星际空间到地球内部，到处寻找可能的“肇事者”。他们发现的可能性跨越了六七个不同的学科。
首先进行解释的是地质学。关于冰期的解释，最为广泛接受的理论着眼于地球的内部。例如，某种伟力抬起了山脉，从而阻挡了盛行风，那么气候肯定是要改变的。同样地，一个岛链的抬高或降低也可能改变墨西哥湾流的路线，导致它的热量不能抵达欧洲。这种力量大概能够用于解释恐龙所生活的暖期和冰期的区别。不过，造山事件的发生需要长达几百万年的时间，而大陆冰盖的扩张与收缩仅发生在几十万年之内。为了解释这种相对快速的气候变化，地质学家必须寻找其他的力量。
1783年另一种力量出现了。那年冰岛火山猛烈爆发，喷出了几立方千米的熔岩、火山灰和火山渣。草枯死了，导致四分之三的家畜被饿死，之后四分之一的人也饿死了。独特的霾遮蔽了西欧的阳光，时间长达几个月。正在法国访问的本杰明·富兰克林（Benjamin Franklin）注意到那个夏天不同寻常的寒冷，推测这可能是由火山“雾”造成的。随后，这个观点流行开了。到了19世纪末，大多数科学家相信火山爆发确实能够造成大范围的影响，甚至影响到整个地球。或许，火山剧烈爆发产生的烟雾遮蔽了天空，就是造成冰期冰川推进的原因。
另外一些科学家提出：答案不在火山地质学，而在海洋。浩瀚的海洋包含了气候的主要因素：同稀薄的大气相比，海洋当然包含更多的水，此外，气体也主要溶解在海水里。仅仅是海洋最表层几米的水，包含的热量就超过整个大气层。19世纪，海洋学家认识到了地表热循环的主要特征。这开始于人们发现从世界各处深海提取的水都接近冰点这一事实（有一个故事说，进行这些研究的灵感来自在热带航行的水手的老伎俩——把酒瓶浸入海水中“冰镇”）。这股水流，一定是在北极地区下沉，然后在洋底向赤道流动。这种观点有道理，因为北极风把水变冷了，密度也就增大了，所以水会在北极下沉。
但是，从另一个角度来看，在温暖的热带海洋，水分蒸发很快，最终，水分在较远的北方或南方作为雨雪降下来，使得赤道水域的盐度变大。当水的盐度变大时，密度也跟着变大，所以，海水应该在热带地区下沉才对，难道不是吗？在19世纪与20世纪之交，多才多艺的美国科学家T.C.钱伯林（T.C.Chamberlin）对这个问题产生了兴趣。他推算“温度和盐度的影响势均力敌……无须显著的改变就能打破平衡”。10或许在较早的地质年代，当两极比较热的时候，高盐的海水是在热带下沉，再从两极地区升起的——和目前的环流相反。他推测，这样有助于维持见于遥远过去的均一温暖。
这种解释非常吊诡，很少有人相信。像许多事物一样，大洋环流也被描述为一个稳定的平衡，永远按照同样的路线运行。这正是科学家所观察到的，也许仅仅因为在海中测量很少也很困难。人们都认为，没必要大费周章地去发展精确的海洋观测技术。海洋学家通过往海洋中扔瓶子的简单方法来跟踪洋流。就算是科学家有心要观测洋流模式的变化，用这种方法也无法做到。渐渐地，海洋学家就画出了一个“稳定的洋流”的模式。他们描述的海洋的众多特征里，其中一项是：温度低、密度大的海水在冰岛和格陵兰岛附近下沉，然后向南流向深海。来自热带温暖的表层海水则缓慢地向北流到北大西洋海面，完成环流。当时的海洋学家对这种现象兴趣不大，他们主要关注快速流动的表层流（如墨西哥湾流），这些对于海运和渔业来说才具有实际用途。
关于导致气候变化的原因，另一种思维来自一个完全不同的方向。在古希腊时代，人们就曾思考，砍伐森林或者啃光草原是否会造成附近天气的变化。从常识上来说，把植被从树林变成庄稼地，或者从草原变成沙漠会影响气温和降雨。19世纪的美国人声称，对土地的开垦带来了相对温和的气候。移民到大平原的农夫说：“雨水跟着犁铧走。”
到了19世纪末，气象学家已经积累了足够的可靠天气记录来检验这个观点。结果这个观点没能过关。即便人们把东北美洲从森林变成了农田，这么巨大的整个生态系统的转变也没有对气候造成明显影响。看来，大气层对生物的作用无动于衷。11这看起来很合理——不管什么力量能改变气候，这种力量肯定比斑驳地分布在地表的薄薄一层有机物要强。
有少数几个科学家不这样认为。其中思想最深邃的是苏联地球化学家弗拉基米尔·维尔纳茨基（Vladimir Vernadsky）。从在第一次世界大战中动员工业生产开始，维尔纳茨基就认识到，由人类工业所生产的物质总量已经接近“地质过程的规模”。通过分析生物化学过程，他得出结论：构成地球大气的氮气、氧气和二氧化碳主要是由生物产生的。在20世纪20年代，他出版著作称，生物蕴藏的力量能够重塑地球，并且足以匹敌任何物理力量。除此之外，他还看到一个更伟大的力量正在兴起：智能。维尔纳茨基有前瞻性的声明把人当作一种地质力量，他的读者不多，而且大多数读者只不过把他的作品看成浪漫的遐想。
解释气候的一种更有力的主张来自看似最“远离人间”的科学——天文学。这种研究始于18世纪最重要的天文学家威廉·赫歇尔（William Herschel）。他注意到某些恒星在亮度上会有变化，而我们的太阳本身就是一颗恒星。他认为或许太阳的亮度也会有变化，从而给地球带来较冷的时期和较热的时期。在19世纪中期，人们发现太阳黑子以稳定的11年的周期出现和消退，上述猜测也随之升温。看起来，太阳黑子反映了太阳表面的某种磁暴，这种剧烈的活动对地球的磁场具有影响，不容小觑。太阳黑子有可能和天气具有某种联系吗，比如干旱？这将会抬升或者降低谷物的价格，于是某些人开始寻找太阳黑子和股市的联系。对太阳黑子的研究，也可能为长期的气候变化提供线索。
这其中，最坚持不懈的科学家是史密森天文物理观测台（Smithsonian Astrophysical Observatory）的查尔斯·格里利·艾博特（Charles Greeley Abbot）。天文台有一个叫“太阳常数”的项目，测量地球所接受的太阳辐射强度。艾博特一心一意地推进这个项目，到了20世纪20年代早期，他得出结论：“太阳常数”名不副实。他的观察表明，在几天的时间内，太阳就有显著变化。他把这种现象和遍布太阳表面的太阳黑子联系起来。几年之内，活跃的太阳的亮度增加了近百分之一。艾博特早在1913年就宣称，发现了太阳黑子周期和地球温度周期有明显联系。他自信又好强，为自己的发现辩护，驳斥所有的反对意见，同时告诉公众：太阳研究可以给天气预测带来了不起的进步。其他的科学家则心存怀疑，因为艾博特所报告的“改变”几乎处于不可测的边缘。
在20世纪上半叶，对周期的研究相当盛行。各国政府已经收集了大量的天气数据可资利用，于是，人们不可避免地发现了太阳黑子周期和特定的天气模式的关联性。就算英格兰的降雨不符合周期，我们还有新英格兰地区的暴雨，它可能符合。令人尊重的科学家和热情的业余爱好者坚信他们已经找到了可靠的模式，足以进行预测了。
但是，所有的预测都失败了，这只是早晚的事儿。例如20世纪30年代早期，在太阳极小期的时候，有一项非常有可信性的非洲旱灾预报。但事实上，非洲在这个时期却很多雨。一位气象学家后来回忆：“黑子和气候关系的话题变得声名狼藉，特别是在英国气象学家中间，因为他们见证了不少备受尊重的‘高手’一败涂地。”即便到了20世纪60年代，他还说：“对于年轻的（气候）研究者来说，接受任何关于太阳和天气关系的主张都将给自己贴上‘怪人’的标签。”12但是，冰期的出现一定是有原因的。太阳的长周期活动同样是一位非常有可能的“嫌疑人”。
几乎所有的科学都能在气候变化方面插一脚。天体力学也不例外。19世纪70年代，克罗尔发表了关于太阳、月亮和行星的引力作用如何微妙地影响地球运动的计算。地轴的倾斜度和它绕日公转轨道的形状都以数万年的周期发生微小变化。在某些千年周期内，北半球在冬季得到的光照和其他时期相比较少。克罗尔认为在这些时期积雪会使地表保持寒冷，从而带来一个自我维系的冰期。发生这种变化的时机用经典力学就能够算出来。（起码理论上能算出来，但运算工作太令人头疼了！）
冰期看上去的确按照周期性的模式运行。远古冰川的扩张与收缩可以从砾石（冰碛）的长线堆积中看出来，它标记了冰川运动的停止地点；从当今的土地上发现的古代湖泊边缘，也可以看出古冰川的扩张与收缩。对这种地表特征的小心细致的寻找，首先始于欧洲，然后扩展到世界各地。一整代地质学家的劳动构造出了一个序列。他们发现冰川有四次明显的扩张与收缩——有四个冰期被漫长而均等的暖期隔开。但是克罗尔的计算完全不符合这个序列。
即便如此，仍然有几位富于热情的人追求这个理论。领头的是塞尔维亚工程师米卢廷·米兰科维奇（Milutin Milankovitch）。他认为，额外的阳光在夏天（比在冬天）更能够造成差别，从而决定雪是融化掉还是积累成大陆冰盖。在两次世界大战之间，他改进了用于计算不同距离和角度的太阳辐射的方法。到了20世纪40年代，一些气候学教科书已经在教授米兰科维奇的计算，为冰期到来的时间问题提供了一个看似合理的解答。
支持证据来自“季候泥”。季候泥来自一个瑞典词，意思是覆盖北方湖泊底部的淤泥层。春汛每年都会给湖底带来一层淤泥层，科学家从湖床中提取滑溜溜的灰色淤泥，然后不厌其烦地计算出各个层面。一些研究员报告称发现了一个21000年的变化周期。这基本和米兰科维奇计算出的地轴周期性偏移的时间（分点岁差）相符合。
但是米兰科维奇的数据和克罗尔的一样，也不符合课本所载的四个冰期的标准顺序。更糟糕的是，有基本的物理论据来反对这整个理论。米兰科维奇计算的阳光入射角度和强度的变化都很小。大多数科学家认为，阳光的这种微小变化，肉眼都感觉不到，说它能够把半个大陆埋在冰下面，实在太牵强了。那到底是什么导致了冰期呢？仁者见仁，智者见智，大家都能猜！
所以，当1938年卡伦德站上皇家气象学会讲台的时候，他走的是很多曾研究气候变化的前辈的老路。他指着从老旧无名的出版物中挖掘出的二氧化碳观测数据争辩说，自19世纪早期以来，大气中的二氧化碳浓度已经上升了一点。专家们对此则很怀疑。他们知道，没有人能够对大气层中痕量的二氧化碳进行可靠的观测。卡伦德似乎只是在挑拣支持己方观点的数据而已（只有通过回顾卡伦德的工作，我们才可以确定他的判断是非常合理的）。诚然，卡伦德已经收集了当时最有力的证据，证明全球温度已经上升了。但是，把这种升温和二氧化碳联系起来，又有什么理由呢？
事态并不紧迫。卡伦德本人认为气候变暖对人类来说是好事——它有助于庄稼长得更丰裕。不管怎样，他推算我们升高全球平均温度的步伐是缓慢的——可能到了22世纪末，才升高1摄氏度。听众席上的气象学家发现这种说法很迷人，但也很没有说服力。
于是，争论继续存在。专家们竞相提出个人理论，寻找气候变化的原因，一种单一的主导力量。而大多数科学家对不论什么理论都无心深究。他们把气候变化放到一边，认为这个谜题太难了，谁也别想用现有的方法解决。这种关于人类正在通过排放二氧化碳而影响全球气候的想法，和其他古怪的小摆设一样被束之高阁；同其他的理论相比，这个理论更加奇异，也更加没有吸引力。