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编者按：本文作者罗伯特·B·劳克林（Robert B. Laughlin）是美国斯坦福大学物理学教授，1998年诺贝尔物理学奖的共同获得者。本文编译自其关于能源危机的新书Powering the Future。值得注意的是，劳克林对气候变化持怀疑态度，这与当今主流环境学者以及大多数科学家的的看法相左，本文观点仅供参考。
每当讨论地球的气候与能源前景之时，首先都要回溯一下地质年代，这看似矛盾，其实并非如此。正由于对地球的认识存在误区，我们现在才会对未来感到迷惘。如何区分现实与谜团，专家们也束手无策，只能例行公事般地谈论过去、预测未来。备受尊崇的科学家们警告人们能源短缺迫在眉睫，化石燃料行将枯竭；华尔街的高管们将科学家的预测斥之为离奇的神话，呼吁加大能源开采力度。环保主义者直言地球毁灭的罪魁祸首将是煤、石油与天然气；经济学家则无视他们，称地球面临的危险是无煤、石油和天然气可烧。地质研究人员通报最新的发现，揭秘几百万年之前的地球是什么样的；神创论的研究人员也公布他们的最新研究成果，说几百万年前地球根本就不存在。在这一片混乱中保持清醒的唯一途径是从基础知识中寻找支持，然后自己决定该相信什么，不该相信什么。 地质年代是一个相当宽泛的概念，为了厘清头绪，我们需要将其转换为更加具体一些的内容。我喜欢举降水量的例子。 ○全球每年的总降水量大约有1米，相当于一只金毛猎犬的高度。 ○自从工业革命以来，全球的总降水量大约是200米，相当于美国胡佛水坝的高度。 ○如果从摩西时代（公元前十三世纪）开始算，全球的总降水量足够灌满全世界的海洋。 ○将起点推至冰河时代，全球的总降水量足以4次灌满全世界的海洋。 ○若从恐龙灭绝开始算，全球的总降水量足够灌满全世界的海洋2万次，是地球体积的3倍。 ○再向前推，从煤炭形成的年代算起，全球的总降水量足够灌满15个地球。 ○前推到氧气出现之时算起，全球的总降水量相当于100个地球那么大。 常识告诉我们，毁掉这么古老的星球，想起来很容易办起来难。地球经历了大规模的火山爆发、洪水、流星撞击、造山运动以及其它各种形式的剧烈活动，这些都比人类对自然界的影响力要大得多，但地球依旧岿然转动。它算是一个幸存者。我们无法准确地知道地球是怎样从这些灾难中恢复过来的，因为岩石并未告诉我们太多信息，但我们知道地球确实恢复过来了——证据就是我们人类还在地球上生活。 气候或许在变暖，但是地球不在乎 不管怎样，如今许多有责任感的人都在关心地球遭受的损害。人类燃烧化石燃料产生的二氧化碳正以可怕的速度在大气层中积聚，一个世纪之内二氧化碳浓度就会翻一番。这种积聚现象可能会把地球的平均温度提高几摄氏度，足以影响气候并加速两极冰盖的融化。各国政府对这种前景已经变得非常警觉，都在大张旗鼓地采取对策让气候变暖减速，尽管往往收效甚微。这些行动包括通过立法确认碳排放上限（carbon caps）、为碳封存理论（carbon sequestration）研究提供资金支持、资助替代能源技术的研发，以及签署国际条约，以便平衡国与国之间的经济代价。 不幸的是，人类与地球之间的关注并不是相互的。按照时间的进程来看，地球可不关心什么政府、立法；它也不关心你是否会关掉空调、冰箱和电视。它不会注意到你关小了温控器，或是开着一辆混合动力汽车。这些行动只不过是把痛苦再多延续几个世纪而已。在地球的“眼里”，这就是转瞬之间的事，而最终的结果都是一样的：原先埋在地下的化石燃料都跑到了空气中，没剩下什么可以燃烧的东西了。地球计划花上大约1000年的时间，将大部分二氧化碳溶解回海洋中，从而使空气中的二氧化碳浓度达到比今天略高的水平。再经过几万年，也许几十万年，地球将缓慢地把过量的二氧化碳转化为岩石，最终使海洋中和空气中的二氧化碳浓度恢复到人类出现之前的水平。从人类的视角来看，这个过程可以算是杳无尽头了，但放在地质年代中则是一眨眼的功夫。 当然，上述二氧化碳演变过程在某些细节上还比较模糊。既然是预测，那么肯定是主观想象或计算出来的结果，我们只有借助人们已经认定的基本事实与科学原理。人类排出的二氧化碳被海洋吸收的时间长短取决于海洋中表层水与深层水的混合程度。而在达到平衡之后，残留在大气中的二氧化碳量则取决于计算模型假定的工业燃烧量。没有人可以准确地算出过量的二氧化碳转变成石灰石并消失在岩石中需要花多长时间，甚至人们对其中涉及的某些化学变化都未真正搞清楚。有一种看法认为，在人类出现之前，某种未知的地质调整过程已经把地球上的二氧化碳锁定在某个浓度范围之内了，几百万年以来一直就是这样。但大多数模型（甚至一些很悲观的模型）都显示，在一个千年期内，二氧化碳浓度将出现剧烈的波动，之后地球将慢慢地变回到像史前一样极度寒冷的状态。 预测全球变暖还面临着深层次的困难：目前的气象观测中根本无法找到大量全球变暖的证据。理论上讲，气候变化应当会在降水量、飓风产生的频率、气温等方面反映出来，但在实际上却不是这样。因为气候模式受到海洋中持续数年的大规模气候现象控制，比如与气候变化无关的厄尔尼诺南方涛动（El Ni?o Southern Oscillation）和北太平洋环流系统震荡（North Pacific Gyre Oscillation）。为了验证“全球变暖”之说，我们还必须将上述影响因素剔除出去，研究以世纪为最小时间单位的微妙变化，但没人知道该如何下手。
人类的破坏力在生物多样性 毋庸置疑，如果把生物多样性遭到的破坏也算在内，人类确实会对地质年代造成持续的损害。相当多的证据表明，人类正在一手导演生物学家所说的“第六次物种大灭绝”（sixth mass extinction）。许多人认为，目前人类活动造成的损失可以和第五次物种大灭绝（即恐龙的灭绝）相提并论。与二氧化碳过量不同，物种灭绝是不可逆的。恐龙灭绝后，虽然气候状况的改善让自然界得到了一定程度的修复，地球却无法令它们重生。地球上的物质活动仍将继续下去，但肯定是“物是人非”了。 我们不能把物种灭绝的责任都推给二氧化碳。这里有几个确实可以怪罪二氧化碳的例子，最明显的是珊瑚，珊瑚可能对表层海水的酸性特别敏感；还有就是两栖动物锐减的原因仍未确定。但除了这几个孤立案例之外，让碳基燃料在地下再深埋一段时间也并不会在减少生物多样性的损失。真正的问题在于人口压力——过度捕获、栖息地破坏、滥用杀虫剂、物种入侵等。若想要放缓因人类活动引起的物种灭绝步伐，需要大量减少世界人口数量，不过这不太可能实现。 被遗忘的简单事实 不能因为人口、气候和碳使用量等问题很敏感，我们就放弃对此作出判断。如果我们放弃，就会一直困惑下去。在讨论未来之时，也许是因为科学伦理不允许将推论与事实相混淆，地球科学家们会倾向于极端保守主义。他们通过各种方式竭力证明地球正在变暖、海洋正在酸化、化石燃料即将枯竭，尽管这些现象从地质年代来看是不证自明的。这些结果令人沮丧，虽然堆积了数据越来越多，但却越来越难以让人理解。在这种情形下，如果事实很简单，我们就应当尊重事实，只有这样我们才能走出重重迷雾。 海洋储存二氧化碳的巨大能力就是一个简单的事实，在这一点上我们要有信心。上初中时我们应当做过这个科学实验：把一杯蒸馏水在实验台上放一晚，转天水就出现弱酸性，这是吸收了空气中二氧化碳的缘故。仅凭这种效应不能吸纳更多的碳，大部分二氧化碳依然存在于空气中。但如果模拟海底的碳酸岩环境，把一块石灰石扔到水里，你会发现第二天早上水呈弱碱性。此时溶在水中的碳含量扩大了60倍。取样品分析一下碳的来源，你会发现一半来自石灰岩，另一半来自空气。这都是拜碳酸氢盐的基本化学变化所赐。你还会发现这杯水的碱度与海水的碱度是接近的，其二氧化碳的承载能力也和海水一样。海水中的碳含量是大气中碳含量的40倍，总量有30万亿吨，是全球煤炭储量中碳含量的30倍。
地球究竟有多老？ 地质年代的测定方法并不复杂，也值得信赖，但不是每个人都赞同这种评估方法。地质年代同某些宗教信仰肯定是相互抵触的，更重要的是：尽管测定方法简单，但这些内容对普通民众来讲，都是模模糊糊、乏味无聊的。如果你去超市和收银员谈论有关古生代、放射性或者巨型古代动物消失的话题，她肯定会报之以微笑，并把你当成疯子从超市里轰出来。 仅靠常识去估算地质年代有些困难，也很粗略。上世纪60年代之后，岩石的放射性定年法被广泛使用。这种现代方法技术高深、设备复杂，但从概念上讲却很简单。实验过程如下：把一块高尔夫球大小的岩石放在真空箱内。将岩石熔化，把所有排出的气体收集起来，测定气体中包含的氩元素的总质量。然后将同样的一块岩石放在酸液中溶解，通过非常简单的湿化学法操作，测定溶液中包含的钾元素的总质量。两种质量的比率再乘以某个系数即可得到岩石的年龄。这种物理学测定方法的依据是：在几乎所有岩石中都可以找到钾的踪迹，而钾带有微弱的放射性，可以衰变成化学惰性元素氩。当岩石非常热，特别是熔化成火山熔岩的时候，氩很容易从岩石中逸散出来，但会被其他物质捕获。常见的火山岩在凝固的时候不含有氩元素。因此从此刻起，岩石中含有的氩元素的质量便与发生衰变的钾原子建立起对应关系，逝去的时间便可以据此计算出来了。 随便捡块岩石就发现它有几百、几千万年的地质年龄，这听起来不可思议，但实际上非常常见。《物种起源》第一版上有个特别著名的例子：威尔德岩层是伦敦东南部的一个地质构造区域。在书中，达尔文借助侵蚀理论估计这处岩层的地质年龄有3亿年。在当时是不可能使用放射性定年法校核这个估计值的，第二版中他将估计值减小了一半，而到了第三版时，达尔文干脆把相关内容全部删去了。不过从概念上讲，他的论证是正确的，而且估计值本身也接近准确值。威尔德岩层的年龄大约是1.2亿年，正负误差1000万年。这是英格兰一处非常有趣的地方，它既是黑斯廷斯战役打响的地方，也是板球的发祥地，还是最早发现恐龙化石的地方。 世界上最古老的岩石不在英国，而是在受到冰河时代冰川强烈作用的地区，比如格陵兰、加拿大北部地区和芬兰北部地区。在这些地方，冰川将上层沉积岩全部磨去，使下面的原始岩石裸露出来。对这些岩石进行放射性定年法测定显示，它们的年龄都超过了英国岩石的地质记录，并再向前推了40亿年。这些最古老的岩石年龄与陨石和月岩的年龄吻合，暗示这就是地球诞生的时间。地球的年龄对有关能源的讨论并不重要，但可以帮助确立全部地质年代的跨度。
起起伏伏的冰河时代 在过往的地质年代内，各块大陆上下位移的距离很大，但海平面高度并未像山体那样剧烈地上下波动。有证据显示，在最近的6亿年里，海洋沉积物是连续累积的。我们可以根据留在岩石中的线索估算在过去的地质年代中海平面的高度。地球上的水量并未随着地质年代的更迭发生明显的变化，同时海平面的涨落主要是受到极地冰盖（polar ice sheets）的消长和海盆容积缓慢变化的影响。海平面的历史复杂有趣，但与现在海平面高度的偏差从未超过200米。 在最近的100万年里，冰川作用使得海平面起伏特别活跃。在海洋沉积层中，氧同位素比值（oxygen isotope ratio）随着岩层深度的变化波动极大。这些比值可以间接测量沉积过程中锁定在冰川冰层内的水量。从沉积记录看，历史上共发生了9次大的冰河时期。每一次都会让海平面降低50多米，随后会突然恢复到目前的水位。至少有4次冰河时期使海平面下降幅度超过100米。其中最近的一次，海平面降低了120多米。海平面的降低幅度与珊瑚礁的抬高幅度是相互印证的。由于珊瑚只能生活在浅水区域，所以通过珊瑚礁就可以看到某海域相对抬升的变化。海平面的降低也与人类用冰量的估计值保持一致。比如长岛、南塔吉特岛和大湖区等地存在工业化取冰活动，总量达到5000万亿立方千米。 冰河时期是自然界气候变化非常壮观的例子，它每隔10万年发生一次，而且每次都表现出同样奇怪的、缓慢而稳定的冷却模式，之后再突然回暖，恢复到与今天类似的气候状况。对冰川消退后残留的木质残骸进行的放射性碳年龄交叉测定结果显示，最近一次冰川融化发生在1.5万年前，且融化速度很快。在1万年里，海平面每年上涨幅度超过1厘米，然后就停止了。冰川继续融化需要的热量是目前人类文明能量消耗量的10倍，总的融水流量相当于两条亚马逊河，或全世界河流总泄流量的一半。 冰河时期并非是自然界气候变化的唯一例证。600万年前，地中海是干涸的；9000万年前，短吻鳄和乌龟还在横行北极圈；1.5亿年前，海水淹没了北美大陆的中部地区，使之成为恐龙的坟场；3亿年前，大火将欧洲大陆北部地区变成荒漠，南极洲形成了煤；在大约100或200万年前，也就是大冰河时期之前，还经历了了大约30次规模较小的冰河时期。 地质年代的启示 没人知道远古时代为什么会发生这些剧烈的气候变化。比较流行的解释包括：其它行星对地球轨道的扰动、洋流发生紊乱、温室气体浓度的波动、雪带来的热反射、大陆漂移、彗星撞击地球、大洪水、火山以及太阳辐照度产生了缓慢变化等。不过迄今为止，还没有有力的科学证据来支持上述解释。唯一可以确认的是，上述自然界的变化并没有人类参与。在冰河时期，小规模的人类活动不足以产生影响力，而在冰河时期之前根本就没有人类活动。 现在我们知道了地质记录的启示：气候比能源的影响更深刻。能源问题是对人类创造力的考验，随着时间的推移，这个问题会日益凸显。气候变化则与此相反，气候变化是与地质年代有关的问题，地球用不着征求任何人的同意，也不用做自我辩解，它只会按照自己的规律行事。地球在其行动计划中，并未准备给人类文明带来什么潜在的灾难。人类活动的影响力的大小，远远谈不上要为破坏地球的气候负责，一旦地球做出了什么可怕的决定，人类甚至都无法预防。比如说，如果地球决定再次冰封加拿大，除了把在加拿大的房子卖掉之外，很难想象你还有什么扭转乾坤的办法；如果地球准备融化格陵兰冰原，那你最好把孟加拉的房子卖掉，因为上涨的海水肯定会让你的小窝葬身水底的。地质记录提示我们，在为能源前景绞尽脑汁的时候，不必过于关心气候状况，不是因为它无足轻重，而是因为我们根本无能为力。 |
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