论文部分内容阅读
二氧化碳的最大“出路”
“如果你酷爱食用贝类海鲜，那么在享受美食的同时，你可能正在为低碳事业作贡献。”在海洋生物大家族中，贝类、藻类看来不起眼，其实它们是拥有强大“捕碳、固碳”能力的“高手”。
覆盖地球表面71%面积的海洋，是大量吸收人类活动排放的二氧化碳、减缓气候变暖的头等“功臣”。人类燃烧矿物燃料向大气每年排放百亿吨的碳，其中约三分之一被海洋吸收，陆地生态系统仅吸收约五分之一。海洋中浮游生物、海藻、贝类、海草、盐沼植物和红树林等生物碳捕获、碳汇集的数量超过陆地生物。有数据显示，地球上约55％的碳捕获是由海洋生物完成的。单位面积海域中生物固碳量是森林的10倍，是草原的290倍。
人工大规模养殖贝类、藻类，明显有利于浅海区域的碳捕获。尤其是贝类，其吸收的碳有相当一部分被固化在贝壳里，很长时间内不会重新回到大气中。收获一批贝类后，还可以继续养殖新一批贝类，继续“吸碳”，从而减少大气中的碳总量。
“蓝碳”面临双重困境
蓝色大海中的碳捕获和碳储存就是国际科学界所称的“蓝色碳汇”或“蓝碳”。然而，人们向往的“蓝碳”美景近年来却遭遇了碳排放过度带来的海洋生态退化的双重困境。
第一重困境是海洋酸化日趋严重，海洋生物深受威胁。
海洋作为天然的二氧化碳储存库，其容量是有限的，而且吸收的二氧化碳与海水反应后会形成碳酸，使本来偏碱性的海水不断酸化。科学家测算，至2012年，海水的酸度已经比工业化初期的1800年提高了30%，并且现在仍以每小时约100万吨的速度吸收着。如果过量碳排放趋势延续下去，预计到本世纪末海水酸度将比1800年高150%。海洋酸化使海水中碳酸钙含量不断降低，而碳酸钙则是贝类、甲壳类海洋生物吸收用以生长外壳、珊瑚制造骨骼的原料。日益酸化的海水使以钙元素为主要构成的贝壳面临着巨大威胁。
目前，世界20％的珊瑚礁已被严重破坏。海水酸化已干扰了海洋甲壳类磷虾卵孵化的能力。科学家发现，由于海水酸化，珊瑚礁鱼类的中枢神经系统出现严重混乱，听觉和嗅觉变差，躲避天敌的能力变弱。比如小丑鱼和少女鱼的幼鱼嗅觉下降，很难找到珊瑚礁或闻到天敌的气味。听觉变弱的鱼极易成为天敌的美餐。科学家还发现，在酸度高的海洋环境中，乌贼的孵化速度变慢。尚未完成孵化的小乌贼没有任何防御能力，易被天敌吃掉。即使它们完成孵化后，体型也比在正常海水中生活的乌贼小，易受捕食者伤害。
第二重困境是海水含氧量下降，“海域死区”猛增。
海洋作为减缓全球气候变暖步伐的头等“功臣”，还在于它吸收了90%以上因温室气体排放而困于地表的热量。但这一功劳的代价却是海洋上层水温升高，海水溶氧量降低。鱼类在升温的海洋中代谢率会加快，需要更多的氧。而升温的海水中含氧量减少，影响鱼类生长。加拿大海洋研究团队考察了世界各海域600多种鱼类生长和分布状况，发现不少鱼类体型缩小与海水温度上升存在密切关系。他们用计算机模型预测，如温度持续上升，到2050年，鱼类体型将缩小14%~24%。英国科学家发现，由于水比空气的含氧量低，在同等升温状况下，相比陆地动物，海洋动物更难获得充足的氧气。科学家比较了不同温度条件下百余种陆地动物和海洋动物成年体，发现每升高1摄氏度，海洋动物体型缩小5%，而陆地动物体型仅缩小0.5%，两者缩小比率相差10倍。
二氧化碳的其他“出路”
森林是二氧化碳的一个绝好出路。不错，我国早已规划到2020年完成造林4 000万公顷，而且鼓励生产矿物能源的大企业捐资营造“碳汇林”。
除了海洋、森林两大“碳库”之外，还有第三大“碳库”——湿地。全球湿地面积有514万平方公里，虽然仅占地球表面积的6%，却生存着地球上20%的物种。我国有记载的湿地植物达2 760余种。湿地吸收碳的能力超过森林，碳储量约为770亿吨，占陆地生物圈碳元素的35%。保护和恢复湿地就是低成本实现“绿色碳汇”的途径。
“绿色碳汇”的更深意义在于让碳汇植物成为开发绿色新能源的原料库。上海张江高科技园区众伟生化科技公司在外省不宜种粮食的盐碱地、荒地种植纤维素含量高的麻类植物，既扩大了“绿色碳汇”，又可将麻类植物纤维素炼制成清洁的“生物汽油”——乙醇燃料。
目前国内外正开展“碳捕获和储存”工程建设，将收集的二氧化碳输入采空的油气田、废弃的煤田地下封存。有趣的是，碳封存与油田二三次开采可以一举两得。当二氧化碳被以200个大气压注入油田千米深处时，原本黏稠厚重的石油迅速稀释、膨胀，纷纷从岩石孔隙中溢出，变得更易开采。美国共有70多座油田注入二氧化碳驱油，年封存二氧化碳达3 000万吨，增产石油10%。我国先后有六七座油田尝试了这一技术，二氧化碳一次性最大封存量达11万吨。
藻类是生长最快、消耗碳效率较高的植物，是炼制生物柴油和乙醇的理想原料之一。目前国外利用海藻捕碳、固碳的方法是，将工厂集中排出的二氧化碳废气与含养分的水混合，在透明的人造闭合水渠中，或在封闭的池塘等水体中养殖海藻。这比完全自然放养效率高，也避免了造成海水缺氧的后果。
目前全球回收的二氧化碳约有40％用于生产化工产品，如作为能源的甲烷、甲醇，以及具有永久固碳性质的碳纤维、工程塑料、沥青、建材等。回收二氧化碳还可用于制冷和碳酸饮料生产。
近来国外科学界多途径开发将二氧化碳转化为新能源原料的生物技术。有科研团队已培养出一种能光合作用的转基因细菌，可以比藻类更快地将二氧化碳转化为可炼制生物柴油、乙醇的原料。由于利用生物质能可以实现碳循环而不增加碳排放，欧盟计划到2020年生物质燃料占能源消费结构的14%，占可再生能源总量的60%。这一方略是值得我们借鉴的减碳之道。
人教版化学教材九年级上册第六单元 《碳和碳的氧化物》课外延伸阅读
☆编辑/王一鸣
“如果你酷爱食用贝类海鲜，那么在享受美食的同时，你可能正在为低碳事业作贡献。”在海洋生物大家族中，贝类、藻类看来不起眼，其实它们是拥有强大“捕碳、固碳”能力的“高手”。
覆盖地球表面71%面积的海洋，是大量吸收人类活动排放的二氧化碳、减缓气候变暖的头等“功臣”。人类燃烧矿物燃料向大气每年排放百亿吨的碳，其中约三分之一被海洋吸收，陆地生态系统仅吸收约五分之一。海洋中浮游生物、海藻、贝类、海草、盐沼植物和红树林等生物碳捕获、碳汇集的数量超过陆地生物。有数据显示，地球上约55％的碳捕获是由海洋生物完成的。单位面积海域中生物固碳量是森林的10倍，是草原的290倍。
人工大规模养殖贝类、藻类，明显有利于浅海区域的碳捕获。尤其是贝类，其吸收的碳有相当一部分被固化在贝壳里，很长时间内不会重新回到大气中。收获一批贝类后，还可以继续养殖新一批贝类，继续“吸碳”，从而减少大气中的碳总量。
“蓝碳”面临双重困境
蓝色大海中的碳捕获和碳储存就是国际科学界所称的“蓝色碳汇”或“蓝碳”。然而，人们向往的“蓝碳”美景近年来却遭遇了碳排放过度带来的海洋生态退化的双重困境。
第一重困境是海洋酸化日趋严重，海洋生物深受威胁。
海洋作为天然的二氧化碳储存库，其容量是有限的，而且吸收的二氧化碳与海水反应后会形成碳酸，使本来偏碱性的海水不断酸化。科学家测算，至2012年，海水的酸度已经比工业化初期的1800年提高了30%，并且现在仍以每小时约100万吨的速度吸收着。如果过量碳排放趋势延续下去，预计到本世纪末海水酸度将比1800年高150%。海洋酸化使海水中碳酸钙含量不断降低，而碳酸钙则是贝类、甲壳类海洋生物吸收用以生长外壳、珊瑚制造骨骼的原料。日益酸化的海水使以钙元素为主要构成的贝壳面临着巨大威胁。
目前，世界20％的珊瑚礁已被严重破坏。海水酸化已干扰了海洋甲壳类磷虾卵孵化的能力。科学家发现，由于海水酸化，珊瑚礁鱼类的中枢神经系统出现严重混乱，听觉和嗅觉变差，躲避天敌的能力变弱。比如小丑鱼和少女鱼的幼鱼嗅觉下降，很难找到珊瑚礁或闻到天敌的气味。听觉变弱的鱼极易成为天敌的美餐。科学家还发现，在酸度高的海洋环境中，乌贼的孵化速度变慢。尚未完成孵化的小乌贼没有任何防御能力，易被天敌吃掉。即使它们完成孵化后，体型也比在正常海水中生活的乌贼小，易受捕食者伤害。
第二重困境是海水含氧量下降，“海域死区”猛增。
海洋作为减缓全球气候变暖步伐的头等“功臣”，还在于它吸收了90%以上因温室气体排放而困于地表的热量。但这一功劳的代价却是海洋上层水温升高，海水溶氧量降低。鱼类在升温的海洋中代谢率会加快，需要更多的氧。而升温的海水中含氧量减少，影响鱼类生长。加拿大海洋研究团队考察了世界各海域600多种鱼类生长和分布状况，发现不少鱼类体型缩小与海水温度上升存在密切关系。他们用计算机模型预测，如温度持续上升，到2050年，鱼类体型将缩小14%~24%。英国科学家发现，由于水比空气的含氧量低，在同等升温状况下，相比陆地动物，海洋动物更难获得充足的氧气。科学家比较了不同温度条件下百余种陆地动物和海洋动物成年体，发现每升高1摄氏度，海洋动物体型缩小5%，而陆地动物体型仅缩小0.5%，两者缩小比率相差10倍。
二氧化碳的其他“出路”
森林是二氧化碳的一个绝好出路。不错，我国早已规划到2020年完成造林4 000万公顷，而且鼓励生产矿物能源的大企业捐资营造“碳汇林”。
除了海洋、森林两大“碳库”之外，还有第三大“碳库”——湿地。全球湿地面积有514万平方公里，虽然仅占地球表面积的6%，却生存着地球上20%的物种。我国有记载的湿地植物达2 760余种。湿地吸收碳的能力超过森林，碳储量约为770亿吨，占陆地生物圈碳元素的35%。保护和恢复湿地就是低成本实现“绿色碳汇”的途径。
“绿色碳汇”的更深意义在于让碳汇植物成为开发绿色新能源的原料库。上海张江高科技园区众伟生化科技公司在外省不宜种粮食的盐碱地、荒地种植纤维素含量高的麻类植物，既扩大了“绿色碳汇”，又可将麻类植物纤维素炼制成清洁的“生物汽油”——乙醇燃料。
目前国内外正开展“碳捕获和储存”工程建设，将收集的二氧化碳输入采空的油气田、废弃的煤田地下封存。有趣的是，碳封存与油田二三次开采可以一举两得。当二氧化碳被以200个大气压注入油田千米深处时，原本黏稠厚重的石油迅速稀释、膨胀，纷纷从岩石孔隙中溢出，变得更易开采。美国共有70多座油田注入二氧化碳驱油，年封存二氧化碳达3 000万吨，增产石油10%。我国先后有六七座油田尝试了这一技术，二氧化碳一次性最大封存量达11万吨。
藻类是生长最快、消耗碳效率较高的植物，是炼制生物柴油和乙醇的理想原料之一。目前国外利用海藻捕碳、固碳的方法是，将工厂集中排出的二氧化碳废气与含养分的水混合，在透明的人造闭合水渠中，或在封闭的池塘等水体中养殖海藻。这比完全自然放养效率高，也避免了造成海水缺氧的后果。
目前全球回收的二氧化碳约有40％用于生产化工产品，如作为能源的甲烷、甲醇，以及具有永久固碳性质的碳纤维、工程塑料、沥青、建材等。回收二氧化碳还可用于制冷和碳酸饮料生产。
近来国外科学界多途径开发将二氧化碳转化为新能源原料的生物技术。有科研团队已培养出一种能光合作用的转基因细菌，可以比藻类更快地将二氧化碳转化为可炼制生物柴油、乙醇的原料。由于利用生物质能可以实现碳循环而不增加碳排放，欧盟计划到2020年生物质燃料占能源消费结构的14%，占可再生能源总量的60%。这一方略是值得我们借鉴的减碳之道。
人教版化学教材九年级上册第六单元 《碳和碳的氧化物》课外延伸阅读
☆编辑/王一鸣