科学的探索温室气体排放问题

文/水博

　　全球温室气体排放导致的温度升高正在使全世界面临的严峻挑战。国际上已经为解决这一问题制定了《京都议定书》，希望各个国家通过减少燃烧化石矿物能源的方式，来减少全世界温室气体的排放。然而，最近以来，一些科学工作者似乎对《京都议定书》认定的温室气体排放的根源产生了怀疑。有人频频的宣称已经发现了新的、更大温室气体排放源。

　　例如，一份最新的联合国粮农组织的报告显示，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％。这甚至超越了人类交通工具，如汽车、飞机等的二氧化碳排放量。这份长达400页的报告题为《牲畜的巨大阴影：环境问题与选择》。报告也研究了其他牲畜，如羊、鸡、猪等造成的环境污染程度，但结论是，数量迅速增加的牛对环境影响最大。我国政府对此报告的反应不大，只是强调中国的养牛场并没有发现过多的温室气体排放。

　　另有一则来自世界著名的《自然》杂志的“水力发电：温室气体的元凶？”的消息说“水力发电站长期以来被视为清洁能源。但是科学家警告说，热带水库所释放的温室气体可能多于使用化石燃料的发电厂。巴西国立亚马逊研究所（位于马瑙斯）的自然保护生物学家Philip Fearnside证明了一座热带水库在开始运作的头10年里所释放的碳是一座化石燃料电站的4倍”。

　　还有一位中山大学的陈镇东教授，在最近发表的《东南亚陆地及海洋的碳循环研究》称“三峡大坝将引发严重温室效应，长江水冬天形成有毒赤潮，影响面延伸至台湾海峡。陈镇东研究指出，以三峡大坝的水库规模，比目前东南亚所有的水库加起来都大，因此排放出的温室气体量可能引起严重的温室效应。”研究指出“河流也会排放二氧化碳到空中，当河水蓄积在水库中，深水内缺乏氧气，有机质就会分解出甲烷、以及氧化亚氮等气体。而且，水力发电绝非干净能源，温室气体排放量比火力发电厂还高。”

　　宣布这些温室气体元凶新发现的，虽然有些人是颇具权威的专家、著名机构或者刊物，但是，我们仍不难发现这些学者研究方向确有一些问题。要知道温室气体排本身决不是什么罪过，它放是地球生态平衡所必需的正常的现象。所有的动植物都是由碳水化合物构成，动物吸收氧气放出二氧化碳，植物在光合作用下将二氧化碳还原成氧气。这种二氧化碳与氧气之间的碳循环，是地球生态系统中生命现象的重要特征。每时每刻地球上的各种动、植物都在生长的过程中，进行着碳元素的吸收和排放。

　　在地球日常既进行的碳循环中，森林的覆盖率会对空气中的二氧化碳浓度有较大影响。森林中的树木在生长过程中，不仅有将大量的二氧化碳转换为氧气的光合作用，而且其树干、根系本身和周围的土壤中也会保持大量的有机碳。因此，研究发现森林是地球碳循环中巨大的碳存储源。森林的覆盖率对地球二氧化碳浓度有较大的影响。然而，由于受到人类人口膨胀对土地的需求影响，想让全球森林覆盖率的大幅提高几乎是没有可能的。同时由于人类环保意识的提高和对森林作用的重视，虽然世界的局部地区的森林覆盖率可能会有所减少，但是，总体的变化的幅度也不会太大，目前尚不足以构成对整个世界碳循环的巨大威胁。

　　除此之外，各种动植物体本身都是碳元素的载体。在人类出现以前的远古时代，由于没有火的使用，所有动植物死亡之后的躯体最终都被埋藏于地下，形成了现在大量沉积在地壳中的煤炭和石油。经过数亿年的演变，地下沉积的碳元素（煤炭和石油）越来越多，而直接参与日常大气循环的碳元素变得越来越少。随着地球空气中的二氧化碳浓度逐渐减少，最后也就形成了近代适应我们人类生存的气候水平。

　　在人类的工业化之前，人们还没有能力大规模的开采煤炭、石油。因此，人类活动对地球碳循环的影响是极其有限的。但是，当我们学会了开采利用煤炭、石油这些矿物化石能源之后，现代社会对能源的巨大需求，导致大量的化石能源被燃烧。燃烧不断产生出二氧化碳和其它温室气体，使得原来沉积在地下的碳元素，大量的被释放到空气中去。按照目前世界能源的开采、消耗速度，几乎没有一种矿物化石能源储量还能够让人类再使用200年。也就是说，在最近这几百年的时间内，我们几乎要开采出了数亿年来积累在地下的全部化石能源，释放出了埋藏于地下的绝大部分的碳元素。这必然会导致地球大气中的二氧化碳等温室气体含量急剧升高，带来强烈的温室效应，可能会产生温度增高、冰山融化、海水上涨、淹没大陆、气候环境变化异常等一系列可怕的后果。

　　因此，快速的、过量的释放了埋藏于地下的化石能源，就是地球温室气体排放问题的本质所在。这是唯一一种能够让整个地球在较短的时间内，迅速恢复到几亿年前的大气成分、气候水平，可能导致大量的土地将淹没在海水下面的，非正常的碳循环方式。为此，我们必须改变现在快速地把几亿年以前就已经不参与碳循环的地下碳源（矿物能源）不断释放出来的趋势。目前，全世界公认的解决这种非正常的温室气体过量排放的办法，就是减少矿物能源的燃烧，除此之外似乎还没找到有什么更好的解决途径。这也是我们全球需要制定和实施《京都议定书》的原因和目的。

　　最近，某些喜欢猎奇科学家们似乎对《京都议定书》的合理性产生了怀疑。有人开始对燃烧矿物能源以外的，一些正常的社会活动的温室气体排放问题产生了浓厚的兴趣，希望能发现某种更大的温室气体排放原因。不管他们的目的是不是要否定《京都议定书》的合理性，我们都可以说这种研究方向是完全错误的。因为，人类社会几万年的实践已经说明，除燃烧能源之外的各种社会活动的温室气体排放问题，不管其温室气体排放量有多大，都应该属于正常的自然碳循环范围，都是地球维持生态平衡所必需的排放。不会大规模的改变大气中二氧化碳的浓度，也不会对地球的整体产生巨大的不利影响。尽管在有些地方你能够监测到很大的温室气体排放量，但是，这些排放必定会与某种相应的其它动、植物的逆向碳排放或者吸收相关联。

　　比如，所谓的牛的温室气体排放问题。尽管我们发现地球上大量的牛所排放的温室气体总量很高，但是，我们根本就不必担心。因为牛总是要吃草、吃饲料。每头牛一生中所排放的温室气体中的碳含量，总不会超过该条牛一生中所需要吃掉的草料中的碳含量。当我们担心牛的二氧化碳排放过高的时候，我们不要忘记了维持牛的生命所需要的饲料（植物），在自然界中的生长过程中，可能需要消耗同样多的二氧化碳，并在光合作用下把它变成氧气。正是牛的生长和饲料的生长，一起构成了一次自然界中的碳循环。因为牛必须要吃饲料才能存活，所以在任何情况下，牛都不可能多于饲料。因此，对于牛多了排放温室气体过多的担心，只是片面地注意到了食物链中的一个环节。实际上只要牛的食物链是正常的，我们就不用担心牛会造成地球碳循环的失衡。

　　总之，就是因为自然界中的草料，在其成长的过程中吸收了大量的二氧化碳。为了维持地球的碳循环，这些二氧化碳必须有渠道还原回去。如果不是通过牛来还原，就必须要有其它的还原途径。如果这些草料没有被牛吃掉，它们也可能被其他动物吃掉，还可能会被烧掉或者在自然界腐烂发酵再变成含碳的温室气体挥发。原则上说，制约各个物种种群数量的主要因素是其食物链，在满足食物链的前提下，我们不必过分担心某种物种会对地球的碳循环构成威胁。这是已经被地球几亿年的生态规律所证实的事实。因此，我们对牛产生温室气体问题的担心，实际上并没有太大的意义。当然，如果粮农组织的报告对养牛业的担心主要不是温室气体排放，而是饲料的生长占用了太多的土地资源的话，我们就应该另当别论了。不过，即便考虑对于土地资源的影响，畜牧业的发展与地球人口的膨胀以及人们对汽车、别墅等高档消费的不断升级的奢侈要求相比，也还是小巫见大巫。

　　此外，《自然》杂志和中山大学教授的水电的温室气体排放高于火电的说法，更是一种逻辑方向上的错误。水库属于人工湿地，其本质与天然湿地没有什么差别。所有湿地都会有温室气体的排放，这是几万年来湿地参与地球生态系统碳循环的一部分。即使我们现在为了解决天然水资源的时空分布不均的矛盾（同时包括发电获取水能资源），需要有意识的建造很多水库，但是，水库这种人造湿地的出现，相对由于近代人类的社会化活动造成的湿地面积缩小，并没有从总体上改变地球表面的湿地面积下降的趋势。
　
　　 湿地是维持地球生态系统平衡的重要组成部分，其重要性素有地球之肾的美喻。湿地具有滋润养育动植物的重要作用，其功能既能够帮助湿地周围的植物把二氧化碳转化为氧气，也有可能会由于季节或水位的变化，把某些植物淹没在水中，产生一定的温室气体。类似南美的热带雨林遭遇洪水后被淹没在水中，释放出大量的温室气体的现象，在自然界中恐怕并不算少。相反，巴西的那种人造水库造成的热带雨林被淹没的情况反倒是极其罕见。因为，水库的淹没是人们有意识的行为，大多数情况下人们都会在蓄水前尽可能的清理库区，减少未来水库水体中的杂质。因此在一般情况下，人造湿地（水库）会比天然湿地造成的温室气体排放更小。

　　中山大学的陈镇东教授认为三峡水库的温室气体排放很大。我们可以断定这种说法一定是教授自己的主观臆造。因为，三峡水库到现在还没有蓄水到正常水位，任何人都不可能实测到一个还在修建中的水库的完整排放数据。然而，就这种主观臆造的数据来说，陈教授的推论也还有巨大的漏洞，实际上三峡水库蓄水前都要求严格的清理，相比之下与之地理位置相似的已经被列为世界自然遗产的“九寨沟”湿地，到有大量的林木被自然的淹没在水体中。如果陈教授实际去测量，九寨沟湿地单位面积上温室气体的排放量，恐怕要比三峡水库高出几个数量级。如果连九寨沟这样的高排放湿地，都不能因为片面地看到其释放温室气体排放而要求将其填埋掉，我们还有什么理由去埋怨三峡水库湿地的温室气体排放呢？

　　三峡水库调蓄水资源所发挥的生态效益与其排放效应简直无法相比。不说其减少洪涝灾害、滋润流域内植物的生长，能够让多少植物发挥将二氧化碳转化为氧气的功能，就是每年发电替代的煤炭就高达5000万吨（减排二氧化碳上亿吨）。应该强调说明，对于世界上的大多数特大型水库来说，水电几乎可以看成仅仅是一种副产品。因为水力发电本身只需要水位差，并不需要一定有太大的水库。世界上的很多水电站，之所以需要建造特大型水库，往往是当地的社会环境，需要利用人造湿地调蓄水资源。对于三峡这类的大型水库电站，即使我们不考虑这些人造湿地（水库）的发电效果，其湿地的生态平衡的作用也是必不可少的。在地球碳循环的链条中，水电替代煤炭的温室气体减排作用，完全可以看成是我们人造湿地的意外的收获。我们看不到特大型水电站的水资源生态效益已经是非常糊涂了，如果有人还要指责说大水库的水电会比火电产生更多的温室气体，简直就是愚蠢至极。

　　退一步看，所谓湿地的温室气体排放也绝没有教授说的那么可怕。其最多的排放也不过就是释放其所淹没的植物的全部碳含量。而这些植物的碳含量不过都是该植物在其生长过程中，通过光合作用吸收转化来的。它仍然是属于地球生态系统碳循环过程中的一部分。这与从地下把数亿年以前沉积的下来的碳源（矿物能源）挖出来燃烧，所释放出大量的二氧化碳有着本质的区别。前者属于正常的自然碳循环范围，后者应属于一种非正常的碳循环。用某种用臆造的数据，鼓吹正常的碳循环会比非正常的碳循环更具破坏性的理论，绝对是对《京都议定书》的一种变相的否定。这也是那些打着环保的旗号，阻碍欠发达国家发展的反坝组织，曾经使用过的欺骗术。

　　回顾历史，世界上所有那些叙述水电站的温室气体排放比火电还要高的“研究成果”，都没有给出过非常明确的数量比较。20世纪80年代，加拿大的某淡水研究所曾经以研究报告说加拿大的某个水电站的二氧化碳的排放高于火电厂，而引起国际社会的广泛关注。一些反水坝组织趁机大做文章，使得这个研究结论曾经广泛的影响了世界各国对水电开发的认识。以至于在1996年召开的“世界可持续发展高峰会议”会议上，只把小水电定义为清洁的可再生能源，而把大型水电排除在外。

　　由于这种水电站的温室气体排放比火电还高的推论，完全是与人们的直观感觉和各国的实际观测数据相矛盾的。很快人们就发现这一推论是有问题的。首先，一座水库的排放量肯定要和水库的大小有关，一座火电厂的排放也和装机的规模密不可分。然而，所有的那些“研究”都是在没有说明多大的水库与多大的火电厂的进行比较的情况下，就得出结论说“水库所释放的碳排放量是一座化石燃料电站的几倍”。

　　为此，联合国的有关机构曾经特地委托消息来源地加拿大的科研机构，对全国范围内水火电厂，按照同等规模的二氧化碳排放量进行比较研究。研究证实，由于一些原始林地的表层土壤，存有大量的植物有机肥料。一旦变为水库，其蓄水的初期难免出现水体中的有机碳被大量释放的现象。然而，这种表层土壤中有限的有机碳源的释放与火电厂中每天源源不断的输入煤炭，经过燃烧放出的二氧化碳具有本质的区别。从排放量来说，前者的碳排放是环境突变后不断衰减的变化量，后者是一个几乎每天固定输入一定碳源的增加量。随着时间的推移，水库的排放将逐渐递减最后趋于零，而火电的排放必然是越来越多。这种情况下，如果仅在一个较短的时间内观测，再拿一个很大的水库与一个很小的火电厂比较，确实有水库的二氧化碳排放高的可能。但是，如果从长时间来看，任何水电厂有限的二氧化碳排放，必然是会大大低于随着时间无限增长的火电的排放。

　　最后，根据研究人员对加拿大的各种水电、火电厂的实测结果比较，得到的结论是：按照加拿大现有的情况折算，同等发电规模的水电厂的二氧化碳的排放，只相当于火电厂的1/50。如果考虑水库初期蓄水的二氧化碳排放效应，水电站的二氧化碳排放最多也仅仅相当于同等规模火电的1/17到1/20。（《联合国水电与可持续发展研讨会论文集》北京2004年10月）。根据这一结论，2002年的世界可持续发展高峰会议，正式承认了大型水电站的可再生能源作用，并通过了支持大型水电开发的联合国可再生能源行动计划。

　　最近又进一步获悉，瑞士联邦水科学技术研究所在制定绿色水电的评价标准时，更加明确地指出了瑞士每百万千瓦时水电的二氧化碳排放量约为3到4吨，相应的百万千瓦时火电排放高达850到990吨。数据说明，如果在瑞士产生同等电力，水电与火电两种发电方式的二氧化碳排放量差距，可能高达200到300倍。这个结论更加证实了，正常的湿地碳循环排放与非正常的燃烧矿物能源所产生的温室气体，对地球生态系统的影响具有本质的区别。根据全世界几十年来多次的反复，我们几乎可以肯定地说，所有那些水电站的温室气体排放高于火电厂的惊人“发现”，不过都是种种哗众取宠的猜测、炒作。

　　总而言之，任何探索温室气体排放的研究工作，都应该首先保证在大方向上正确。在正常的地球生态碳循环范围内，除了提高全球的森林的覆盖率这一问题之外，其它所谓的“科学发现”几乎都不可能会有什么积极意义。即便你惊奇的发现了某一领域或者某一种人类活动是二氧化碳排放的“元凶”，那么很可能还会有你还没有注意到的相应的自然碳平衡因素。因为数万年以来的人类社会发展已经证明，地球的自然生态系统本身的正常碳循环是平衡的。自然状态下的碳排放量，不论其大小，都是地球生命系统所必需的过程。只有那些把几亿年来沉积于地下的矿物化石能源的过量燃烧行为，才会打乱目前地球生态系统的碳循环，增加大气中的碳浓度，造成地球的温室效应