蓝　虹｜碳中和与地球生命的演进

《生态文化》杂志2022年第4期发表了蓝虹撰写的散文《碳中和与地球生命的演进》，本期公众号选登这篇文章，以飨读者。

碳中和

与地球生命的演进

蓝　虹

一.

碳中和是地球生命的常态

碳中和目前已经成为大家关注的热点问题了。朋友们聚会，本来是轻松的休闲，以往聊的，都是家长里短的闲话，而今天，聊天的主题，竟然是碳中和。我其实本来也是做好了聊闲话的准备，比如，爆浆豆腐的三种做法，或者炫耀一下我新写的散文和诗。没想到，聚会的主题，竟然成了我的主场，大家都要我讲讲碳中和的故事。

朋友王新对我说，听说碳中和就是净零排放，也就是碳排放为零，感觉这是一个我们可以无限靠近却无法达到的目标，我们可以努力减排，却怎么可能做到一点二氧化碳都不排放呢？

我说，碳中和是净零排放的概念，但是，却不是我们一点二氧化碳也不允许排放，而是要实现碳排放和碳吸纳的平衡，是碳排放碳吸纳平衡的净零排放的碳循环。而且，实际上，地球生命存在和发展的历史，就是碳平衡碳中和的历史，如果碳平衡碳中和被打破，无论是碳排放大于碳吸纳的巨大正碳排放状态，还是碳吸纳大于碳排放的巨大负碳排放状态，地球生命生存都会遭遇极大灾难，甚至导致地球生物大灭绝，所以，碳中和才是地球生命生存的常态，碳排放大于碳吸纳或者碳吸纳大于碳排放才是地球生命历史的异常状态，必须调整回碳中和，不然就会威胁地球生命的可持续生存。

“地球生物大灭绝？”朋友娟子吃惊地问：“有这么严重吗？”我点点头，说：“知道吗，地球生命的起源和发展，都和碳平衡碳中和密切相关，所以，地球生命，又叫碳基生命。碳基生命就是以碳元素为有机物质基础的生物。地球上所有的生物都是碳基生物，包括人类在内都是以碳和水为基础。因为构成碳基生物的蛋白质，作为遗传物质的嘌呤和嘧啶等物质都是碳烃衍生物，所以称作碳基生物。碳基生命生存和延续的基础就是碳中和，是自然界中碳循环的净零排放。如果出现了任何打破这种平衡的非碳中和局面，时间和强度达到一定阈值，就会导致地球生物大灭绝。”

看着大家吃惊和不解的表情，我说：“要理解碳中和对地球生命系统的重要性，就要追溯到地球生命的起源。约45亿年前，地球还是一个围绕着太阳旋转的孤寂星球，没有任何生命。因为不断受到宇宙中其他天体陨石的撞击轰炸，岩浆之海席卷整个地球表面，这时的地球，就像一个熊熊燃烧的火球。这种频繁猛烈的天体撞击产生了大量的二氧化碳，所以大气中二氧化碳浓度非常高，更加剧了地球的热度，当时地球温度高达1200摄氏度。

娟子听了，歪着脑袋疑惑地问：“为什么大气层中的二氧化碳浓度高了，就会加剧地球的热度呢？”

我看了看娟子，娟子是医生，望闻听诊都很细微，真是很能抓住关键问题。我说，娟子，你提的问题非常好，这正是为什么碳中和是地球生命存在的基础的关键原因。因为二氧化碳是一种温室气体，当其在大气层时，可以捕捉和保存太阳的热辐射和热能，使其不能返回宇宙空间，这就好像给地球盖了一层厚厚的棉被，这也叫做温室效应。所以，在大气层中保持合适和稳定的二氧化碳浓度就非常重要，如果大气中二氧化碳浓度过高，就会导致地球表面升温，地球生命就会因为忍受不了过热的温度而无法很好地生存繁衍，当二氧化碳浓度持续升高，导致地球表面温度持续上升，到达一定阈值，就会导致地球生物大灭绝。但如果大气中二氧化碳浓度过低，就会导致地球表面温度降低，如果持续降低至一定阈值，地球生命也会受到严重威胁。

所以，碳中和是地球生命稳定存在和繁衍的基础，因为，只有实现地球碳循环平衡的碳中和，地球表面的温度才能稳定，生命延续赖以存在的生态系统才能稳定。例如，金星大气层二氧化碳浓度达到了96%以上，二氧化碳吸热性非常强的特点，导致了金星表面温度非常高，高浓度的二氧化碳还像一床厚厚的棉被，导致其热量无法散发，表面的平均温度高达480摄氏度，成为太阳系最热的行星。金星就像地球的孪生姐妹，因为它的大小、质量和密度都与地球相近，而且大气层也挺厚，但大气层96%以上的二氧化碳浓度，导致了金星的表面一片炽热，任何生命都无法在这样的高温炽热中生存。

另一个例子是火星，火星与太阳的距离和地球与太阳的距离相差不大 ，但火星上的大气密度却不到地球的1%，二氧化碳非常稀薄，起不到大气层的保暖作用，导致火星表面的温度非常低，非常寒冷，平均气温为零下55摄氏度。在这样寒冷的气温下，生命也是无法生存的，因为无法形成液态的水。只有大气层中二氧化碳的浓度合适，并且保持碳循环平衡，即碳中和，星球表面的温度和生态系统才能稳定，适宜于生命的存在和繁衍。

“我们地球真是幸运，多亏有了合适的二氧化碳浓度”，大家围拢着我说。我一看大家不知不觉被吸引了，就高兴地继续说，所以呀！我们要珍惜地球目前适宜生命生存和繁衍的生态系统，要尽快扭转目前碳排放大于碳吸纳的碳循环非平衡状态，尽快实现碳中和，才能维持地球生态系统的稳定和地球生命的可持续生存。我们不能以一种理所当然的心态去面对大自然给予我们的生命的幸运，地球生命的产生和存在本身就是一种偶然和幸运，生命是脆弱的，长期碳循环失衡，就会导致生命赖以存在的生态系统的不稳定，导致碳基生命根基的动摇。

大家听了，都沉默了，感受到碳中和的极度重要，也为人类的未来担忧。我打破了沉默，说，我给大家讲讲地球是怎样在碳循环平衡的碳中和环境下获得生命的诞生和演进的吧。大家立即抬起了头，很有兴趣地听。

二.

碳中和与蓝细菌海洋生态时代

我看了看窗外的喷泉流水，说，地球诞生之后很长时间是有大量的天体撞击事件的，导致地球像燃烧的火球。随着地球逐渐处于稳定状态，天体撞击事件减少，地球表面温度逐渐降低，大气层中的二氧化碳逐渐回落地面，这时大气层中的水蒸气开始凝结为水滴，为地球带来了延绵不断的暴雨，雨水汇成的海洋诞生了。科学家通过研究发现，地球在41亿年前下了一场长达几百万年的大雨，导致了原始海洋的出现。

海洋是地球上最大的活跃碳汇，是二氧化碳吸收器，被称为海洋碳库。如果只有海洋碳库吸纳大气层的二氧化碳，大气层的二氧化碳就会越来越少，无法达到碳中和。但大自然是神奇的，在形成海洋碳汇吸纳能力的同时，因为漂浮其上的大洋板块和陆地板块的冲击，导致火山的爆发，而火山爆发在喷射出大量炽热岩浆的同时，也喷射出了大量二氧化碳，并进入大气层。

重返大气的二氧化碳也不会无限增多，会重新被海洋吸纳，还有一部分融入雨水中，成为酸雨，冲刷侵蚀地表岩石，并将剥落的矿物质带入海底，生成碳酸盐岩沉入海底。这种海洋、大气、岩石圈之间二氧化碳的循环和转化，形成了碳循环吸纳和排放的碳平衡，这就是地球早期的碳中和循环系统，也被称为无机碳循环。这个无机碳循环形成的碳中和系统，就像一个精巧的恒温器，通过稳定大气中的二氧化碳含量，使地球温度维持在一个较稳定的温度区间。

因为海洋吸纳二氧化碳的能力，原始的海洋中逐渐生成丰富的含碳元素的有机物，例如氨基酸、糖类、核酸碱基等，这些富碳有机物在海洋不断累积，借助海底火山所提供的热能进行结合，逐渐形成蛋白质、碳水化合物、核酸等复杂的高分子有机物。约38亿年前，这些富碳有机物聚合在一起，逐渐演变成细胞，以碳元素为核心的碳基生命就在地球上诞生了。约27亿年前在海洋中出现的蓝藻菌，又通过光合作用，开启了有机碳循环平衡系统，形成了新的碳中和系统。

蓝细菌是海洋生态系统的重要组成部分和海洋初级生产力的重要组成部分，也是地球生命的开路先锋，它是一种单细胞的微生物，大小只有几微米，这种小小的生物，却十分神奇，即使到现在，我们呼吸的氧气有30%都是它们制造的，它曾经改变过地球，开创了地球的有氧时代，是地球最早的碳基生命。

地球无氧状况在地质历史上持续了20多亿年，直到蓝细菌的出现才得以改变。蓝细菌含有光合片层、叶绿素和藻蓝蛋白，可以利用太阳光将二氧化碳和水变成自身所需的养分，并释放氧气。蓝细菌的光合作用发展，不仅创建了有机碳中和系统，还使整个地球大气从无氧状态发展到有氧状态，从而孕育了一切好氧生物的进化和发展。但是蓝细菌并不是一出现就立马改变了大气环境，它还需要经过漫长时间进化以适应地球环境和大量繁殖。大约在24亿年前，蓝细菌进入了生命发展的旺盛期，在全球海洋大量蔓延和繁殖。

我看大家静静地听着，说的兴趣就更高了。所谓成也萧何败也萧何，蓝细菌的大量繁殖，吸纳了海水和大气中大量的二氧化碳，释放了大量的氧气，这意味着大气层中二氧化碳被大量吸纳和消耗，但与此同时，排放进大气层的二氧化碳却在逐渐减少，这就导致了碳循环的失衡和碳中和状态的破坏。二氧化碳的排放主要靠火山爆发，随着地球作为天体在太阳系的稳定，其诞生之初的那种高频率山崩地裂的撞击和火山爆发在逐渐减少。随着火山爆发频率的降低和蓝细菌繁殖速度的加速，大气中二氧化碳的吸纳大于二氧化碳的排放，碳中和状态被打破，大气中二氧化碳浓度不再保持稳定，而是持续下降。地球失去了二氧化碳温室效应的保护，这床包裹着地球的大棉被失去了，太阳的热辐射和热能来到地球后直接被反射回宇宙，几乎没有热能可以保留在地球表面，这导致了地球表面温度的逐渐下降，地球进入了长达3亿年的寒冷期，整个地球的温度下降，冰川锁住水，海平面降低，本来十分活跃的海洋生态系统遭受了毁灭性打击，85%以上的海洋生物死亡。大家听到这里，情绪也跟着低沉了。

三.

碳中和与陆地蕨类植物的繁盛

我被大家的情绪感染，语速也慢了下来。继续道，海洋生物的大量死亡，导致地球光合作用几乎停止，意味着大气层吸纳二氧化碳的能力逐渐减弱，而火山爆发释放二氧化碳的排放行为还在照常进行。经过3亿年的调整，新的碳平衡碳中和系统才逐渐形成，地球的地表温度才逐渐回升并稳定，生命在新的碳中和系统中继续演进，直至生命从海洋登上陆地，形成植物和动物，陆地生态系统的光合作用，又构成了新的碳中和系统。

我讲到这，娟子笑着说，真是柳暗花明又一村。娟子的笑声，一下感染了大家，纷纷催着我快些讲。大约4.5亿年前，由海洋藻类进化而来的苔藓、蕨类植物最早登上陆地。蕨类植物为了适应陆地上的生活，进化出了维管束。维管束像四通八达的管道一样，向植物各个部位输送水、矿物质以及由光合作用生产的有机物。另外，蕨类植物也进化出了功能各不相同的器官——根、茎、叶。一直以来荒芜得只有岩石的陆地，在蕨类植物的繁盛演进过程中，终于披上了绿衣。而且，蕨类植物枯萎了的茎等部位中的纤维素（多糖）为下一代的生长带去养分的同时，也为细菌的繁殖做出了贡献。

稍迟于植物，约4亿年前，昆虫类也登上了陆地。昆虫因身体上长有气门，也就是有用于呼吸的孔洞的特性，很快适应了在陆地上的生活。脊椎动物的登陆，是以淡水鱼类的进化为开端的。河川等比海洋浅，障碍物也比在海洋中更多。有时，比起在水中游动，爬行更便于移动，因此，淡水鱼类的鳍便有必要像脚一样发达有力。同时它们的皮肤、呼吸方式等，也为适应陆地生活而发生了进化。约3.5亿年前，经历过这一系列进化而诞生的两栖动物，终于登上了陆地。

陆地生态系统的光合作用，是维系陆地碳基生命发展的关键，首先出现在森林，森林系统中的光合作用，吸纳和保存了大量的碳，构成了碳吸纳和碳排放的碳循环平衡和碳中和系统，形成了森林碳库。

森林是由无数生物与各种非生命因子有机结合的整体，在3亿年以前地球上便有了茂密的森林，是以木本蕨类为主形成的。森林中的植物，利用太阳能，吸纳大气中的二氧化碳，与水作用后，转化成糖类等有机物和氧气。植物的光合作用，也就是植物的生长过程，森林植物吸收的二氧化碳，在太阳光的推动下，与水结合，变成了粗壮的大树。枝繁叶茂郁郁葱葱的树叶，稚嫩的小草，盛开的鲜花，累累的果实，这些，给森林中的动物提供了养分和营养，转化成了茁壮成长的小鹿、奔跑的野马等草食动物。森林植物光合作用释放的氧气，还为这些森林动物提供了必要的呼吸支持。而肉食动物通过捕猎和食用这些食草动物，将食草动物从森林植物中获取的碳基营养，转化为其自身成长和维系生命需要的营养。

陆地的光合作用，使大气中的二氧化碳，转化为碳基生命的营养支撑，地球物种变得更加繁杂多样。而动植物死后，微生物会将动植物尸体中的有机碳，分解成二氧化碳，重新回到大气层，从而完成陆地生态系统碳吸纳和碳释放的平衡，形成新的碳中和系统。缤纷多彩的生物多样性世界，就是根基于这个新形成的碳中和系统，碳基生命在新的碳中和系统中得到了更大发展。

四.

碳中和与恐龙世纪

恐龙的诞生和灭绝，都与碳中和息息相关呢。恐龙是上一任地球霸主，大家立即激起了兴趣，都期待地看着我，等着我讲解。我说，地质研究显示，在过去5亿年的时间里，地球的碳循环平衡和碳中和状态曾经遭受到五次严重的破坏，其中就包括大约6500万年前的小行星撞击地球事件，这次事件很多人都知道，因为它导致了地球恐龙的灭绝。

恐龙是生活在距今大约2.4亿至6500万年前的陆生动物，属于陆生爬行动物，曾经支配地球陆地超过1.6亿年。6500万年前，有一颗直径大约160公里的小行星撞击了地球，一下在大气中释放出了约1400吉吨的二氧化碳（1吉吨等于10亿吨），大气层的二氧化碳浓度剧烈上升；与此同时，因为猛烈撞击导致大量的气体和灰尘进入大气层，以至于阳光不能穿透，地球一片昏暗，森林植物和海洋藻类都无法进行光合作用，无法吸纳大气层猛烈剧增的二氧化碳。大气层的碳循环平衡和碳中和状态被破坏，地球被突然裹上了极其厚重的被子，大气层高浓度的二氧化碳捕捉和吸纳了大量太阳热辐射和热能，使其不能返回宇宙，地球上的气候发生了异常的变化，温度急剧升高。

行星猛烈撞击地球带来的浓厚黑云，使地球光合作用停止，植物不能从阳光中获得能量，海洋中的藻类和成片的森林逐渐死亡，食物链的基础环节被破坏，大批的动物因饥饿而死。除了恐龙，当时地球上大约80%的生物，包括沧龙科、蛇颈龙目、翼龙目、菊石亚纲以及多种植物与无脊椎动物，都因为这次事件导致的碳循环失衡和碳中和状态的破坏而灭绝。这是地质年代中最严重的生物集体灭绝事件。

恐龙的灭绝告诉我们，碳基生命是脆弱的，碳循环平衡和碳中和状态的维系对碳基生命的存在和繁衍发展是至关重要的。当地球上碳中和状态被破坏，无论是浓度过高还是过低，都会影响地球气候剧变，导致地表温度过热或者过于寒冷，地球上的植物都将因为生存环境的剧变而难以生存，更不用说进行稳定的光合作用，地球的有机碳循环从源头就会遭受严重破坏，动物不仅会因为碳循环中断，造成食物链的断裂因饥饿而死，还会导致各种身体机能的长期破坏和改变，生态系统也随之走向崩溃。

恐龙灭绝后，经过30多万年的地球生态自我修复，主要依靠无机碳循环中二氧化碳融入雨水和海洋，形成碳酸盐岩沉入海底，大气中二氧化碳浓度逐渐降低。大气层因为行星剧烈撞击导致的大量尘埃也慢慢回落地面，浓厚黑云逐渐散去，海洋藻类和陆地幸存的植物重新开始光合作用，也加速了大气层中二氧化碳的吸纳，从而形成了新的碳循环平衡和碳中和状态，地球碳基生命得以复苏，并进入新的发展阶段，哺乳动物开始成为地球新的主宰，人类在恐龙灭绝之后，成为新的地球霸主。

但是，传统工业革命导致的化石能源大量燃烧，人类现在又面临二氧化碳浓度急剧上升，碳中和被打破，危及地球安全。

听我讲到这儿，大家纷纷说：“蓝教授，听您这么讲解碳中和，我们懂了。”大家开始讨论怎么才能减少碳排放，实现碳中和，保护好我们的地球家园。

蓝虹：女，畲族，美国纽约大学博士后，中国人民大学环境学院教授、博士生导师。2017—2020年挂职担任贵州贵安新区绿色金融管委会主任。中国环境科学学会绿色金融分会副主任、中国环保产业协会绿色金融专业委员会副主任，联合国环境规划署可持续金融行动机构高级学术顾问，世界银行、亚洲开发银行绿色金融专家。被评为“2015年度中国人文社科最具影响力青年学者”。出版了《绿色金融理论体系与创新实践》系列专著，共7本。出版了散文集《山有木兮木有枝》。

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审核：曹靖

排版：董哲