原創(chuàng) 星球研究所 星球研究所 

本文正文約5670字

你將用20分鐘的時(shí)間

與碳元素一起

游歷46億年的地球

碳

這個(gè)在元素周期表中

排列第六位的化學(xué)元素

無所不在、舉足輕重

驚艷世界的喀斯特地貌

由碳構(gòu)成

（喀斯特地貌主要由碳酸鹽類巖石構(gòu)成，含有碳元素；下圖為廣西陽朔老寨山的喀斯特景觀，攝影師@于海童）

▼

大地之上的萬物生靈

由碳構(gòu)成

（構(gòu)成地球生物細(xì)胞的主要元素中，碳元素是核心，因此地球上所有的生命都被稱為碳基生命；下圖為肯尼亞納特龍湖的火烈鳥，攝影師@梅元皎）

▼

見證古代文明進(jìn)程的木質(zhì)建筑

由碳構(gòu)成

（木質(zhì)建筑材料源于生物，故含有碳元素；請(qǐng)橫屏觀看下圖，故宮太和殿，是我國著名的木結(jié)構(gòu)殿宇，攝影師@馮思緒）

▼

推動(dòng)近現(xiàn)代文明高速發(fā)展的化石燃料

亦由碳構(gòu)成

（化石燃料包括煤炭、石油等，由古代生物的殘骸形成，故含有碳元素；下圖為俄羅斯露天煤礦，圖片來源@視覺中國）

▼

無可置疑

這是一個(gè)碳的世界

如今

碳達(dá)峰、碳中和的聲音日益高漲

碳

成為了人類社會(huì)的新焦點(diǎn)

（工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)因產(chǎn)生大量二氧化碳排放，成為碳中和議題下的重要討論對(duì)象；下圖為茂名的石化工業(yè)區(qū)，攝影師@林宇先）

▼

不過

碳從哪里來？

它如何塑造了地球的過去？

又將如何影響我們的未來？

本文將帶你探索

從星辰大海到你我身邊的碳的足跡

在一場場碳的循環(huán)當(dāng)中尋找答案

「

目錄

01 緣起：碳從哪里來

02 無機(jī)世界：無機(jī)碳循環(huán)

03 碳基生命：有機(jī)碳循環(huán)

04 碳基文明：人類碳排放

05 氣候革命：重塑碳循環(huán)

」

01

緣起

宇宙中本沒有碳元素

僅由三種元素構(gòu)成的初始宇宙

甚是單調(diào)

而隨后誕生的恒星則成為了“元素工廠”

利用最初的元素創(chuàng)造出了新的元素

其中3個(gè)氦原子核聚在一起

便能生成1個(gè)碳原子核

碳元素就此誕生

（宇宙中最初的元素為氫、氦、鋰，其通過原子核聚合可以產(chǎn)生其他新的元素，即核聚變過程；下圖為氦的聚變產(chǎn)生碳的過程示意，其中氦4和碳12分別為氦元素和碳元素的主要存在形式，制圖@羅梓涵/星球研究所）

▼

不過恒星的生命是有限的

大質(zhì)量的恒星在死亡之際

會(huì)爆發(fā)成為絢麗的星云

其內(nèi)部蘊(yùn)含的各種元素也因此彌散開來

宇宙中萬億個(gè)“元素工廠”

正是如此不斷制造、散播著碳元素

（蟹狀星云，是一顆大質(zhì)量恒星爆發(fā)后的殘骸，圖片來源@NASA）

▼

約46億年前

太陽系在宇宙漫長的演化中誕生了

初生的太陽系已擁有較豐富的元素種類

各種元素在太陽系內(nèi)組成塵埃、顆粒

以及更大的天體

其中便包括后來的地球

（從月球上拍攝的地球，圖片來源@NASA）

▼

然而

元素在太陽系內(nèi)的分布并不均勻

地球誕生的太陽系內(nèi)部區(qū)域

是較重元素的王國

而包含碳在內(nèi)的較輕元素

大多已搭乘太陽風(fēng)

去到了太陽系的外部區(qū)域

這使地球天然缺乏碳元素

（太陽系八大行星及地球元素比例示意，制圖@羅梓涵/星球研究所）

▼

不過碳元素也并沒有完全缺席

總計(jì)數(shù)十萬萬億噸的碳元素

將在地球生長的過程中

以塵埃、顆粒、天體的形式被捕捉

并成為地球的一部分

它們是浩瀚宇宙的亙古余暉

也將是未來地球的命運(yùn)舵手

（人類對(duì)地球的碳總量仍不甚了解，此處碳總量數(shù)值僅為粗略估算）

02

無機(jī)世界

隨著地球不斷生長

其捕捉天體的能力越來越強(qiáng)

當(dāng)原始地球生長到一定大小時(shí)

外來的天體能以音速十?dāng)?shù)倍的速度

對(duì)地球進(jìn)行“轟炸”

（天苑四恒星系統(tǒng)中的小行星帶，此處僅作示意，圖片來源@NASA）

▼

如此高的速度

能夠使撞擊區(qū)域熔化、形成巖漿

而當(dāng)撞擊地球的天體足夠大時(shí)

地表的一切都將融化

巖漿之海將席卷整個(gè)地球表面

這正是約45億年前地球的景象

（現(xiàn)代火山噴發(fā)，早期的地球處處皆為此般景象，圖片來源@視覺中國）

▼

與此同時(shí)

氣體從巖漿中釋放

它們含有大量的二氧化碳和水蒸氣

并逐漸成為當(dāng)時(shí)地球的大氣層

然而二氧化碳和水蒸氣均是典型的溫室氣體

它們可以輕易吸收地表輻射

造成溫室效應(yīng)

就像為地球套上了一層保溫罩

（地球早期的巖漿海及大氣層形成示意，制圖@羅梓涵/星球研究所）

▼

彼時(shí)的溫室氣體含量遠(yuǎn)高出現(xiàn)代大氣水平

這層保溫罩顯得更加“厚實(shí)”

熾熱的地表持續(xù)加熱大氣

大氣溫度高達(dá)1200攝氏度

并長期維持此般高溫

（現(xiàn)代火山產(chǎn)生的巖漿流，此處僅作示意，圖片來源@視覺中國）

▼

不過巖漿海并非永恒的主題

隨著撞擊事件逐漸減少

地表和大氣的溫度開始下降

大氣中的溫室氣體也開始回落地面

水蒸氣率先行動(dòng)

它們凝結(jié)為水滴

為地球帶來了第一場連綿不斷的暴雨

約44億年前

雨水匯成的海洋誕生了

（海洋形成于44億年的數(shù)據(jù)源自澳大利亞西北部發(fā)現(xiàn)的鋯石，而事實(shí)上在地球形成的早期，巖漿海與海洋可能反復(fù)出現(xiàn)過；下圖為從宇宙中眺望地球的海洋，攝影師@湯洪波）

▼

與此同時(shí)

二氧化碳溶入雨水

變成一種弱酸來到地表

這些酸性雨水可以侵蝕地表巖石

并將剝落的礦物質(zhì)帶入海洋

生成碳酸鹽巖沉沒海底

（二氧化碳除了通過侵蝕陸地巖石進(jìn)入海洋外，也能夠直接從大氣進(jìn)入海洋，此處著重闡述第一種過程；下圖為二氧化碳進(jìn)入海洋與巖石圈示意，制圖@龍雁翎/星球研究所）

▼

長年累月

大氣中的二氧化碳

不斷地被搬運(yùn)到海洋和巖石圈中

這里也便成為了碳在地球上最主要的儲(chǔ)存庫

被稱為海洋碳庫和巖石圈碳庫

（英國多佛白崖，白色的崖壁即碳酸鹽巖構(gòu)成的海洋沉積物，但此處碳酸鹽巖是生物成因，圖片來源@視覺中國）

▼

不過

二氧化碳會(huì)不會(huì)就此被海洋和巖石圈一吸而光

使地球完全失去溫室效應(yīng)呢？

地球板塊運(yùn)動(dòng)的出現(xiàn)

為碳的歸宿找到了一個(gè)平衡點(diǎn)

在地表大幅降溫后

其下方的軟流圈仍處在部分熔融的狀態(tài)

它似一個(gè)巨大的傳送帶

能讓漂浮其上的大洋板塊向陸地板塊俯沖碰撞

曾經(jīng)的碳酸鹽巖將與其他巖石一同融化成巖漿

并轉(zhuǎn)變?yōu)槎趸?/p>

在火山的怒吼中重新噴出地表

（位于西北太平洋堪察加半島的火山爆發(fā)，是太平洋板塊向歐亞板塊俯沖所引發(fā)的地質(zhì)活動(dòng)，圖片來源@NASA）

▼

重返大氣的二氧化碳也并不會(huì)無限增多

在板塊運(yùn)動(dòng)的作用下

高山隆起、陸地?cái)U(kuò)張

更多新鮮巖石出露地表

溶入雨水、變?yōu)槿跛岬亩趸?/p>

仍能不斷侵蝕巖石、流入海洋

使大氣中的二氧化碳含量緩慢降低

維系大氣、海洋、巖石圈中的碳平衡

（南阿爾卑斯山脈，當(dāng)山體被降雨侵蝕時(shí)，便會(huì)伴隨著二氧化碳的消耗，攝影師@劉世輝）

▼

至此

大氣既向海洋輸送了碳

又從巖石圈中獲得了補(bǔ)充

大氣、海洋、巖石圈中的碳

形成了一個(gè)閉環(huán)

這就是地球上的無機(jī)碳循環(huán)

（無機(jī)碳循環(huán)示意圖，因這一過程誕生時(shí)生命尚未出現(xiàn)，故稱無機(jī)碳循環(huán)，制圖@龍雁翎/星球研究所）

▼

然而板塊運(yùn)動(dòng)是一個(gè)相當(dāng)漫長的過程

若要完整走完這一循環(huán)

需要花費(fèi)數(shù)百萬年至數(shù)千萬年的時(shí)間

但它就像一個(gè)精巧的恒溫器

通過調(diào)節(jié)大氣中二氧化碳的含量

使地球維持在一個(gè)較穩(wěn)定的溫度區(qū)間

而同樣誕生、演化于太陽系內(nèi)部的金星、火星

則因?yàn)槿鄙俳∪奶佳h(huán)變得截然不同

金星因大氣中的二氧化碳無法被消耗

而炎熱無比

火星因大氣中的二氧化碳得不到補(bǔ)充

而天寒地凍

（金星、地球、火星溫室效應(yīng)對(duì)比圖；導(dǎo)致行星地表溫度差異的因素包括行星距太陽遠(yuǎn)近、大氣層厚度等，其中碳循環(huán)的完整與否亦是此三顆行星地表溫度差異的主要因素之一，制圖@羅梓涵/星球研究所）

▼

碳循環(huán)就像為地球施展了魔法

為地球提供了恰到好處的溫室效應(yīng)

將其塑造成最適宜生命誕生的家園

往后數(shù)億年

生命不辱使命地在地球出現(xiàn)

而生命又將反過來

深刻改變地球的碳循環(huán)

03

碳基生命

約38億年前

在海洋深處的一個(gè)角落

碳元素與氧、氫、氮等元素聚在一起

逐漸演變成細(xì)胞

以碳元素為核心的碳基生命就此誕生了

（美國黃石公園的大棱鏡溫泉，泉周的艷麗色彩源自各種細(xì)菌，而細(xì)菌正是最古老的生命之一，圖片來源@視覺中國）

▼

生命誕生之初的地球幾乎沒有氧氣

早期的生命也僅深居海洋搖籃

在漫長歲月中緩緩演化

然而波瀾不驚從不是地球的風(fēng)格

約27億年前出現(xiàn)的藍(lán)細(xì)菌

突然打破了這份寧靜

它們帶來了生命史上最偉大的發(fā)明

光合作用

將生命與地球雙雙推向大變革

（澳大利亞鯊魚灣星空下的疊層石，疊層石是藍(lán)細(xì)菌等微生物在生長過程中形成的沉積構(gòu)造，攝影師@Tea-tia）

▼

生活在淺海區(qū)域的藍(lán)藻

能夠利用太陽光

將二氧化碳和水變?yōu)樽陨硭璧臓I養(yǎng)

并釋放氧氣

隨著藍(lán)藻的大量繁殖

海水和大氣中的氧氣含量逐漸提升

大量的二氧化碳也從大氣轉(zhuǎn)移到生命中

然而

無機(jī)碳循環(huán)無法立刻填補(bǔ)

大量從大氣中逃脫的二氧化碳

溫室效應(yīng)因此走向衰弱

全球開始變冷，直至冰封

約在24億年前

地球變成了一個(gè)“雪球地球”

（該時(shí)期被稱為休倫冰期，除上述原因外，大氣中大量甲烷被氧化也被認(rèn)為是此次地球變冷的重要原因之一；雪球地球想象圖，其以現(xiàn)代地球?yàn)榈?，此處僅作示意，圖片來源@Wikimedia Commons）

▼

緊接著的是長達(dá)3億年的凜凜寒冬

全球的光合作用都幾近停止

在無機(jī)碳循環(huán)非常緩慢的調(diào)節(jié)下

大氣中二氧化碳的濃度慢慢回升

地表溫度方才慢慢回到正軌

生命在這場磨礪之后不斷演化

直至植物、動(dòng)物相繼出現(xiàn)

從海洋登上陸地、飛向天空

組成太陽系中絕無僅有的生物圈

構(gòu)建起一種新的碳循環(huán)模式

（動(dòng)植物群落，他們構(gòu)成了地球的生物圈，圖片來源@視覺中國）

▼

光合作用的重任落在植物身上

它們用外部環(huán)境中的二氧化碳

生產(chǎn)出生命所需的有機(jī)碳

其中約4億年前出現(xiàn)的森林

成為植物界的個(gè)中翹楚

它存儲(chǔ)著生物圈中90%以上的有機(jī)碳

是名副其實(shí)的森林碳庫

（位于南美洲的亞馬孫熱帶雨林，為地球上最大森林，圖片來源@視覺中國）

▼

隨后

動(dòng)物通過捕食植物或其他動(dòng)物

來獲得光合作用產(chǎn)生的有機(jī)碳

碳便是以此方式從外部環(huán)境進(jìn)入生物圈

并在生物圈中流動(dòng)起來

（正在進(jìn)食的熊貓，攝影師@周孟棋）

▼

當(dāng)動(dòng)植物死后

微生物登場

它們會(huì)將動(dòng)植物尸體中的有機(jī)碳

分解成二氧化碳排出

碳又從生物圈回到了外部環(huán)境

（即將枯萎的胡楊，在一定條件下，枯萎的樹木將被分解為二氧化碳、水、無機(jī)鹽等物質(zhì)，攝影師@陶洪）

▼

此外

生命已經(jīng)適應(yīng)了氧氣環(huán)境

它們還能夠利用氧氣進(jìn)行呼吸

并在這一過程中釋放二氧化碳

成為碳從生物圈回到外部環(huán)境的又一途徑

至此

生命中的碳也成功閉環(huán)

這就是地球上的短期有機(jī)碳循環(huán)

（此處未涉及被掩埋的生物尸體在巖石圈中的變化，故為有機(jī)碳的短期循環(huán)；下圖為短期有機(jī)碳循環(huán)示意圖，制圖@龍雁翎/星球研究所）

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這一循環(huán)如同一支生命畫筆

將生物圈與外部環(huán)境連成一個(gè)整體

使碳元素可以進(jìn)入、流動(dòng)、儲(chǔ)存于生物圈

譜繪出龐大的生物總量和豐富的生物種類

為地球增添色彩

（正在過河的角馬群，圖片來源@視覺中國）

▼

有機(jī)碳循環(huán)的周期與動(dòng)植物壽命相聯(lián)系

因此僅數(shù)十年至數(shù)百年便能走完一圈

然而部分的有機(jī)碳

不甘于數(shù)百年的短途旅行

它們躲避了被微生物分解的命運(yùn)

被掩埋至地層深處

轉(zhuǎn)變?yōu)槊禾俊⑹?、天然氣等化石燃?/p>

參與到巖石圈的長期有機(jī)碳循環(huán)中

（化石燃料形成示意，其中煤炭以陸上植物形成為例，石油、天然氣以海洋生物形成為例，制圖@龍雁翎/星球研究所）

▼

在自然條件下

它們需要經(jīng)歷數(shù)千萬年的板塊運(yùn)動(dòng)

方能重回大氣

或是抬升至地表，被自然之火燃燒

或是俯沖至軟流圈，隨巖漿一同噴出

（阿塞拜疆的泥火山，是由地下天然氣在壓力作用下，夾帶泥漿噴出地表所形成的泥丘，在自然條件下出露地表的天然氣將被氧化為二氧化碳進(jìn)入大氣，圖片來源@視覺中國）

▼

生命將地球變得豐富多彩

但生命創(chuàng)造的有機(jī)碳循環(huán)是脆弱的

當(dāng)?shù)厍虬l(fā)生大規(guī)模的火山爆發(fā)

當(dāng)小行星無情地撞向地球

當(dāng)?shù)厍蛲蝗贿M(jìn)入寒冷時(shí)期

地球上的植物都將因?yàn)樯姝h(huán)境的劇變

而難以進(jìn)行光合作用

有機(jī)碳循環(huán)從源頭上遭到了破壞

生態(tài)系統(tǒng)便也隨之走向奔潰

這便是生物大滅絕事件的原因之一

（地球歷史上至少發(fā)生過5次生物大滅絕事件，歷次事件的原因均無定論，但植物光合作用的降低而導(dǎo)致的食物鏈崩潰被認(rèn)為是多次事件的原因之一，如規(guī)模最大的二疊紀(jì)-三疊紀(jì)滅絕事件，以及最為人們熟知的恐龍大滅絕事件；請(qǐng)橫屏觀看下圖，為祿豐龍化石，攝影師@周明佳）

▼

所幸

在每次生物大滅絕后

都有幸運(yùn)的物種續(xù)寫地球的生命史詩

有機(jī)碳循環(huán)也會(huì)慢慢自我修復(fù)

重構(gòu)地球的勃勃生機(jī)

在滅絕與重生的輪回中

人類也將出現(xiàn)

并踏上通往文明的道路

而文明又將為地球碳循環(huán)帶來什么呢？

04

碳基文明

約7000萬年前

非洲板塊、印澳板塊不斷北移

并與歐亞板塊碰撞

在這次巨大的碰撞之中

阿爾卑斯至喜馬拉雅一帶全線隆升

大量新鮮巖石隨之出露地表

大氣中的二氧化碳因侵蝕這些巖石

而被大量消耗

地球也在不久后走上降溫的道路

（喜馬拉雅山的南迦巴瓦峰，攝影師@行影不離）

▼

約260萬年前

地球的南北極均已冰原廣布

隨即進(jìn)入大冰期

此后不久

最早的人屬物種也在這寒冷的時(shí)代誕生了

此時(shí)仍是天然生物圈一員的人類

在捕食與被捕食之間摸索前行

（生活在數(shù)十萬年前的北京猿人形象，其在物種分類上屬于人屬的直立人，是最早的人屬物種之一，圖片來源@視覺中國）

▼

約100萬年前

自然界中的火焰改變了人類的認(rèn)知

寒夜中的人類發(fā)現(xiàn)火焰竟能如此溫暖

火自此成為人類神往的事物

（閃電是自然起火的原因之一，攝影師@李雨森）

▼

隨后

人類掌握了自己生火的本領(lǐng)

火成為了人類的工具和武器

而人類也因此成為了地球碳循環(huán)的新要素

因?yàn)槭褂没鸨闶菍⑸镏械挠袡C(jī)碳

轉(zhuǎn)變?yōu)槎趸疾⑴湃氪髿獾倪^程

受限于當(dāng)時(shí)人類的數(shù)量和用火的規(guī)模

這些額外排出的二氧化碳

很快便被地球碳循環(huán)調(diào)節(jié)了

但毫無疑問的是

人類自此踏上了改變地球碳循環(huán)的道路

（火已成為現(xiàn)代人類不可或缺的事物，下圖為彝族火把節(jié)，攝影師@潘泉）

▼

約1萬年前

人類已遍布世界各地

植物的種子改變了人類的生活

人類發(fā)現(xiàn)將種子埋進(jìn)土里

便能在一段時(shí)間后獲得食物

如此一來便可以定居生活

不再需要依靠遷徙來維系生計(jì)

（現(xiàn)代收割水稻的場景，攝影師@肖奕叁）

▼

這便是農(nóng)業(yè)的誕生

人類對(duì)地球碳循環(huán)的切實(shí)影響也自此伊始

種植作物離不開土地

而隨著人口的增加、居民點(diǎn)的擴(kuò)大

人類不得不砍伐、焚燒森林來獲得更多的土地

本應(yīng)在生物圈中存留數(shù)百年的碳

提前結(jié)束了碳循環(huán)的旅行

進(jìn)入到大氣

（遭到砍伐的亞馬孫熱帶雨林，攝影師@視覺中國）

▼

不久后

世界各地的人類陸續(xù)步入文明

人類對(duì)農(nóng)業(yè)的需求自然與日俱增

而此時(shí)額外排放出的二氧化碳

也被大自然記錄了下來

自7000年前起

大氣中的二氧化碳濃度

已經(jīng)開始因人類活動(dòng)而上升

不過這一上升速度

在人類文明早期還非常緩慢

往后六千余年緩緩前行的農(nóng)業(yè)文明

并沒有徹底顛覆地球碳循環(huán)

直到18世紀(jì)工業(yè)革命的降臨

（第一次工業(yè)革命的場景畫作，圖片來源@Wikimedia Commons）

▼

1763年

英國的普通維修工詹姆斯·瓦特

偶然得到一個(gè)修理蒸汽機(jī)的機(jī)會(huì)

對(duì)蒸汽機(jī)充滿興趣的瓦特

在維修中發(fā)現(xiàn)了傳統(tǒng)蒸汽機(jī)效率低下的問題

往后的二十余年

工匠精神推動(dòng)著瓦特不斷實(shí)驗(yàn)、改造

效率提升數(shù)倍的瓦特改良蒸汽機(jī)最終問世

（詹姆斯·瓦特的畫像，桌上正是改良蒸汽機(jī)的圖紙，圖片來源@Wikimedia Commons）

▼

這一次

人類的智慧改變了人類的發(fā)展

在瓦特改良蒸汽機(jī)后

工業(yè)革命的進(jìn)展風(fēng)起云涌

1807年，富爾頓發(fā)明了蒸汽輪船

1814年，史蒂芬森發(fā)明了蒸汽火車

這些碩碩成果

從根本上改變了人們的生活、生產(chǎn)方式

人類歷史自此進(jìn)入快車道

滾滾向前

（運(yùn)行中的現(xiàn)代蒸汽火車，攝影師@姚金輝）

▼

這些生產(chǎn)與交通設(shè)備

有一個(gè)共同點(diǎn)

便是以化石燃料作為能量來源

為了適應(yīng)新社會(huì)的生產(chǎn)力水平

大量的煤炭、石油被開采并投入使用

它們至今仍是世界運(yùn)轉(zhuǎn)的主要?jiǎng)恿?/p>

（遼寧撫順西露天礦，攝影師@楊誠）

▼

本應(yīng)在巖石圈中存留數(shù)千萬年的碳

大量且迅速地被付之一炬

人類成百萬倍地加速了

地層深處有機(jī)碳進(jìn)入大氣的過程

一個(gè)前所未有的碳排放模式出現(xiàn)了

（人類活動(dòng)的碳排放示意，制圖@龍雁翎/星球研究所）

▼

與無機(jī)、有機(jī)碳循環(huán)類似

一個(gè)“健康”的碳循環(huán)模式

需要一個(gè)有進(jìn)有出的閉環(huán)

面對(duì)大量被提前釋放的二氧化碳

自然界開始了閉環(huán)的嘗試

森林碳庫和海洋碳庫接手了儲(chǔ)碳的任務(wù)

然而森林的面積

自農(nóng)業(yè)出現(xiàn)便持續(xù)減少

森林的儲(chǔ)碳效率亦不如往昔

（森林大火，與森林砍伐均為森林碳庫的殺手，圖片來源@視覺中國）

▼

海洋在過量吸收二氧化碳后

會(huì)發(fā)生酸化

進(jìn)而又會(huì)限制其吸收二氧化碳的效率

（海洋酸化將嚴(yán)重影響海洋的生物多樣性，珊瑚是易受影響的物種之一，圖片來源@視覺中國）

▼

由于難以追趕人類碳排放的速度

自然界儲(chǔ)碳的任務(wù)宣告失敗

自工業(yè)革命以來人類所排放的二氧化碳

約30%存于森林

約30%流入海洋

而約40%則留在了大氣

這正是這一碳循環(huán)模式所面臨的重大問題

沒有成功閉環(huán)

（人類活動(dòng)碳排放的去向示意，大部分的碳留在了大氣中，而它們?cè)诙唐趦?nèi)無法參與碳循環(huán)，制圖@龍雁翎/星球研究所）

▼

大氣中二氧化碳濃度因此迅速提高

從工業(yè)革命前的280ppm

上升至了如今的415ppm

這比大自然調(diào)節(jié)大氣中二氧化碳的速度

快了上萬倍

（近1000年大氣中二氧化碳濃度變化，制圖@羅梓涵/星球研究所）

▼

最近的研究顯示

目前大氣中二氧化碳的濃度

達(dá)到200萬年來的最高值

全球地表溫度也因溫室效應(yīng)的加劇

達(dá)到10萬年來的最高值

地球碳循環(huán)無疑發(fā)生了顛覆性的改變

一系列環(huán)境與氣候問題接踵而至

（以上數(shù)據(jù)來自政府間氣候變化專門委員會(huì)第六次評(píng)估報(bào)告，即IPCC AR6，報(bào)告同時(shí)指出人類導(dǎo)致的氣候變化也使得極端天氣更加頻繁，包括干旱、暴雨等）

因?yàn)榈厍蛱佳h(huán)的改變

北極夏季的海冰將消融殆盡

“北冰洋”這一名字也將變?yōu)闅v史的符號(hào)

（北極破碎的海冰，圖片來源@視覺中國）

▼

因?yàn)榈厍蛱佳h(huán)的改變

馬爾代夫等小島嶼國家將不復(fù)存在

成為茫茫大海中的一滴眼淚

（請(qǐng)橫屏觀看，馬爾代夫庫拉馬提島俯瞰圖，其與諸多島嶼小國家將首當(dāng)其沖受到氣候變化帶來的影響，攝影師@陳立穩(wěn)）

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因?yàn)榈厍蛱佳h(huán)的改變

干旱將更加肆意

收集雨水或成為我們艱難的求生手段

（非洲居民收集雨水，圖片來源@聯(lián)合國官網(wǎng)）

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因?yàn)榈厍蛱佳h(huán)的改變

暴雨將更加頻繁

防洪排澇或成為我們習(xí)以為常的生活

（2021年7月鄭州特大暴雨后的災(zāi)情，攝影師@焦瀟翔）

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點(diǎn)亮文明之光的人類

如今面臨著巨大的挑戰(zhàn)

站在人類生態(tài)的命運(yùn)轉(zhuǎn)折點(diǎn)

氣候革命的號(hào)角已然吹響

05

氣候革命

在氣候變化的議題上

沒有任何一人能夠置身事外

而人類社會(huì)的有識(shí)之士們

已經(jīng)開始行動(dòng)

1992年6月

各國政府首腦匯聚巴西里約熱內(nèi)盧

參加聯(lián)合國的地球高峰會(huì)議

150多個(gè)國家在會(huì)議期間簽署的

《聯(lián)合國氣候變化框架公約》

成為全球應(yīng)對(duì)氣候變化的第一條國際公約

（2021年格拉斯哥氣候大會(huì)期間的氣候游行，紙板上書寫著“立即踐行氣候正義”，圖片來源@聯(lián)合國官網(wǎng)）

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一場場氣候峰會(huì)的激烈討論

一項(xiàng)項(xiàng)補(bǔ)充條款的具體政策

緊隨公約誕生

人類共同部署著應(yīng)對(duì)氣候變化的戰(zhàn)略

將氣候革命推向最前線

即控制二氧化碳的排放

然而

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、基礎(chǔ)建設(shè)、民眾生活

無可避免地需要使用大量能源

而在世界范圍內(nèi)

化石能源的使用仍然占?jí)旱剐詢?yōu)勢(shì)

減少碳排放便意味著要減少能源的使用

全球的現(xiàn)代化進(jìn)程都將受到阻礙

（2020年全球一次能源消費(fèi)比例，制圖@羅梓涵/星球研究所）

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但是

維系發(fā)展的生產(chǎn)活動(dòng)不能停止

城市夜晚的萬家燈火不能熄滅

尋找化石能源替代品便是關(guān)鍵的突破口

一架架風(fēng)車拔地而起

一座座大壩跨江而生

一片片電池板連片成海

它們將大自然的風(fēng)能、水能、太陽能收入囊中

以不排放二氧化碳的清潔方式

為人類社會(huì)發(fā)電

為氣候革命充能

（請(qǐng)滑動(dòng)查看，世界各地的清潔能源設(shè)施，從左至右依次為中國遼寧的海上風(fēng)電場、巴西伊泰普水電站、摩洛哥努奧三期光熱電站，攝影師@No one 曉東、視覺中國、祁凱）

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這些能源被稱為清潔能源

在氣候變化的背景下

它們成為世界的新潮流

中國也承諾在未來10年里

將清潔能源在一次能源消費(fèi)的比重

從16%提升至25%

（中國清潔能源占一次能源消費(fèi)比重變化，制圖@羅梓涵/星球研究所）

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不過僅靠能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整

來減少二氧化碳的排放

還不足以減緩全球快速變暖的趨勢(shì)

氣候革命的新高潮也已出現(xiàn)

即去除已排放的二氧化碳

這一思路將為人類活動(dòng)下的碳循環(huán)模式

尋找一個(gè)閉環(huán)的方式

人類首先從大自然中汲取經(jīng)驗(yàn)

通過植樹造林來制造更多的森林碳庫

為大氣中“過量”的二氧化碳尋找新家

（塞罕壩人工林場，攝影師@趙高翔）

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但在大量的二氧化碳面前

森林的儲(chǔ)碳能力亦有上限

游刃于工業(yè)化兩百余年的人類

開始在技術(shù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破

探索超越人們想象力的技術(shù)手段

工業(yè)活動(dòng)中產(chǎn)生的二氧化碳被收集起來

經(jīng)運(yùn)輸后或被注入廢棄油氣田

或被注入深部含鹽水層

甚至被注入幾千米深的海底

讓源自巖石圈的碳，重新回到巖石圈

這便是碳的捕集與封存技術(shù)

（二氧化碳被捕集后，除地質(zhì)封存外還可被利用，這些技術(shù)被統(tǒng)稱為CCUS；下圖為碳捕集與封存示意圖，制圖@龍雁翎/星球研究所）

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如此一來

即使人類活動(dòng)產(chǎn)生二氧化碳的總量不變

其凈排放量也能得到降低

而當(dāng)未來的某一天

人類能將一定時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的的二氧化碳

都從大氣中去除

讓它們存于森林、流入海洋、回歸地層

這便是實(shí)現(xiàn)了這場氣候革命的一大目標(biāo)

碳中和

（碳中和下的地球碳循環(huán)，制圖@龍雁翎/星球研究所）

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實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)無疑是困難且漫長的

自1992年的地球高峰會(huì)議

已經(jīng)過去了將近30年

氣候變化的討論熱度仍然居高不下

但人類在氣候革命每一步中的實(shí)踐、創(chuàng)新、突破

都在不斷給予我們希望

在減少碳排放上

2020年全球一次能源消費(fèi)量和碳排放量

較上年分別下降了4.5%和6.3%

達(dá)到1945年以來的最大降幅

（美國阿布洛峽谷核電站，核能亦是清潔能源之一，圖片來源@視覺中國）

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在去除已排放的二氧化碳上

2020年全球商業(yè)碳捕集與封存設(shè)施

已能夠每年永久封存4000萬噸二氧化碳

相比2010年水平已經(jīng)翻了2倍

（請(qǐng)橫屏觀看，位于塔里木盆地塔克拉瑪干沙漠的油井；碳封存技術(shù)在封存二氧化碳的同時(shí)也已被用于強(qiáng)化石油開采，此外塔里木盆地也被評(píng)估為我國碳封存潛力最大的地區(qū)之一，攝影師@文興華）

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而就在這場氣候革命如火如荼之際

中國亦向世界宣布了我們的“雙碳目標(biāo)”

在2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰

即全國碳排放自此不再逐年增長

在2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和

即實(shí)現(xiàn)碳的凈零排放

（請(qǐng)橫屏觀看，三峽大壩，是當(dāng)今世界最大的水力發(fā)電站，攝影師@黃正平）

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這意味著

我們將推進(jìn)能源供給側(cè)的改革

我們將擁有更多的清潔能源發(fā)電站

我們將擁有更高的森林覆蓋率

我們將擁有更先進(jìn)的碳捕集與封存技術(shù)

而這一切的核心是

我們將在發(fā)展的過程中

解決發(fā)展帶來的問題

我們將在發(fā)展的過程中

迎接一個(gè)更美好的地球

（內(nèi)蒙古烏蘭察布的太陽能發(fā)電與風(fēng)力發(fā)電站，攝影師@石耀臣）

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來自浩瀚宇宙的碳元素

已在地球巡游了46億年

在一場場碳的循環(huán)中

塑造了過去和現(xiàn)在的地球

湛藍(lán)、深邃、美麗

（1972年于阿波羅17號(hào)太空飛船拍攝的地球照片，被命名為“藍(lán)色彈珠”，圖片來源@NASA）

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如今的人類

正式接過了塑造地球的接力棒

未來的地球?qū)⑹呛文?/p>

需看我們將如何科學(xué)且自然地

與這個(gè)碳的世界相處

本文創(chuàng)作團(tuán)隊(duì)

撰文 | 丁昊

編輯 | 云舞空城

圖片 | 晝眠

設(shè)計(jì) | 龍雁翎 羅梓涵

審校 | 云舞空城 風(fēng)沉郁

鳴謝：中國載人航天工程辦公室

參考文獻(xiàn)

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[16]歷年《bp世界能源統(tǒng)計(jì)年鑒》

原標(biāo)題：《碳如何玩轉(zhuǎn)地球？》

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