思想者小传
陆健健：华东师范大学生态学专业教授、博士生导师。我国改革开放后首批国家公派博士研究生，1985年在美国华盛顿州立大学获博士学位后回国，一直致力于湿地生物多样性和生态系统结构、过程、功能和恢复研究。其着作《中国湿地》（1990年出版）是我国第一部湿地研究专着，参加过我国中长期科技规划的战略研究。1998年起享受国务院特殊津贴。
二氧化碳必然导致温室效应吗 目前社会上比较流行的观点是，城市化和工业化导致二氧化碳含量加剧。二氧化碳有一个负面效应，就是对地球大气产生 “温室效应”，因此二氧化碳被扣上“危害地球气候”的帽子。事实果真如此吗？
人类发展既离不开含碳能量，又要应付含碳能量的利用带来的负面影响，怎样妥善应对？我想从个人的研究实践角度，提出一些思考，与大家一起探讨。
我们知道，人类社会的发展离不开能量，目前我们的主要能源还是含碳能源 （煤、石油和天然气等）。特别像我国，非碳能源 （核能、水能、风能等）所占的分量不多，如核能在我国只占总能源的2%左右，水能也不占主要地位，主要还是用含碳能量。含碳能量被利用时，会产生二氧化碳和甲烷等温室气体。此外，我们人类的各种社会活动过程，也会放出大量的二氧化碳。地球上所有生物的代谢过程，都会释放二氧化碳。植物是双重性的，当有光的时候吸收二氧化碳，进行光合作用；当没有光的时候，其呼吸还是会放出二氧化碳。工业生产过程基本上是纯粹的二氧化碳排放过程，还没有发现哪类工业生产是吸收二氧化碳的。
有一个很简单的化学反应式：二氧化碳＋水＝碳水化合物＋氧气。这个反应式其实是双向的。二氧化碳加上水变成碳水化合物加上氧气，同时把太阳辐射能转变成生物化学能，这被称为 “光合作用”，是生物特有的负熵过程。反过来就变成了 “呼吸作用”，放出二氧化碳和水，并把化学能转变成热能，耗散在周边环境中，是增熵过程。这是基本的科学知识。
让我们再把思路转向宏观环境。近10多年来，整个地球好像不是很太平，火山、地震、海啸、飓风、台风等自然灾害发生的频率比以前多了不少。还有资料表明，地球上很多地方的冰山和冰川在融化，格陵兰的冰川在萎缩，欧洲北海的海冰分布在缩小等等。所有这一切，都是什么原因造成的呢？
目前社会上比较流行的观点是，城市化和工业化导致二氧化碳含量增加。二氧化碳有一个负面效应，就是对地球大气产生 “温室效应”。通俗地说， “温室效应”就是在一个封闭系统中，辐射短波进得来长波出不去，使得系统内温度不断升高所致。因此二氧化碳被扣上 “危害地球气候”的帽子。按这个观点推论：温室气体排放导致气温上升、海平面上升、全球气候急剧变化、地球环境恶化、生物物种消亡，最后将导致人类无法生存而灭绝，地球变成无生命的死球，回归到40亿年前寂静的世界。
这个观点有些是基于事实的描述，有些是基于目前无法改变的趋势的推导，当然，也有人认为是别有用心的假设。我提醒大家注意三个问题：一是时间尺度，二是空间尺度，三是发展 （发生）程度。很多学者从这三个方面做研究来否定或修正上述观点。但是，假如这个推论是正确的，碳能利用的负面影响确实存在，我们该如何妥善应对，破解问题？
众所周知，人类社会的发展主要是人口、经济和能源利用的发展。由于发展中国家人口一直在上升，能耗总量也在急剧上升。从百万人口的平均能耗来看，我国人均能耗是世界的二分之一，美国人均能耗是我国的12倍，日本是我们的5-6倍。再看一下地球大气中温室气体浓度的资料。大气中的甲烷浓度总体一直在升高，上世纪80年代后期到2000年还有一个爬升过程，但从2000年后增长比较慢，一些学者认为这与通过宣传减少了稻田面积有关，我不认同这个观点。实际上，我们看一下，这个坐标实际区间总共是100个单元，测点也不同。再看二氧化碳，还在往上升，跟全球温度升高同步。温室气体的排放， 2010年中国占第一位，美国是第二位，新的资料显示2011年中国占全球的22%，美国超出我们，是22.4%，中美两个国家占了全世界二氧化碳排放的44%左右。资料显示，我国二氧化碳排放总量这几年还在上升，但从人均排放量来说，我们排在日本后面。从人口角度讲，印度的人口跟我们差不多，但他们总的排放量比较少，这跟印度现代化程度较低有关。上面这些数据表明：我们的含碳能量使用在逐年增加，我们的社会能源需求在逐年升高，全球二氧化碳排放量还在逐年增大。
用运动的眼光认识碳排放
我们是要认真考虑二氧化碳排放给人类社会带来的负面影响，但全球气候是否因人类活动（包括二氧化碳排放）而产生变异目前仍只是一个推论，而不是科学结论，还有待进一步实证研究。我们要在一个系统的绝对的变与相对的不变之间，找到人类最能适应的可持续的生存方式。
接下来的问题是，碳排放是否直接影响到全球气候变化？抑或只是“温室效应”实验的类推？如果你在封闭的系统中做一个实验，人工模拟地球环境，随着二氧化碳排放量的增加，温度会慢慢升高，二者的因果关系非常明确。但从全球角度看，各地二氧化碳的排放是不均匀的，地球上城市和工业区的分布也是不均匀的，排放点呈不规则分布。这些点上的二氧化碳排放会不会造成整个地球的“温室效应”，国际上越来越多的学者对此产生了怀疑。比如有些学者认为，局部地区的二氧化碳排放不一定跟全球气温升高有关系，而仅仅是影响了局部地区的气温。一些地区的二氧化碳大量排放影响了该区域的气温，大气的流动造成了全球气候的异常。这是一个否认 “全球变暖说”的论点。
还有，温室气体排放增加，是不是必然导致全球温度升高？全球气候变化是否一定导致自然灾害频繁？这些问题都是需要打问号的。
首先，冰山融化和海平面上升的速率是多少，目前还仅仅是推论。按照某些学者的推算，气温每10年增加2摄氏度，或每年海平面升高几毫米。海平面升高几个毫米，对做海洋学的人来说，有时可以忽略不计。像中国沿海，包括长江口，是强潮地区，每天涨潮落潮，平均潮差3米，一年中最高潮差可达5米多。在这样的情况下，增减几毫米，大大小于系统误差和测量误差，一般是不会考虑即时影响的。当然，作为长周期的影响应该予以重视。另外，像美国墨西哥湾沿海，是弱潮地区，每天涨潮落潮50厘米，那里的影响可能稍微大一点。所以，二氧化碳排放导致海平面上升的推论仅供长期影响研究参考。我们是要认真考虑二氧化碳排放给人类社会带来的负面影响，但全球气候是否因人类活动 （包括二氧化碳排放）而产生变异目前仍只是一个推论，而不是科学结论，还有待进一步实证研究。
其次，我们的确看到一些不正常的现象，但从长时段的角度来考虑的话，是不是到了频发期，是值得研究的。比如，在地球发展过程中的某些时间段，地震、火山、海啸等是会集中发生的，那么这又跟什么因素有关呢？有人认为原因有二：一个是跟我们所处的宇宙的位置变动相关。地球不是孤立存在的，它旁边有卫星、行星，还有其他星系等等，这些相邻星球的运动变化轨迹自然会影响到地球。同时，地球内部也是在不断变化中的。这些都是自然因素。所以，我认为，目前的自然现象、气候变化的原因，至少应该从两个方面来看。一个是自然因素，另一个是人类活动的影响。如果我们将自然因素暂时忽略不计，就算气候变化全部是人为所引起，也有一个问题：哪些推测是可以用科学方法来验证，哪些推测是虚假的。现在我们的很多推测，除了气候变化以外，把其他所有事物都看成是静止的，这就产生问题了。在我看来，万事万物都在变，生物在变，地球在变，包括地球在内的整个宇宙也在变。因此，我们要在一个系统的绝对的变与相对的不变之间，找到人类最能适应的可持续的生存方式。
回过头来，让我们再一起来看看有关二氧化碳浓度的历史。在1亿年前，地球上的二氧化碳浓度是非常高的，然后有个逐渐下降的过程，到了约6000万年前到达一个低点，然后又逐渐上升。从这个斜率趋势可以看出，近60年来二氧化碳浓度的上升应该是有人为的因素，有学者认为，与二次世界大战后全球经济的迅猛发展有关。理由一是，历史上人类的能力比较小，影响也小，气候变化以自然波动为主，该阶段二氧化碳浓度波动幅度很大；二是，根据自然综合因素的影响分析，大气中二氧化碳的浓度应继续下降，但实际情况却是在上升。这就说明确实有人类影响的成分，但由于人类历史相对还比较短暂，影响还不是很大。
通过碳同位素测年技术确定，全球气温与二氧化碳浓度确实线性相关。资料显示，历史上大气中二氧化碳含量是周期性变化的，而且有大周期和小周期之分，大小周期主要都是自然因素造成的。另外，有学者认为，距今46亿年到10亿年间，地球上的二氧化碳浓度的变化源于自然； 10亿年前，自从地球上有了生物，二氧化碳浓度的变动还可能与地球上的生物量有关。人类活动对大气二氧化碳浓度的影响，主要是近200年的事。换句话说，近200年来，二氧化碳排放对气候的影响至少有三个原因：一是宇宙和地球运动变化，二是生物量的变化，还有就是我们人类的经济社会活动。这三个部分如果分不清楚，现在下很多结论都为时过早。
如何真正实现 “零碳”
目前我们通过节能减排等措施可以做到 “低碳”，但还不能做到“零碳”。真正的 “零碳”设想是：师法自然，在碳循环的碳汇库上做文章。在认识自然碳循环客观规律的前提下，通过生态建设的措施，增强全球 （或地球局部地区）的碳汇能力，特别是海洋及海洋生物的碳汇能力，从实现局部区域的 “零碳”做起，促进人类可持续发展。
现阶段有很多研究数据确实都证明了：地球上二氧化碳浓度是有周期性波动的，现在到了一个小周期的高峰，但是还没有超过小周期波动的峰值。当然有些人说超了，或到警戒线了，有的甚至认为到了灾难的临界点，这都需要进一步的科学论证。人类用了很多方法，包括地质的、物化的、模拟分析的等等，力图证实地球气温升高、二氧化碳浓度升高会不会给人类带来灾难等问题。上世纪90年代，有不少全球气温预测资料，有的还发表在国际顶尖学术刊物 《科学》上，引起了全球各方关注。但是近20年的实际情况证明，不少预测是不正确的。联合国下属的气候专家组织 （IPCC），常组织召开各种会议来探讨如何应对这个问题。该组织的不少专家认为，现在温室气体排放太多了，应该马上减少二氧化碳类温室气体的排放，如果现在不降下来的话，全球气温会形成指数型上升趋势，会很快导致地球不适合人类居住，换句话说，地球毁灭的日子快要到了。实际情况好像并不是那么回事。
如果我们从生态学的角度来讨论这个问题的话，可以发现，碳循环是生态系统物质循环的一种系统，属沉积型循环物质类型。据专家检测，整个地球碳的含量并不是太高。地球结构的0.027%是碳，而且大部分储存在石灰岩中。广西桂林地区的大量溶洞由溶岩构成，溶岩也是石灰石，石灰岩中储存了大量的碳。地球的碳库是溶岩，可惜，现在我们的教科书中没有强调这点。教科书中的碳循环模型大都遗漏了石灰岩碳库这一主要组成部分。大部分碳存在石灰岩中，是把碳循环归为沉积型循环物质的依据，以此区别于氮为气体型循环物质等。在岩石中，碳主要以碳酸盐的形态存在，在水体中主要以碳酸氢根的形态存在，在大气中主要以二氧化碳的形态存在。碳及其化合物，在地球圈包括生物体内不断转变形态，形成不同类型的循环圈。大气中的碳目前是380单位，在水中少一点， 160单位。如果含碳能源利用多了，二氧化碳排放就多，大气中的浓度就会上升，除了温室效应，还会引起酸雨现象。在很多工业发达地区，下的雨不少是酸雨，这也是造成有些绿化植物生长不好的重要原因。同时，二氧化碳也会溶入水中，如果水中碳多了就会出现水体酸化现象，现在很多专家都关注到了这个问题。由此可见，目前全球生态系统的几个重大生态问题中，不少都与碳循环相关。
由于碳循环引发了不少生态问题，事关全球人类发展，大家很自然地认为，应该想办法控制碳排放。目前主要有三个观点：不排碳、少排碳、使用无碳能源。不排碳行不行？不排碳的地区就是不发展的地区，甚至是没有生命的地区，所以完全不排碳是不可能的。少排碳，就是现在普遍提倡的 “低碳社会”，这到底是怎么回事呢？所谓 “低碳社会”主要是通过四方面达成：一是节能减排，尽可能提高能量的使用效率，特别是通过一些措施，提高工业生产的能效；二是 “低碳”建筑业，提倡热传导率低的建筑，冬天保暖，夏天通风散热；三是“低碳”城市规划和区域规划，通过合理布局产业、居民区和交通来节约能量，这一块也包括产业结构调整在内；四是行为“低碳”。去年复旦大学在校园中做了一个实验，让每一个同学在开学时填一个低碳契约，设计了几十条，比如随时关灯、关水龙头等，能够做的勾上，到了学期结束再看看，哪些承诺做到了，哪些没做到。通过这种方式，的确给学校节约了不少能源。
当前社会更感兴趣的，是寻找无“碳”能量。比如法国用得最成功的是核能，约占了本国能源使用的64%左右；日本也用得很成功，可惜去年福岛核泄漏出了事情。我们曾经想学法国和日本，大力发展核电技术，但现在发现，核能的弊病越来越大，甚至比含碳能量造成的危害更多。不仅会有各种核泄漏事故，就是核电的废料处理也还没有特别好的方法。还有一种是太阳能。我看到一个报道，最近我国有个地方建成了 “太阳谷”，主要运用光伏电池，直接利用太阳光，住宅区的电能都是太阳能。这有点模仿英国伦敦或阿联酋的低碳示范区。问题是，安放光伏电池还是要占很多地方的。现在很多地方都在规划建设低碳城，但是实际上不少规划是借建低碳城，向中央和地方财政要钱。
实际上，一个区域既要发展，又不改变碳能利用方式，是不可能达到 “零碳”效果的。再节能减排，还是会释放二氧化碳。不管是传统工业，还是未来要发展的新工业，包括“迪士尼”那样的游乐业，都不可避免消耗能源。前面讲到的四条“低碳”路子是有可能的，但目前不可能做到完全“零碳”。国际上敢打出“零碳”这个旗号的，一个是英国伦敦的太阳村，另一个就是阿联酋马斯达尔的“零碳城”。后者建设的预算是1000多亿美元，在沙漠里广阔的土地上，安装太阳能发电装置。现在总共花费200多亿美元，建设完成四分之一不到，吸引了大批游客去参观，形成当地一个新的旅游景点。但是不少参观者回来说那是富人的玩意儿，我们玩不起。
现在很多地方搞太阳能发电，规划很好，但实施过程中发现了不少问题。比如太阳能光板的制作过程，一方面要消耗大量能源，另一方面也会产生大量污染，尤其是重金属污染。还有储能问题，因为太阳不是每天准时出来，即使出来了亮度也不固定。光能多时要把能量储存起来，而高效率的储能电池就成为新的发展瓶颈。还有，太阳能发电占地面积很大。尽管我国沙漠也很多，可没人去，如何输出电力也成问题。除此之外，我们还有风能，风能发电厂全国都在造，特别是沿海地区。也有人提议做潮汐发电，但是潮汐发电需要建坝，而建坝对环境的破坏很大，所以这项技术没能推广。现在技术有了发展，比如美国人在研究洋流发电，欧盟研发出一种新的潮汐发电装置，据说在水流360度变化的情况下都能发电，而且这个装置不用建坝。最近我们通过中欧清洁能源中心与欧盟在洽谈，希望在长江口做示范。这也就是说，在新能源上，我们是可以有所作为的。
总而言之，目前我们通过节能减排等措施可以做到 “低碳”，但还不能做到“零碳”。我们可以用无碳能源局部替代含碳能源，但由于开发无碳能源的设施装备还摆脱不了含碳能源的消耗，因此不能被称作是真正意义上的 “零碳”。那么，是否有真正能做到 “零碳”的设想呢？换句话说，我们在未来100至200年内还要使用含碳能源，我们如何来使得地球环境在这个阶段不受损害，确保我们的经济和社会继续发展？或者我们如何来创造人类社会继续发展的动力，实现真正的 “零碳”？我的设想是：师法自然，在碳循环的碳汇库上做文章。在认识自然碳循环客观规律的前提下，通过生态建设的措施，增强全球 （或地球局部地区）的碳汇能力，特别是海洋及海洋生物的碳汇能力，从实现局部区域的 “零碳”做起，促进人类可持续发展。
《解放日报》日期：2012年2月1日版次：08 作者:陆健健
链接：http://newspaper.jfdaily.com/jfrb/html/2012-12/01/node_9.htm
