藍　虹｜碳中和與地球生命的演進

《生态文化》雜志2022年第4期發表了藍虹撰寫的散文《碳中和與地球生命的演進》，本期公衆号選登這篇文章，以飨讀者。

碳中和

與地球生命的演進

藍　虹

一.

碳中和是地球生命的常态

碳中和目前已經成為大家關注的熱點問題了。朋友們聚會，本來是輕松的休閑，以往聊的，都是家長裡短的閑話，而今天，聊天的主題，竟然是碳中和。我其實本來也是做好了聊閑話的準備，比如，爆漿豆腐的三種做法，或者炫耀一下我新寫的散文和詩。沒想到，聚會的主題，竟然成了我的主場，大家都要我講講碳中和的故事。

朋友王新對我說，聽說碳中和就是淨零排放，也就是碳排放為零，感覺這是一個我們可以無限靠近卻無法達到的目标，我們可以努力減排，卻怎麼可能做到一點二氧化碳都不排放呢？

我說，碳中和是淨零排放的概念，但是，卻不是我們一點二氧化碳也不允許排放，而是要實現碳排放和碳吸納的平衡，是碳排放碳吸納平衡的淨零排放的碳循環。而且，實際上，地球生命存在和發展的曆史，就是碳平衡碳中和的曆史，如果碳平衡碳中和被打破，無論是碳排放大于碳吸納的巨大正碳排放狀态，還是碳吸納大于碳排放的巨大負碳排放狀态，地球生命生存都會遭遇極大災難，甚至導緻地球生物大滅絕，所以，碳中和才是地球生命生存的常态，碳排放大于碳吸納或者碳吸納大于碳排放才是地球生命曆史的異常狀态，必須調整回碳中和，不然就會威脅地球生命的可持續生存。

“地球生物大滅絕？”朋友娟子吃驚地問：“有這麼嚴重嗎？”我點點頭，說：“知道嗎，地球生命的起源和發展，都和碳平衡碳中和密切相關，所以，地球生命，又叫碳基生命。碳基生命就是以碳元素為有機物質基礎的生物。地球上所有的生物都是碳基生物，包括人類在内都是以碳和水為基礎。因為構成碳基生物的蛋白質，作為遺傳物質的嘌呤和嘧啶等物質都是碳烴衍生物，所以稱作碳基生物。碳基生命生存和延續的基礎就是碳中和，是自然界中碳循環的淨零排放。如果出現了任何打破這種平衡的非碳中和局面，時間和強度達到一定阈值，就會導緻地球生物大滅絕。”

看着大家吃驚和不解的表情，我說：“要理解碳中和對地球生命系統的重要性，就要追溯到地球生命的起源。約45億年前，地球還是一個圍繞着太陽旋轉的孤寂星球，沒有任何生命。因為不斷受到宇宙中其他天體隕石的撞擊轟炸，岩漿之海席卷整個地球表面，這時的地球，就像一個熊熊燃燒的火球。這種頻繁猛烈的天體撞擊産生了大量的二氧化碳，所以大氣中二氧化碳濃度非常高，更加劇了地球的熱度，當時地球溫度高達1200攝氏度。

娟子聽了，歪着腦袋疑惑地問：“為什麼大氣層中的二氧化碳濃度高了，就會加劇地球的熱度呢？”

我看了看娟子，娟子是醫生，望聞聽診都很細微，真是很能抓住關鍵問題。我說，娟子，你提的問題非常好，這正是為什麼碳中和是地球生命存在的基礎的關鍵原因。因為二氧化碳是一種溫室氣體，當其在大氣層時，可以捕捉和保存太陽的熱輻射和熱能，使其不能返回宇宙空間，這就好像給地球蓋了一層厚厚的棉被，這也叫做溫室效應。所以，在大氣層中保持合适和穩定的二氧化碳濃度就非常重要，如果大氣中二氧化碳濃度過高，就會導緻地球表面升溫，地球生命就會因為忍受不了過熱的溫度而無法很好地生存繁衍，當二氧化碳濃度持續升高，導緻地球表面溫度持續上升，到達一定阈值，就會導緻地球生物大滅絕。但如果大氣中二氧化碳濃度過低，就會導緻地球表面溫度降低，如果持續降低至一定阈值，地球生命也會受到嚴重威脅。

所以，碳中和是地球生命穩定存在和繁衍的基礎，因為，隻有實現地球碳循環平衡的碳中和，地球表面的溫度才能穩定，生命延續賴以存在的生态系統才能穩定。例如，金星大氣層二氧化碳濃度達到了96%以上，二氧化碳吸熱性非常強的特點，導緻了金星表面溫度非常高，高濃度的二氧化碳還像一床厚厚的棉被，導緻其熱量無法散發，表面的平均溫度高達480攝氏度，成為太陽系最熱的行星。金星就像地球的孿生姐妹，因為它的大小、質量和密度都與地球相近，而且大氣層也挺厚，但大氣層96%以上的二氧化碳濃度，導緻了金星的表面一片熾熱，任何生命都無法在這樣的高溫熾熱中生存。

另一個例子是火星，火星與太陽的距離和地球與太陽的距離相差不大 ，但火星上的大氣密度卻不到地球的1%，二氧化碳非常稀薄，起不到大氣層的保暖作用，導緻火星表面的溫度非常低，非常寒冷，平均氣溫為零下55攝氏度。在這樣寒冷的氣溫下，生命也是無法生存的，因為無法形成液态的水。隻有大氣層中二氧化碳的濃度合适，并且保持碳循環平衡，即碳中和，星球表面的溫度和生态系統才能穩定，适宜于生命的存在和繁衍。

“我們地球真是幸運，多虧有了合适的二氧化碳濃度”，大家圍攏着我說。我一看大家不知不覺被吸引了，就高興地繼續說，所以呀！我們要珍惜地球目前适宜生命生存和繁衍的生态系統，要盡快扭轉目前碳排放大于碳吸納的碳循環非平衡狀态，盡快實現碳中和，才能維持地球生态系統的穩定和地球生命的可持續生存。我們不能以一種理所當然的心态去面對大自然給予我們的生命的幸運，地球生命的産生和存在本身就是一種偶然和幸運，生命是脆弱的，長期碳循環失衡，就會導緻生命賴以存在的生态系統的不穩定，導緻碳基生命根基的動搖。

大家聽了，都沉默了，感受到碳中和的極度重要，也為人類的未來擔憂。我打破了沉默，說，我給大家講講地球是怎樣在碳循環平衡的碳中和環境下獲得生命的誕生和演進的吧。大家立即擡起了頭，很有興趣地聽。

二.

碳中和與藍細菌海洋生态時代

我看了看窗外的噴泉流水，說，地球誕生之後很長時間是有大量的天體撞擊事件的，導緻地球像燃燒的火球。随着地球逐漸處于穩定狀态，天體撞擊事件減少，地球表面溫度逐漸降低，大氣層中的二氧化碳逐漸回落地面，這時大氣層中的水蒸氣開始凝結為水滴，為地球帶來了延綿不斷的暴雨，雨水彙成的海洋誕生了。科學家通過研究發現，地球在41億年前下了一場長達幾百萬年的大雨，導緻了原始海洋的出現。

海洋是地球上最大的活躍碳彙，是二氧化碳吸收器，被稱為海洋碳庫。如果隻有海洋碳庫吸納大氣層的二氧化碳，大氣層的二氧化碳就會越來越少，無法達到碳中和。但大自然是神奇的，在形成海洋碳彙吸納能力的同時，因為漂浮其上的大洋闆塊和陸地闆塊的沖擊，導緻火山的爆發，而火山爆發在噴射出大量熾熱岩漿的同時，也噴射出了大量二氧化碳，并進入大氣層。

重返大氣的二氧化碳也不會無限增多，會重新被海洋吸納，還有一部分融入雨水中，成為酸雨，沖刷侵蝕地表岩石，并将剝落的礦物質帶入海底，生成碳酸鹽岩沉入海底。這種海洋、大氣、岩石圈之間二氧化碳的循環和轉化，形成了碳循環吸納和排放的碳平衡，這就是地球早期的碳中和循環系統，也被稱為無機碳循環。這個無機碳循環形成的碳中和系統，就像一個精巧的恒溫器，通過穩定大氣中的二氧化碳含量，使地球溫度維持在一個較穩定的溫度區間。

因為海洋吸納二氧化碳的能力，原始的海洋中逐漸生成豐富的含碳元素的有機物，例如氨基酸、糖類、核酸堿基等，這些富碳有機物在海洋不斷累積，借助海底火山所提供的熱能進行結合，逐漸形成蛋白質、碳水化合物、核酸等複雜的高分子有機物。約38億年前，這些富碳有機物聚合在一起，逐漸演變成細胞，以碳元素為核心的碳基生命就在地球上誕生了。約27億年前在海洋中出現的藍藻菌，又通過光合作用，開啟了有機碳循環平衡系統，形成了新的碳中和系統。

藍細菌是海洋生态系統的重要組成部分和海洋初級生産力的重要組成部分，也是地球生命的開路先鋒，它是一種單細胞的微生物，大小隻有幾微米，這種小小的生物，卻十分神奇，即使到現在，我們呼吸的氧氣有30%都是它們制造的，它曾經改變過地球，開創了地球的有氧時代，是地球最早的碳基生命。

地球無氧狀況在地質曆史上持續了20多億年，直到藍細菌的出現才得以改變。藍細菌含有光合片層、葉綠素和藻藍蛋白，可以利用太陽光将二氧化碳和水變成自身所需的養分，并釋放氧氣。藍細菌的光合作用發展，不僅創建了有機碳中和系統，還使整個地球大氣從無氧狀态發展到有氧狀态，從而孕育了一切好氧生物的進化和發展。但是藍細菌并不是一出現就立馬改變了大氣環境，它還需要經過漫長時間進化以适應地球環境和大量繁殖。大約在24億年前，藍細菌進入了生命發展的旺盛期，在全球海洋大量蔓延和繁殖。

我看大家靜靜地聽着，說的興趣就更高了。所謂成也蕭何敗也蕭何，藍細菌的大量繁殖，吸納了海水和大氣中大量的二氧化碳，釋放了大量的氧氣，這意味着大氣層中二氧化碳被大量吸納和消耗，但與此同時，排放進大氣層的二氧化碳卻在逐漸減少，這就導緻了碳循環的失衡和碳中和狀态的破壞。二氧化碳的排放主要靠火山爆發，随着地球作為天體在太陽系的穩定，其誕生之初的那種高頻率山崩地裂的撞擊和火山爆發在逐漸減少。随着火山爆發頻率的降低和藍細菌繁殖速度的加速，大氣中二氧化碳的吸納大于二氧化碳的排放，碳中和狀态被打破，大氣中二氧化碳濃度不再保持穩定，而是持續下降。地球失去了二氧化碳溫室效應的保護，這床包裹着地球的大棉被失去了，太陽的熱輻射和熱能來到地球後直接被反射回宇宙，幾乎沒有熱能可以保留在地球表面，這導緻了地球表面溫度的逐漸下降，地球進入了長達3億年的寒冷期，整個地球的溫度下降，冰川鎖住水，海平面降低，本來十分活躍的海洋生态系統遭受了毀滅性打擊，85%以上的海洋生物死亡。大家聽到這裡，情緒也跟着低沉了。

三.

碳中和與陸地蕨類植物的繁盛

我被大家的情緒感染，語速也慢了下來。繼續道，海洋生物的大量死亡，導緻地球光合作用幾乎停止，意味着大氣層吸納二氧化碳的能力逐漸減弱，而火山爆發釋放二氧化碳的排放行為還在照常進行。經過3億年的調整，新的碳平衡碳中和系統才逐漸形成，地球的地表溫度才逐漸回升并穩定，生命在新的碳中和系統中繼續演進，直至生命從海洋登上陸地，形成植物和動物，陸地生态系統的光合作用，又構成了新的碳中和系統。

我講到這，娟子笑着說，真是柳暗花明又一村。娟子的笑聲，一下感染了大家，紛紛催着我快些講。大約4.5億年前，由海洋藻類進化而來的苔藓、蕨類植物最早登上陸地。蕨類植物為了适應陸地上的生活，進化出了維管束。維管束像四通八達的管道一樣，向植物各個部位輸送水、礦物質以及由光合作用生産的有機物。另外，蕨類植物也進化出了功能各不相同的器官——根、莖、葉。一直以來荒蕪得隻有岩石的陸地，在蕨類植物的繁盛演進過程中，終于披上了綠衣。而且，蕨類植物枯萎了的莖等部位中的纖維素（多糖）為下一代的生長帶去養分的同時，也為細菌的繁殖做出了貢獻。

稍遲于植物，約4億年前，昆蟲類也登上了陸地。昆蟲因身體上長有氣門，也就是有用于呼吸的孔洞的特性，很快适應了在陸地上的生活。脊椎動物的登陸，是以淡水魚類的進化為開端的。河川等比海洋淺，障礙物也比在海洋中更多。有時，比起在水中遊動，爬行更便于移動，因此，淡水魚類的鳍便有必要像腳一樣發達有力。同時它們的皮膚、呼吸方式等，也為适應陸地生活而發生了進化。約3.5億年前，經曆過這一系列進化而誕生的兩栖動物，終于登上了陸地。

陸地生态系統的光合作用，是維系陸地碳基生命發展的關鍵，首先出現在森林，森林系統中的光合作用，吸納和保存了大量的碳，構成了碳吸納和碳排放的碳循環平衡和碳中和系統，形成了森林碳庫。

森林是由無數生物與各種非生命因子有機結合的整體，在3億年以前地球上便有了茂密的森林，是以木本蕨類為主形成的。森林中的植物，利用太陽能，吸納大氣中的二氧化碳，與水作用後，轉化成糖類等有機物和氧氣。植物的光合作用，也就是植物的生長過程，森林植物吸收的二氧化碳，在太陽光的推動下，與水結合，變成了粗壯的大樹。枝繁葉茂郁郁蔥蔥的樹葉，稚嫩的小草，盛開的鮮花，累累的果實，這些，給森林中的動物提供了養分和營養，轉化成了茁壯成長的小鹿、奔跑的野馬等草食動物。森林植物光合作用釋放的氧氣，還為這些森林動物提供了必要的呼吸支持。而肉食動物通過捕獵和食用這些食草動物，将食草動物從森林植物中獲取的碳基營養，轉化為其自身成長和維系生命需要的營養。

陸地的光合作用，使大氣中的二氧化碳，轉化為碳基生命的營養支撐，地球物種變得更加繁雜多樣。而動植物死後，微生物會将動植物屍體中的有機碳，分解成二氧化碳，重新回到大氣層，從而完成陸地生态系統碳吸納和碳釋放的平衡，形成新的碳中和系統。缤紛多彩的生物多樣性世界，就是根基于這個新形成的碳中和系統，碳基生命在新的碳中和系統中得到了更大發展。

四.

碳中和與恐龍世紀

恐龍的誕生和滅絕，都與碳中和息息相關呢。恐龍是上一任地球霸主，大家立即激起了興趣，都期待地看着我，等着我講解。我說，地質研究顯示，在過去5億年的時間裡，地球的碳循環平衡和碳中和狀态曾經遭受到五次嚴重的破壞，其中就包括大約6500萬年前的小行星撞擊地球事件，這次事件很多人都知道，因為它導緻了地球恐龍的滅絕。

恐龍是生活在距今大約2.4億至6500萬年前的陸生動物，屬于陸生爬行動物，曾經支配地球陸地超過1.6億年。6500萬年前，有一顆直徑大約160公裡的小行星撞擊了地球，一下在大氣中釋放出了約1400吉噸的二氧化碳（1吉噸等于10億噸），大氣層的二氧化碳濃度劇烈上升；與此同時，因為猛烈撞擊導緻大量的氣體和灰塵進入大氣層，以至于陽光不能穿透，地球一片昏暗，森林植物和海洋藻類都無法進行光合作用，無法吸納大氣層猛烈劇增的二氧化碳。大氣層的碳循環平衡和碳中和狀态被破壞，地球被突然裹上了極其厚重的被子，大氣層高濃度的二氧化碳捕捉和吸納了大量太陽熱輻射和熱能，使其不能返回宇宙，地球上的氣候發生了異常的變化，溫度急劇升高。

行星猛烈撞擊地球帶來的濃厚黑雲，使地球光合作用停止，植物不能從陽光中獲得能量，海洋中的藻類和成片的森林逐漸死亡，食物鍊的基礎環節被破壞，大批的動物因饑餓而死。除了恐龍，當時地球上大約80%的生物，包括滄龍科、蛇頸龍目、翼龍目、菊石亞綱以及多種植物與無脊椎動物，都因為這次事件導緻的碳循環失衡和碳中和狀态的破壞而滅絕。這是地質年代中最嚴重的生物集體滅絕事件。

恐龍的滅絕告訴我們，碳基生命是脆弱的，碳循環平衡和碳中和狀态的維系對碳基生命的存在和繁衍發展是至關重要的。當地球上碳中和狀态被破壞，無論是濃度過高還是過低，都會影響地球氣候劇變，導緻地表溫度過熱或者過于寒冷，地球上的植物都将因為生存環境的劇變而難以生存，更不用說進行穩定的光合作用，地球的有機碳循環從源頭就會遭受嚴重破壞，動物不僅會因為碳循環中斷，造成食物鍊的斷裂因饑餓而死，還會導緻各種身體機能的長期破壞和改變，生态系統也随之走向崩潰。

恐龍滅絕後，經過30多萬年的地球生态自我修複，主要依靠無機碳循環中二氧化碳融入雨水和海洋，形成碳酸鹽岩沉入海底，大氣中二氧化碳濃度逐漸降低。大氣層因為行星劇烈撞擊導緻的大量塵埃也慢慢回落地面，濃厚黑雲逐漸散去，海洋藻類和陸地幸存的植物重新開始光合作用，也加速了大氣層中二氧化碳的吸納，從而形成了新的碳循環平衡和碳中和狀态，地球碳基生命得以複蘇，并進入新的發展階段，哺乳動物開始成為地球新的主宰，人類在恐龍滅絕之後，成為新的地球霸主。

但是，傳統工業革命導緻的化石能源大量燃燒，人類現在又面臨二氧化碳濃度急劇上升，碳中和被打破，危及地球安全。

聽我講到這兒，大家紛紛說：“藍教授，聽您這麼講解碳中和，我們懂了。”大家開始讨論怎麼才能減少碳排放，實現碳中和，保護好我們的地球家園。

藍虹：女，畲族，美國紐約大學博士後，中國人民大學環境學院教授、博士生導師。2017—2020年挂職擔任貴州貴安新區綠色金融管委會主任。中國環境科學學會綠色金融分會副主任、中國環保産業協會綠色金融專業委員會副主任，聯合國環境規劃署可持續金融行動機構高級學術顧問，世界銀行、亞洲開發銀行綠色金融專家。被評為“2015年度中國人文社科最具影響力青年學者”。出版了《綠色金融理論體系與創新實踐》系列專著，共7本。出版了散文集《山有木兮木有枝》。

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審核：曹靖

排版：董哲