植物光合作用，把空氣中的二氧化碳、水等生產(chǎn)了糖、淀粉、纖維素、木質(zhì)素。糖和淀粉在自然界極易分解，營(yíng)養(yǎng)豐富，養(yǎng)活了無(wú)數(shù)的動(dòng)物和微生物。而纖維素和木質(zhì)素，尤其是木質(zhì)素是極難分解的有機(jī)質(zhì)，對(duì)動(dòng)物來(lái)說(shuō)，他們就是無(wú)用的“廢物”。如果真的認(rèn)為它們是廢物，那就大錯(cuò)特錯(cuò)了，因?yàn)樗鼈兪翘烊坏慕ㄖ牧希诠糯耸^，竹材和木材大概是原始人類僅能利用的勞動(dòng)工具和建筑材料了?，F(xiàn)代人類還知道，植物生產(chǎn)的大量木質(zhì)素，截獲了大量的太陽(yáng)能，以有機(jī)碳的形式存在于大自然，是一座取之不盡的天然能源寶藏。
在18世紀(jì)，大量埋藏了幾千萬(wàn)年甚至幾億年、壓變了形的木質(zhì)素——煤，終于被人們開(kāi)采出來(lái)。它先是被大量用作燃料和冶煉鋼鐵的原料，由此在英國(guó)催生了第一次工業(yè)革命，把人類社會(huì)從農(nóng)業(yè)時(shí)代帶進(jìn)了工業(yè)時(shí)代。到了19世紀(jì)，它又成為重要的化工原料，支撐起了煤化工這樣一個(gè)龐大的體系。進(jìn)入20世紀(jì)，隨著人類對(duì)電力的需求不斷增長(zhǎng)，它還成為火力發(fā)電廠的重要燃料，把蘊(yùn)含在其中的能量源源不斷地轉(zhuǎn)化為電能。即使我們?nèi)祟惱^化石能源后又開(kāi)發(fā)出了風(fēng)能、水能、潮汐能、太陽(yáng)能、核能等新型能源，但在未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，我們?nèi)匀粩[脫不了對(duì)煤的依賴。就這樣人類對(duì)煤、石油、天然氣等生物成因的“化石燃料”的利用，為碳元素在地球上的往復(fù)流動(dòng)增加了一個(gè)額外的環(huán)節(jié)。
在人類開(kāi)發(fā)化石能源之前，生物碳原來(lái)是這樣循環(huán)流動(dòng)的：每年，空氣中都有很多二氧化碳被陸地上和海里的光合生物利用，固定在生物質(zhì)中；同時(shí)各種生物通過(guò)呼吸作用和分解生物質(zhì)，再釋放出大量的二氧化碳。在這些生物過(guò)程發(fā)生的時(shí)候，無(wú)論是陸地上還是海洋中，又有小部分碳被土壤和深海沉積物攫取，最后緊鎖在地層深處。與此同時(shí)，一部分幾千萬(wàn)年前就已經(jīng)鎖在地層深處的碳，則因?yàn)槭艿降責(zé)岬暮婵?，重新通過(guò)火山活動(dòng)逸出到大氣中。地球生態(tài)圈之所以能夠長(zhǎng)期維持穩(wěn)定的狀態(tài)，在很大程度上就是因?yàn)檫@些碳循環(huán)步驟形成了精密的調(diào)節(jié)機(jī)制，對(duì)空氣中的二氧化碳濃度實(shí)施了精準(zhǔn)調(diào)控。
但是現(xiàn)在，人類大量燃燒化石燃料，把長(zhǎng)期禁閉在地底的碳提前放了出來(lái)，結(jié)果導(dǎo)致空氣中的二氧化碳含量在很短的時(shí)間內(nèi)（相對(duì)于動(dòng)輒上百萬(wàn)年的地質(zhì)年代而言）就迅速增加，加上大量森林被砍伐，大氣中應(yīng)被森林吸收的二氧化碳沒(méi)有被吸收固定，從而引發(fā)了棘手的氣候變化問(wèn)題。
原來(lái)人們?cè)诜贌剂系倪^(guò)程中產(chǎn)生的大量二氧化碳，是典型的溫室氣體（除了二氧化碳，溫室氣體還包括甲烷、氟利昂、臭氧、氧化亞氮等），這些溫室氣體對(duì)來(lái)自太陽(yáng)輻射的短波光具有高度透過(guò)性，讓太陽(yáng)光直接到達(dá)地球，而對(duì)地球發(fā)射出來(lái)的長(zhǎng)波輻射具有高度吸收性，能強(qiáng)烈吸收地面輻射中的紅外線，導(dǎo)致地球表面溫度上升，形成溫室效應(yīng)。隨著溫室氣體的劇增，加快全球氣候變暖。而全球變暖的結(jié)果又會(huì)使全球降水量重新分配、冰川和凍土消融、海平面上升等，打破了原有的自然生態(tài)平衡，對(duì)人類的生存構(gòu)成了威脅。
據(jù)分析，在過(guò)去二百年中，由于人類工業(yè)化發(fā)展，二氧化碳濃度增加25％，地球平均氣溫上升0.5℃。而近十年來(lái)二氧化碳濃度就增加了將近30%，估計(jì)到下個(gè)世紀(jì)中葉，地球表面平均溫度將上升1.5－4.5℃，而在中高緯度地區(qū)溫度上升更多。有人預(yù)測(cè)，由于“熱慣性”的存在，即使本世紀(jì)中人類不向大氣排放任何溫室氣體，到2100年全球平均氣溫也將至少升高0.5攝氏度，海平面將上升10厘米以上，其中海平面上升的速度比科學(xué)家早先的預(yù)測(cè)值高了一倍多。
但也有專家說(shuō)，溫室效應(yīng)也并非全是壞事。因?yàn)樽詈涞母呔暥鹊貐^(qū)增溫最大，因而農(nóng)業(yè)區(qū)將向極地大幅度推進(jìn)。二氧化碳增加也有利于植物光合作用而直接提高有機(jī)物產(chǎn)量。當(dāng)然持這種觀點(diǎn)的人只是極少數(shù)。人們最大的擔(dān)憂還是冰山的融化、城市的淹沒(méi)！
如今，為了減少對(duì)石化能源的依賴，減少碳排放，人類正大力開(kāi)發(fā)各種新型能源，特別是發(fā)展光伏產(chǎn)業(yè)，把太陽(yáng)能直接存在了電池里。加大對(duì)森林資源的保護(hù)，提高森林吸收二氧化碳的固碳能力。開(kāi)發(fā)生物質(zhì)能源也是當(dāng)今熱門(mén)研究領(lǐng)域。培育高含油量的油料作物，或直接把玉米淀粉轉(zhuǎn)變成生物質(zhì)柴油，雖然這條路比較便捷，但生產(chǎn)成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于石化能源，而且與糧田爭(zhēng)土地，與人類爭(zhēng)口糧。很多實(shí)驗(yàn)室和公司還試圖利用自然界中豐富的纖維素和木質(zhì)素資源，包括農(nóng)作物秸稈，用盡可能便宜的方式把它們轉(zhuǎn)化為燃油。但到目前為止，大部分此類研究仍然處于實(shí)驗(yàn)階段。
不過(guò)，碳循環(huán)失衡的問(wèn)題也只是人類的煩惱。對(duì)地球來(lái)說(shuō)，四十多億年來(lái)，碳一直就在它的深處和表面之間進(jìn)行反復(fù)流動(dòng)，循環(huán)不息，無(wú)非是在不同時(shí)期有不同的循環(huán)方式，尋找新的平衡點(diǎn)罷了。對(duì)植物來(lái)說(shuō)，不管環(huán)境如何變化，它們都會(huì)繼續(xù)努力進(jìn)行光合作用，捕捉二氧化碳，把空氣中上千億噸的碳利用起來(lái)，把其中的40％轉(zhuǎn)化為糖和淀粉，40％轉(zhuǎn)化為纖維素，把20％轉(zhuǎn)化為木質(zhì)素。
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