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倒下的雨林,带来工业革命,也带来全球危机

本文作者: 发布时间:2021-11-18
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倒下的雨林,带来工业革命,也带来全球危机

倒下的雨林,带来工业革命,也带来全球危机

倒下的雨林,带来工业革命,也带来全球危机

命的存在,会让这个星球变得更适合生命生存么?”

“乌黑,发亮,有金属光泽”,小学自然课上,老师让我们观察一排装在玻璃瓶里的矿物标本并描述它们,我在观察了一小瓶写着“无烟煤”的小瓶子之后,写下了这句话。

无烟煤的样本 | Leiem / Wikimedia Commons

并不是每个自然课任课老师都有耐心讲解课程内容,很幸运,老师在比较了“褐煤”、“烟煤”和“无烟煤”之后告诉我们,那些暗褐色、杂质最多的“褐煤”才是煤的基本形态,它们在地下经受巨大的压力之后,才会转变为杂质更少的烟煤,再进一步变成无烟煤。

“煤,其实是古时候的大树形成的。那些倒下的大树并没有彻底消失,它们被各种原因深埋到了地下,变成了今天的煤。”老师平静地说出这段话,却让那时的我内心激动不已,我第一次意识到,植物和矿物,那些有生命和无生命的东西,中间也许并没有一道截然分明的界限。

历史的车轮,时代的忧虑

“煤,是黑色的金子,工业的粮食。”

二十多年后,当我打下这些当年课堂上老师教给我的文字时,在英国格拉斯哥举行的第二十六届联合国气候变化大会刚刚告一段落。

这场也许与人类命运生死攸关的会议最终达成了一项协议。尽管在最后,印度代表提出将决议文件中“逐步淘汰”煤炭使用的承诺改为“逐步减少”,并且最终在多个国家的支持下修改成功,这仍然是人类第一个有明确计划减少煤炭用量的气候协议。

从褐煤到无烟煤,碳含量渐次提升。煤在分馏后能提供大量工业原料,但有着巨大工业价值的煤至今最主要的用途依然是作为能源燃料。人类烧煤的历史超过6000年,东西方古代典籍中都有不少关于开采用煤的记载。

无烟煤开采的场景 | The Mebane Greeting Card Co., Wilkes-Barre, PA./Wikimedia Commons

直到300年前,隆隆的蒸汽机声拉开了人类第一次工业革命的序幕,煤炭燃烧释放的巨大热量让锅炉里的水沸腾,水蒸气反复地受热膨胀和降温带动了机器,把人类从手足劳动中解放出来,最终把全世界所有人都抛上了永不回头的时代车轮。煤炭成为了最重要的动力并持续至今——当一个工业革命时期的司炉把满满一铲煤倒进炉门里的时候,他无论如何不会想到,300年之后,煤炭可能会成为一个诅咒。

无烟煤 | Randolph Black / Wikimedia Commons

煤炭在燃烧释放巨大热量的同时,产生了二氧化碳。相比地球大气层中含量78%的氮气和21%的氧气,有3个原子的二氧化碳可以更好地吸收太阳光再发射红外线辐射,是大气层“温室效应”的主要贡献者。“温室效应”本身并不是一个坏词,今天的地球能够维持一个许多生命适宜的温度,就是温室效应的结果——薄薄的一层大气截留住了太阳的热量,使地球上的水不至于都冻成冰,这是生命赖以生存的基础。

二氧化碳较强的温室效应,也使得它成为了地球温度的主要影响因素之一,简单来说,地球上二氧化碳浓度上升,全球平均气温也跟着升高;如果二氧化碳浓度降低,全球平均气温也跟着降低。但全球平均温度的变化远非只是上升下降这么简单,它带来一系列复杂混沌的过程,一些地区可能变得更加干旱,另一些地区可能变得洪涝和气象灾害频繁,病虫害变得更加难以抑制,农业生产也将大受影响。

温室效应 | Robert A. Rohde / Wikimedia Commons

这也是科学家们极度关注大气中二氧化碳浓度的原因:人类的生存和发展需要稳定的气候条件,二氧化碳含量的稳定非常重要。然而,在过去20年的监测中,二氧化碳的浓度几乎在每一年都攀升上一个新的台阶,最近达到了420ppm,根据模型估计,这也是过去450万以来最高的,各地的夏季气温也频繁刷新纪录。

这些多出来的二氧化碳,大部分是过去人类活动导致的,发达国家对历史碳排负有主要责任,而新兴国家为了民生发展,未来势必可能将更多二氧化碳排入大气。忧虑使科学家们发声,有远见的政治家们推动国际合作与谈判,力争将二氧化碳浓度控制在一定范围内。

工厂以煤炭作为燃料 | cogdogblog / Wikimedia Commons

这将是艰难的博弈过程,特别是对于煤炭仍然占据能源主导地位的国家——根据英国石油公司发布的《BP世界能源统计年鉴》,在2020年,全球煤炭发电占比依然超过35%,其它如天然气占到大约25%,水电占16%,核电占10%,太阳能和风能等可再生能源占12%——在亚洲,煤炭的能源比例甚至更高,这意味着《格拉斯哥气候协议》的达成,对于印度等国的能源发展依然有着巨大的压力,时至今日纷争未止。

煤——生命的终结循环

这些吸引世界目光、数度改变现代人类世界的煤,究竟从何而来?

一切大变化都会在地层中留下痕迹,这是发生在3.5亿年前的另一个古老的故事。

地球上最早的森林诞生于植物登陆之后的泥盆纪。最初的陆生植物没有什么支撑结构,部分植物能够合成有一定强度的纤维素,但大多数植物依然低矮并贴近水边而不至于干渴而死。

数千万年之后,植物细胞中演化出了一条生化通路,产生了一种地球上从未出现过的物质——木质素。这些木质素分子由多个苯环构成,被植物堆积在细胞周围,相互勾连挤压,形成了地球上最早的木材。坚硬的木质素对于植物最主要的功能是支撑,然后是形成输导组织运输水分和营养,植物体也因此能够长得高大。进化出这一途径的植物能获得更充分的光照、生活在更干旱的环境,迅速取代了周围低矮的生命,后代变得更加高大——在3.5亿年前的这场“内卷”中,也许是地质历史上最壮阔的森林诞生了。

英国煤层里发现的昆虫翅膀化石 | Herbert Bolton / Biodiversity Heritage Library

它们和今天的森林树木组成完全不同,而与今天的石松类以及蕨类中的木贼类关系较近,古植物学家们根据残存的化石印痕,为它们取了芦木(Calamites)、封印木(Sigillaria)、鳞木(Lepidodendron)之类的名字。虽然今天的石松、木贼类植物大多高不过几十厘米,它们的古代亲戚却轻松达到三四十米高,这就是石炭纪的雨林。在这一时期,森林的光合作用让地球氧含量一度超过30%,高浓度的氧气也让同时期的昆虫体型远比今天要大,雨林中游弋着盈尺的巨脉蜻蜓。

但这一壮观雨林的溃灭,也许来自于雨林本身。木质素对于当时的地球生命来说过于前卫了,在高大森林产生的最初时间里,地球上作为分解者的真菌,很可能还没产生能够分解它们的酶。

描绘石炭纪石炭森林景观的蚀刻版画 | Bibliographisches Institut – Meyers Konversationslexikon

这是条可怕的单行道,越来越多的碳被禁锢在植物死亡的躯体中,在数千万年的木质素堆积后,到了约3.05亿年前的石炭纪卡西莫夫期,地球上的二氧化碳降到了临界点之下。温室效应的减弱导致了全球以百万年计的降温,冰雪再次覆盖了全球大部分地区,大部分石炭纪森林消失了,这被称为“石炭纪雨林崩溃事件”(Carboniferous rainforest collapse)。

当真菌终于获得降解木质素的能力,碳元素以二氧化碳的形式回归到大气,地球恢复温暖,已经又是数百万年之后,大量的陆生植物、昆虫和两栖动物在这个过程中灭绝,而那些在真菌能够分解木质之前的树木躯壳,在地质变迁中成为了煤,又在3亿年后以另一种形式改变了地球面貌。

英国煤层里的植物化石绘图 | Internet Archive Book Images / Flickr

尽管近些年来石炭纪时期真菌微化石的发现对这个故事提供了更多版本的细节,但事实的确是在石炭-二叠纪之后,全球的真菌成为了降解森林木质素的主力,二叠纪之后的地层里,煤层不再像石炭纪那样广泛。石炭纪森林留下了煤,封存于地下,再终结于一个气候变冷的世界。

纵观整个地球生命的历史,这些现象却并不罕见。在37亿年前,部分地球生命最初的化合作用、光合作用或许都曾经剧烈改变过地球的大气组成,从而将所有地球生命一起拉入一个几乎万劫不复的境地,美国古生物学家彼得·沃德甚至创造一个“美狄亚假说”来反对英国学者詹姆斯·洛夫洛克在上世纪70年代提出的温情脉脉的“盖亚假说”——生命,很可能终结于生命。

1918年,一群煤矿工人围在化石树根旁 | J. Horgan, Jr. / nationalgeographic

因此,当我们开采煤层和其他化石燃料将二氧化碳再次释放到大气里,让人忍不住思考,这是否是地球生命新一轮的终结循环?

我只能相信,人类应该有更高的智慧来终结这一问题。

倒下的雨林,带来工业革命,也带来全球危机

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