被严重低估的威胁：全球变暖 | 甲子光年

学术 2024-11-08 19:01 广东

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道德与利益鲜有两全，还得靠科技。

口述 | 靳普

作者 | 刘景丰

编辑 | 甲小姐

20200220，这个日期值得敲响一记警钟。

这一年，庚子大灾，全球无一幸免。

疫情、蝗灾、山火、雪灾、干旱、火山爆发、飓风、海啸、洪水肆虐、热死人、永久冻土层解冻、甲烷之海、珊瑚礁死亡、南北极动物栖息地消失、澳大利亚的大蝙蝠咬人、海上运输瘫痪、因气候和能源威胁不断涌现的人祸……皆随着全球变暖加剧，将人类逼进真正的“命运共同体”，为吾辈性命强加了一把时间锁。

中国新型冠状病毒肺炎疫情尚在持续，俄亥俄州立大学科学家又在青藏高原冰核样本中发现古老病毒存在的证据，万里之外的巴西也发现了神秘病毒，90%基因根本无法识别。另外，东非的埃塞俄比亚、肯尼亚以及南亚的巴基斯坦和印度遭受蝗灾入侵，联合国粮食及农业组织（FAO）向全球预警，蝗灾会带来严重的食物短缺，上百万人将需要食物救济。更早时，2019年9月澳大利亚爆发罕见山火，燃烧4个多月致33人死亡， 1170万公顷土地被烧毁，约10亿动物死亡。

此外，2020年1月17日加拿大东北部遭受严重雪灾，打破1999年4月创下的单日降水纪录；1月12日菲律宾塔阿尔火山大规模爆发，迫使成千上万人紧急疏散；2月17日，澳大利亚多地区又迎降雨和飓风，多个城市受影响；同时的英国，一场风暴强降雨导致多地爆发洪水。此前数年，美国墨西哥湾一场飓风导致该处海上运输瘫痪。2018年北极圈附近出现一个约20个足球场大的湖面，和葡萄柚一般大的甲烷泡从水中冒出，像一口沸腾的巨锅；还有，据BBC报道，因气候变暖，全球已有一半以上的珊瑚因白化而死亡。2019年印度持续高温，致数十人被热死；全球变暖导致冰川融化，增加酿成大海啸风险；而极地冰川融化，永久冻土层解冻，同时南北极动物栖息地也逐渐消失。2020年2月初，澳大利亚山火引发70万只澳洲蝙蝠侵入城市，该蝙蝠体型巨大，还能将人咬伤。

一切灾害背后，指向的是同一个并不新鲜的万恶之源——全球变暖。

气象与动植物灾害与全球变暖搭上关系容易理解，病毒，为何也归咎于全球变暖？

这一提法并非无中生有。

早在2014年，法国一项研究提取了一种被封存在永冻层中长达3万年的病毒，并在实验室对其重新加热，病毒迅速复活。参与研究的科学家提出警告：冻结在土壤中的未知病原体，可能会因气候变暖而再次苏醒。

如今，这一警告的应验速度，斜率正在变大。全球变暖正在导致世界各地冰川缩小，并可能释放被冰封了数万年的微生物和病毒。

除政府和学界外，一些全球科技领袖也开始关注全球变暖。

美国时间本周一（2月17日），亚马逊首席执行官杰夫·贝索斯（Jeff Bezos）宣布，他将通过一项名为贝索斯地球基金（Bezos Earth Fund）的新基金投入100亿美元来应对气候变化；此前，马云、比尔·盖茨、马克扎克伯格在内的全球顶尖科技公司创始人也曾发起清洁能源研究计划，拟从技术上阻止气候变暖。

此刻，匹夫有责。

本次，「甲子光年」邀请了腾风集团CEO、工程热力学专家靳普从工程热力学和温室气体排放的角度，用不一样的视角看极地细菌、病毒背后的全球变暖，并提出可能的“可逆”方案。

以下为靳普口述，「甲子光年」整理润色。

1.二氧化碳浓度上升了近50%

我的一个投资人朋友，满世界跑的那种人，他曾亲自在北极插了把尺子，每年去看一看，得出的结果是：北极的冰盖确实在不断变化，变化很明显。

加速融化的极地冰川

很早之前人们就观测到地球变暖的趋势了，但没发生有传播效果的事件。那会儿就是讲一堆数据，列一堆光谱图，告诉大家二氧化碳浓度的变化，南北极站点数据的变化——这些数据和现实距离太远，人们不关心。

现在，全球变暖在加速进行，我们现在还没能力让它不变暖，只是先让变暖的速度慢下来。

为什么变暖的速度会加快？

这里先普及一下基本原理：太阳短波辐射到达地面，地表受热后向外放出大量长波热辐射线被大气吸收，低层大气温度升高，作用类似于栽培农作物的温室，因此也称“温室效应”。

地球温室效应图

打个比方，这就像微波炉加热——太阳相当于微波炉，它的光是辐射热，照射到地球就是给地球加温；大气层就像微波炉壁，捂住热量。

当然，形成温室效应的气体，不只是二氧化碳，还有甲烷、一氧化氮等30多种气体。其中二氧化碳约占75%，是最主要气体。

植物又可通过光合作用吸收二氧化碳，在一排一吸之间，大气中二氧化碳的浓度保持近乎平衡。

然而，人口急剧增加，人们生产、生活产生的二氧化碳越来越多；森林被大量砍伐，植物可吸收的二氧化碳越来越少。平衡被打破，自然温室效应便不断增强。

全球变暖的形势，正越来越严峻：

九个已识别的气候临界点：
1.亚马孙热带雨林经常性干旱
2.北极海冰面积减少
3.大西洋环流自1950年以来放缓
4.北美的北方森林火灾和虫害
5.全球珊瑚礁大规模死亡
6.格陵兰冰盖加速消融、失冰
7.永久冻土层解冻
8.南极西部冰盖加速消融、失冰
9.南极洲东部正在加速消融

气候达到的临界点越多，意味着全球变暖的速度越快，越会造成不可逆的损失。

来源：《自然》杂志

有个统计，工业革命时期，地球表面空气中二氧化碳浓度约为280ppm（百万分比浓度）；而现在浓度已超过400ppm，上升了近50%。

近20年，全球气温纪录逐年刷新：1998年的全球平均气温，被世界气象组织宣布是自1860年开始保存完整气象记录以来最高的；十年之后有科学家认为，2007年的全球气温可能超过1998年，成为地球最热的一年；2013年，世界气象组织报告再次得出结论，2001至2010年是自1850年现代气象测量开始以来地球最热的十年，其中2010年的气温打破了之前所有的气候记录；就在2020年1月，美国宇航局联合美国国家海洋和大气局宣布了最新全球气温情况，2019年是有记录以来第二热的一年，而第一热的年份是2016年。

全球年平均气温趋势图

《自然》杂志曾发表一篇研究，目前人类活动造成的碳含量增长速度，是五千万年前地球最热时期的20倍。不过，当时大气中碳含量的增加是在较长时间内完成的，让大多数物种可以适应气候或者通过迁移来避免灭绝。如今，地球面临的问题显然更残酷。

2.远古病毒出逃

全球变暖给人类带来的挑战，首先可能是瘟疫。

2020年才过去不到两个月，各种不明病毒肆虐事件已接二连三发生。

年初，国内新型冠状病毒肺炎疫情爆发，至今已造成累计7万多人确诊；1月7日，发表在bioRxiv的论文指出，俄亥俄州立大学科学家在青藏高原冰核样本中发现古老病毒存在证据，其中28种是新病毒；同时在遥远的巴西，也发现了神秘病毒，这种名为雅拉病毒的超级病毒，由将近80个纳米大小的颗粒（正常病毒大小）构成，可以说是巨病毒，而且其仅有6个与现有基因相同，90%的基因没有同源基因，根本无法识别。

这和全球变暖有啥关系？

实际上，南北极冰盖里面冻着很多远古细菌和病毒。一旦冰川融化，它们就可以随海水、洋流飘到世界各地，可能带来可怕的疾病。而且，它们千万年以来没跟着人一起进化，我们的抗生素、抗细菌药有可能对它们是无效的，甚至我们的免疫系统也可能没法对它们做出正常反应，不能有效识别它、阻击它。

此外，极端气候会引发自然灾害。山火、极度干旱、洪水泛滥，均为全球变暖带来极端气候的后果。

2019年9月，澳大利亚维多利亚州和新南威尔士州发生大面积山火；由于当地正值盛夏，山火不断蔓延并至今已持续燃烧了4个月，直逼首都堪培拉。山火已导致33人死亡、2500栋民居被烧、超过10亿动物葬身火海，直至近日当地一场持续降雨才将火势控制。山火持续的原因被认为主要与高温天气和干旱气候有关。此次澳大利亚山火产生了约4亿吨二氧化碳，而整个澳大利亚2018年碳排放量才5.32亿吨。

信息源：腾讯新闻

澳大利亚山火

另一个严重问题是，南北极冻土层消融时，那些从远古时代就被永久封存的有机碳，会在微生物作用下转变为二氧化碳和甲烷（天然气）。一分子甲烷造成的温室效应将是一分子二氧化碳的28-36倍，它会加速全球变暖。

以前，南北极覆盖着大量冰层，它就像地球头顶上的大镜子，把照在冰盖上约90%的太阳光照都反射回去了。但是如果南北极的冰融化变成一片海水，水吸收光的比例达到90%，就会导致南北极蒸发出大量的水蒸气。

2018年12月，美国国家航空航天局一调查显示，南极洲东部海岸1/8的冰川群此前被认为不会受到全球气候变化的影响，但研究显示最近10年该冰川群已经开始融化，这将导致世界大洋发生变化。研究人员发现，温暖的海水已经开始融化南极洲东部最大的冰川——托滕冰川。数据显示，位于托滕冰川以西的4个冰川，其高度自2008年来已缩减约3米，而在2008年前未有融冰记录；托滕冰川以东的多个冰川高度缩减速度是2009年的两倍，其高度以每年0.3米的速度退减，目前已减少2.5米。

信息源：美国国家航空航天局官网

这形成了一个恶性循环：

全球气温越高，排放温室气体越多，更加速了气温上升。

这些水蒸气向外散开，有可能会改变地球的热平衡；热平衡变了，地球的洋流体系也会随之变化，进而加剧了自然灾害的发生；甚至依靠洋流的海上运输也会瘫痪。

空气中水蒸气增加，还会给人体带来直接的危害。人的身体是通过汗腺排放热量的，所以夏天只要多喝水、多排汗，人的身体就不会被热坏。但在大面积湿热的情况下，汗水是排不出来的，就会出现热死人的现象。

这种情况下，受灾的城市甚至面临关停的境地，人们的生产、生活难以维持。

这些是可以根据已有理论预见到的一些后果——但真正发生灾害的时候，往往许多后果是人们无法预料到的，更谈不上提前应对。

3.利益与道德的博弈：要环保，还是要发展

在温室气体排放中，工业毫无疑问是大头；其次是交通，包括汽车、轮船、飞机等所有交通工具；此外还有生活领域，包括供暖、燃煤的排放。

另外，还有一个有意思的碳排放，就是牛的屁。

牛的胃，其实就像一个发酵池，它吃进的杂草在胃里发酵会产生甲烷、氨等气体。曾经联合国粮农组织发表过一份报告，全球10.5亿头牛排放的二氧化碳占全球温室气体总排放量的18%，甚至超越了人类交通工具等的二氧化碳排放量。

为了减少碳排放，我们也在采取一些措施。比如工业领域，国家对工业企业有排放达标的行政要求；在生活领域，很多地方政府鼓励实施煤改气、气改电，并对这些进行一定的补贴；在交通领域，汽车尾气排放中，通过三元催化器处理汽车尾气。

但说白了，这些措施带有很强的行政性，它不是人们自愿的。

热力学圈子里有一个非常重要的观点，就是在特定时间段里面（不去跨世纪比较），人的幸福感和生活质量，其实就是能在一段时间里支配的能量。但凡我们肉眼所见的商品和服务，都和碳相关，碳排放，就相当于消耗能量。

谁会愿意主动为了那看不见、摸不着、表面上又跟自己没有直接关系的事，主动降低生活质量？谁先减排，意味着谁主动降低自己的生活质量和发展权。

所以早期只有政府和环境学圈子里的科学家，以及能源巨头企业在关心全球变暖。所以你看到，每次签的协议都是在国家之间进行的，比如《京都议定书》、《巴黎协定》等。

签这样的协议很困难。事实上，最早我国签《巴黎协定》时，还有一些反对的声音。一些产业界的人认为，一旦加入协定，事实上就承诺损害我们的发展权，因为现在人们的生产和生活还离不开化石能源，现在的技术手段决定了只要使用化石能源就会有碳排放。

这就是为什么有些国家会主动退出这些协定，但这样的做法无疑损害了其他人。

《联合国气候变化框架公约》下有两份具有法律约束力的气候协议——1997年通过的《京都议定书》和2015年达成的《巴黎协定》。然而，2001年3月，布什政府以“减少温室气体排放将会影响美国经济发展”和“发展中国家也应该承担减排和限排温室气体的义务”为借口，宣布拒绝批准《京都议定书》。此后2017年6月，美国总统特朗普宣布美国将退出《巴黎协定》，并称退出有利美国经济。

信息源：新京报

美国总统公开宣称“全球变暖”说辞很多是骗局

节能意味着更高的技术、更贵的成本、更好的设备、更复杂的装置，这意味着人会缺少积极性去主动改变。

4.从热力学看碳排放：不靠人性，靠科技

人性的东西是不好解决的，那科技能否解决全球变暖？

为了应对全球变暖，国外近年兴起了一种新的二氧化碳收集技术，叫碳捕集。

碳捕集与封存（简称CCS，也被译作碳捕获与埋存、碳收集与储存等）是指将大型发电厂所产生的二氧化碳（CO2）收集起来，并用各种方法储存以避免其排放到大气中的一种技术。这种技术被认为是未来大规模减少温室气体排放、减缓全球变暖的一种方法。2012年8月6日，中国曾实施首个二氧化碳封存至咸水层项目。

信息源：百度百科

这种方式，目前看是理论上可行，工程上也可行，但经济上不可行。

某碳捕集纯化示范项目

首先，把二氧化碳从大气中分离出来，需要一个大型空气分离器，它要达到每秒钟数吨的空气流量。要满足这样的条件，装置得足够大，大到堪比一个工业园区，有可能这个装置上仅管道就接近一间房屋那么粗。而且这种大型机器的运转需要消耗大量电能，甚至消耗能量的成本会大于捕捉二氧化碳的价值。

其次，即使通过这种方式捕捉了二氧化碳，目前并未找到处理二氧化碳的方式。有一种说法是把捕捉的二氧化碳排放到地下，因为地下经过石油、天然气开采形成了许多空洞，用二氧化碳正好填充这些洞，来方便石油开采。但如果稍微思考一下就会觉得这种方式不太靠谱，因为埋到地下的二氧化碳也需要加压，不但需要消耗能量，同时储存在地下的高压二氧化碳也给人们带来安全隐患；而且就算一年两年能把二氧化碳封存在地下，那十年二十年之后，很难保证封存的二氧化碳不会泄漏——一旦泄露就意味着前功尽弃。

科学家还曾想出一种二氧化碳的处理方式，把二氧化碳固体化，然后排到深海。这个方法也让人深表怀疑，即便把二氧化碳做成液态也需要非常大的压力和极低的温度，更何况固态的二氧化碳，它需要极大的压力和超低温，几乎可以拿来做冷冻炸药了。

解决不了二氧化碳封存的问题，光去分离二氧化碳是没用的。

如果不考虑经济成本，真要处理这些捕捉二氧化碳，其实有一种可行的技术，就是把捕捉到二氧化碳跟氢气结合制成天然气，或者跟水制成甲醇，再或者跟一些藻类制生物制柴油能源，这就实现碳的循环——在此过程中，二氧化碳就变成了能量的载体。

这是人们探索处理已经排放的二氧化碳的一些方式。但目前我们当务之急，是如何减少二氧化碳的排放。

目前，全球25%的碳排放来自于发电和产热，14%的碳排放来自交通领域，解决这些领域碳排放，需要用可再生能源、生物质燃料替代化石燃料能源。

生物质能源（燃料），可以理解为海藻、玉米秸秆、甘蔗、木薯、甚至一些专门用来做燃料的能量草。把这些植物做成燃料酒精、生物质汽柴油或者是天然气、沼气，这种情况下，它的碳排放就是负的。

如果植物燃料能大规模应用，理论上既解决了碳排放问题，还不会阻碍生活质量和发展权。因为生物质燃料需求越多，就会刺激越多的贫困农民的生产，然后开垦荒田，提高生物质燃料作物的产量。

从环保角度讲，生物质燃料太完美了；但对发动机工程师来讲，将其作为燃料就是噩梦。

从整个工业史上看，几百年来只发明了三种发动机——蒸汽机（外燃机）、活塞式内燃机和燃气轮机（航空发动机）。

传统发动机是无法燃烧生物质燃料的。

以酒精为例：酒精的气化潜热非常的低，当酒精喷进发动机缸里，它就会变成气态酒精，在点燃之前，它要先吸热，这就改变了原来缸内温度和压力的分布，由于酒精火焰传播的状况跟原来的（汽油燃烧状态下）燃烧机理不同，便出现无法燃烧的情况。

而且酒精极易溶于水，如果活塞发动机烧带水的酒精，很容易当场报废；即便纯酒精，在发动机缸里燃烧后，会发生反应变成乙酸（醋），乙酸在高温高压下的腐蚀性非常强，会直接把缸体腐蚀出一个个坑，发动机报废。