地球上的碳都到哪兒去了

袁越

地球的前半輩子是在二氧化碳的籠罩下度過的。

看看距離地球最近的兩個小兄弟吧。金星和火星的大氣層幾乎全是由二氧化碳組成的，可2007年測得的數(shù)據(jù)顯示，地球大氣層中的二氧化碳濃度只有0.0384％，也就是384ppm（1ppm等于百萬分之一），地球上的二氧化碳都到哪兒去了？

二氧化碳是著名的溫室氣體，它能讓太陽光順利通過，卻會阻止地表熱量的散失。金星的表面溫度之所以高達480℃以上，主要原因就是溫室效應。火星的大氣層雖然也都是二氧化碳，但因為火星太小，大氣濃度低，溫室效應弱，所以火星表面溫度夜間可降至－130℃。

地球和太陽的距離適中，但在地球形成的初期，太陽的輻射強度只有現(xiàn)在的1／4，為什么那時的地球沒有被凍成冰球呢？最新的理論認為，正是由于二氧化碳產(chǎn)生的溫室效應，地球的溫度才不至于太低，從而使水的三種形態(tài)都存在。液態(tài)的水（比如降雨）能夠溶解空氣中的二氧化碳，并結合地表的金屬元素，把它變?yōu)樘妓猁}，沉積到巖石層中。地球的內(nèi)部很熱，沉積在地殼中的碳經(jīng)常會隨著火山噴發(fā)而重新變?yōu)槎趸坚尫诺酱髿庵校@就形成了一個碳循環(huán)。

經(jīng)過幾億年，這個碳循環(huán)逐漸達到了某種平衡。空氣中的二氧化碳濃度高了，地表溫度就升高，海水蒸發(fā)速度便會加快，形成更多的雨水，把更多的二氧化碳帶到地面，再被火山重新噴到空氣中。空氣中的二氧化碳濃度降低后，情況就正好相反，大氣溫度降低，降雨減少，碳沉積速度也跟著降低，但火山活動不受影響，所以大氣中的二氧化碳濃度就會重新上升。

金星距離太陽太近，溫度太高，水循環(huán)進行不下去，也就沒法形成碳循環(huán)。火星則因為體積太小，內(nèi)部冷得太快，火山活動不夠劇烈，沉積的碳不能被重新釋放到大氣中，所以碳循環(huán)也被中止了。

由此可見，水真是個好東西。它一方面能通過自身的循環(huán)，帶動碳循環(huán)，穩(wěn)定地表溫度；另一方面，液態(tài)水的化學結構非常適合作為溶劑，讓各種分子在水溶液中進行隨機碰撞，生命就是在這種碰撞中誕生的。

生命的誕生促成了另一個碳循環(huán)。眾所周知，生命的基礎是光合作用，就是利用太陽提供的能量，把二氧化碳中的碳元素提取出來，連接成一條長短不一的碳鏈。這樣的碳鏈被稱為“有機碳”，因為它既能作為建筑材料，搭建成生命所需的各種有機分子（碳水化合物、蛋白質和氨基酸等），又能燃燒自己，產(chǎn)生能量供生命使用。有機碳的燃燒過程又可以稱為氧化反應，其產(chǎn)物就是二氧化碳和水。

生命是在大約35億年前出現(xiàn)的，經(jīng)過十幾億年的積累，碳循環(huán)再度達到了一種動態(tài)的平衡。通過生物圈進行循環(huán)的碳的總量是巨大的。據(jù)估計，地球大氣層中每年有大約1100億噸的碳被光合作用轉化成有機碳，其中99.99％又通過氧化反應被重新釋放到大氣中，只有不到0.01％的有機碳因為地質變動的原因而留在了地殼里。別看這是一個很小的數(shù)字，但經(jīng)過很多年后，累積起來就非常可觀了。科學家估計，留在地殼中的有機碳是生物圈有機碳總量的2.6萬倍！難怪地球大氣中的二氧化碳濃度變得如此之低，大部分碳元素都以各種形式留在了地下。

假如這些有機碳都能被人類利用的話，根本就不會有什么能源危機了。可惜的是，絕大部分有機碳都無法被人類利用，只有在某些特殊的條件下，這些有機碳才能變成我們所熟悉的化石能源。

拿石油來說。石油的形成需要4個條件，缺一不可。首先，有機碳必須被密封在一個完全無氧的地方，比如某些特殊情況下的海底淤泥層。其次，有機碳必須經(jīng)過適當?shù)母邷卣糁螅米屧竞荛L的碳鏈斷裂，變成只有5個～20個碳的短碳鏈，這就是所謂的“原油”。這樣的溫度條件只有在地下2200米～4500米的地方才有，所以這個地段被稱為“油窗”。第三，石油比水輕，只要稍微有個裂縫就會漏出地面，地球上已形成的原油中有超過90％都是這么被浪費掉的。第四，剛剛形成的原油存在于巖石的孔隙中，必須先被某種帶有微孔的巖石過濾并集中，才能變成具有開采價值的油田。

所以說，地下有油的國家實在是太幸運了。別小看這點化石能源，如果在短時間內(nèi)被大量開采出來并燃燒掉的話，產(chǎn)生的二氧化碳也是很可觀的。目前人類每年因燃燒化石能源而向大氣中排放約75億噸碳，相比之下，因火山爆發(fā)而排放出來的碳還不到人類排放量的1％。

南極冰鉆的結果證明，地球大氣中的二氧化碳濃度在過去的1萬年里一直在260ppm～280ppm范圍內(nèi)波動，但自工業(yè)化以來，這個數(shù)字就開始逐年上升，目前已經(jīng)接近400ppm。如果僅僅計算因燃燒化石能源而產(chǎn)生的二氧化碳排放量，這個數(shù)字還應該再增加1倍。但是有證據(jù)顯示，大氣中二氧化碳濃度的提高加快了森林的生長速度，促進了土壤對二氧化碳的吸收，這說明大自然正在努力地試圖平衡人類帶來的影響。

但是，大自然的平衡能力是有限的，面對突然多出來的這些碳，大自然一時也應付不過來了，人類必須自己想辦法。

（司志政摘自《三聯(lián)生活周刊》2009年第1期，王 青圖）