編者按：本文作者羅伯特·B·勞克林（Robert B. Laughlin）是美國斯坦福大學物理學教授，1998年諾貝爾物理學獎的共同獲得者。本文編譯自其關(guān)于能源危機的新書Powering the Future。值得注意的是，勞克林對氣候變化持懷疑態(tài)度，這與當今主流環(huán)境學者以及大多數(shù)科學家的的看法相左，本文觀點僅供參考。

每當討論地球的氣候與能源前景之時，首先都要回溯一下地質(zhì)年代，這看似矛盾，其實并非如此。正由于對地球的認識存在誤區(qū)，我們現(xiàn)在才會對未來感到迷惘。如何區(qū)分現(xiàn)實與謎團，專家們也束手無策，只能例行公事般地談?wù)撨^去、預測未來。備受尊崇的科學家們警告人們能源短缺迫在眉睫，化石燃料行將枯竭；華爾街的高管們將科學家的預測斥之為離奇的神話，呼吁加大能源開采力度。環(huán)保主義者直言地球毀滅的罪魁禍首將是煤、石油與天然氣；經(jīng)濟學家則無視他們，稱地球面臨的危險是無煤、石油和天然氣可燒。地質(zhì)研究人員通報最新的發(fā)現(xiàn)，揭秘幾百萬年之前的地球是什么樣的；神創(chuàng)論的研究人員也公布他們的最新研究成果，說幾百萬年前地球根本就不存在。在這一片混亂中保持清醒的唯一途徑是從基礎(chǔ)知識中尋找支持，然后自己決定該相信什么，不該相信什么。

地質(zhì)年代是一個相當寬泛的概念，為了厘清頭緒，我們需要將其轉(zhuǎn)換為更加具體一些的內(nèi)容。我喜歡舉降水量的例子。

○全球每年的總降水量大約有1米，相當于一只金毛獵犬的高度。

○自從工業(yè)革命以來，全球的總降水量大約是200米，相當于美國胡佛水壩的高度。

○如果從摩西時代（公元前十三世紀）開始算，全球的總降水量足夠灌滿全世界的海洋。

○將起點推至冰河時代，全球的總降水量足以4次灌滿全世界的海洋。

○若從恐龍滅絕開始算，全球的總降水量足夠灌滿全世界的海洋2萬次，是地球體積的3倍。

○再向前推，從煤炭形成的年代算起，全球的總降水量足夠灌滿15個地球。

○前推到氧氣出現(xiàn)之時算起，全球的總降水量相當于100個地球那么大。

常識告訴我們，毀掉這么古老的星球，想起來很容易辦起來難。地球經(jīng)歷了大規(guī)模的火山爆發(fā)、洪水、流星撞擊、造山運動以及其它各種形式的劇烈活動，這些都比人類對自然界的影響力要大得多，但地球依舊巋然轉(zhuǎn)動。它算是一個幸存者。我們無法準確地知道地球是怎樣從這些災難中恢復過來的，因為巖石并未告訴我們太多信息，但我們知道地球確實恢復過來了——證據(jù)就是我們?nèi)祟愡€在地球上生活。

氣候或許在變暖，但是地球不在乎

不管怎樣，如今許多有責任感的人都在關(guān)心地球遭受的損害。人類燃燒化石燃料產(chǎn)生的二氧化碳正以可怕的速度在大氣層中積聚，一個世紀之內(nèi)二氧化碳濃度就會翻一番。這種積聚現(xiàn)象可能會把地球的平均溫度提高幾攝氏度，足以影響氣候并加速兩極冰蓋的融化。各國政府對這種前景已經(jīng)變得非常警覺，都在大張旗鼓地采取對策讓氣候變暖減速，盡管往往收效甚微。這些行動包括通過立法確認碳排放上限（carbon caps）、為碳封存理論（carbon sequestration）研究提供資金支持、資助替代能源技術(shù)的研發(fā)，以及簽署國際條約，以便平衡國與國之間的經(jīng)濟代價。

不幸的是，人類與地球之間的關(guān)注并不是相互的。按照時間的進程來看，地球可不關(guān)心什么政府、立法；它也不關(guān)心你是否會關(guān)掉空調(diào)、冰箱和電視。它不會注意到你關(guān)小了溫控器，或是開著一輛混合動力汽車。這些行動只不過是把痛苦再多延續(xù)幾個世紀而已。在地球的“眼里”，這就是轉(zhuǎn)瞬之間的事，而最終的結(jié)果都是一樣的：原先埋在地下的化石燃料都跑到了空氣中，沒剩下什么可以燃燒的東西了。地球計劃花上大約1000年的時間，將大部分二氧化碳溶解回海洋中，從而使空氣中的二氧化碳濃度達到比今天略高的水平。再經(jīng)過幾萬年，也許幾十萬年，地球?qū)⒕徛匕堰^量的二氧化碳轉(zhuǎn)化為巖石，最終使海洋中和空氣中的二氧化碳濃度恢復到人類出現(xiàn)之前的水平。從人類的視角來看，這個過程可以算是杳無盡頭了，但放在地質(zhì)年代中則是一眨眼的功夫。

當然，上述二氧化碳演變過程在某些細節(jié)上還比較模糊。既然是預測，那么肯定是主觀想象或計算出來的結(jié)果，我們只有借助人們已經(jīng)認定的基本事實與科學原理。人類排出的二氧化碳被海洋吸收的時間長短取決于海洋中表層水與深層水的混合程度。而在達到平衡之后，殘留在大氣中的二氧化碳量則取決于計算模型假定的工業(yè)燃燒量。沒有人可以準確地算出過量的二氧化碳轉(zhuǎn)變成石灰石并消失在巖石中需要花多長時間，甚至人們對其中涉及的某些化學變化都未真正搞清楚。有一種看法認為，在人類出現(xiàn)之前，某種未知的地質(zhì)調(diào)整過程已經(jīng)把地球上的二氧化碳鎖定在某個濃度范圍之內(nèi)了，幾百萬年以來一直就是這樣。但大多數(shù)模型（甚至一些很悲觀的模型）都顯示，在一個千年期內(nèi)，二氧化碳濃度將出現(xiàn)劇烈的波動，之后地球?qū)⒙刈兓氐较袷非耙粯訕O度寒冷的狀態(tài)。

預測全球變暖還面臨著深層次的困難：目前的氣象觀測中根本無法找到大量全球變暖的證據(jù)。理論上講，氣候變化應(yīng)當會在降水量、颶風產(chǎn)生的頻率、氣溫等方面反映出來，但在實際上卻不是這樣。因為氣候模式受到海洋中持續(xù)數(shù)年的大規(guī)模氣候現(xiàn)象控制，比如與氣候變化無關(guān)的厄爾尼諾南方濤動（El Ni?o Southern Oscillation）和北太平洋環(huán)流系統(tǒng)震蕩（North Pacific Gyre Oscillation）。為了驗證“全球變暖”之說，我們還必須將上述影響因素剔除出去，研究以世紀為最小時間單位的微妙變化，但沒人知道該如何下手。

人類的破壞力在生物多樣性

毋庸置疑，如果把生物多樣性遭到的破壞也算在內(nèi)，人類確實會對地質(zhì)年代造成持續(xù)的損害。相當多的證據(jù)表明，人類正在一手導演生物學家所說的“第六次物種大滅絕”（sixth mass extinction）。許多人認為，目前人類活動造成的損失可以和第五次物種大滅絕（即恐龍的滅絕）相提并論。與二氧化碳過量不同，物種滅絕是不可逆的。恐龍滅絕后，雖然氣候狀況的改善讓自然界得到了一定程度的修復，地球卻無法令它們重生。地球上的物質(zhì)活動仍將繼續(xù)下去，但肯定是“物是人非”了。

我們不能把物種滅絕的責任都推給二氧化碳。這里有幾個確實可以怪罪二氧化碳的例子，最明顯的是珊瑚，珊瑚可能對表層海水的酸性特別敏感；還有就是兩棲動物銳減的原因仍未確定。但除了這幾個孤立案例之外，讓碳基燃料在地下再深埋一段時間也并不會在減少生物多樣性的損失。真正的問題在于人口壓力——過度捕獲、棲息地破壞、濫用殺蟲劑、物種入侵等。若想要放緩因人類活動引起的物種滅絕步伐，需要大量減少世界人口數(shù)量，不過這不太可能實現(xiàn)。

被遺忘的簡單事實

不能因為人口、氣候和碳使用量等問題很敏感，我們就放棄對此作出判斷。如果我們放棄，就會一直困惑下去。在討論未來之時，也許是因為科學倫理不允許將推論與事實相混淆，地球科學家們會傾向于極端保守主義。他們通過各種方式竭力證明地球正在變暖、海洋正在酸化、化石燃料即將枯竭，盡管這些現(xiàn)象從地質(zhì)年代來看是不證自明的。這些結(jié)果令人沮喪，雖然堆積了數(shù)據(jù)越來越多，但卻越來越難以讓人理解。在這種情形下，如果事實很簡單，我們就應(yīng)當尊重事實，只有這樣我們才能走出重重迷霧。

海洋儲存二氧化碳的巨大能力就是一個簡單的事實，在這一點上我們要有信心。上初中時我們應(yīng)當做過這個科學實驗：把一杯蒸餾水在實驗臺上放一晚，轉(zhuǎn)天水就出現(xiàn)弱酸性，這是吸收了空氣中二氧化碳的緣故。僅憑這種效應(yīng)不能吸納更多的碳，大部分二氧化碳依然存在于空氣中。但如果模擬海底的碳酸巖環(huán)境，把一塊石灰石扔到水里，你會發(fā)現(xiàn)第二天早上水呈弱堿性。此時溶在水中的碳含量擴大了60倍。取樣品分析一下碳的來源，你會發(fā)現(xiàn)一半來自石灰?guī)r，另一半來自空氣。這都是拜碳酸氫鹽的基本化學變化所賜。你還會發(fā)現(xiàn)這杯水的堿度與海水的堿度是接近的，其二氧化碳的承載能力也和海水一樣。海水中的碳含量是大氣中碳含量的40倍，總量有30萬億噸，是全球煤炭儲量中碳含量的30倍。

地球究竟有多老？

地質(zhì)年代的測定方法并不復雜，也值得信賴，但不是每個人都贊同這種評估方法。地質(zhì)年代同某些宗教信仰肯定是相互抵觸的，更重要的是：盡管測定方法簡單，但這些內(nèi)容對普通民眾來講，都是模模糊糊、乏味無聊的。如果你去超市和收銀員談?wù)撚嘘P(guān)古生代、放射性或者巨型古代動物消失的話題，她肯定會報之以微笑，并把你當成瘋子從超市里轟出來。

僅靠常識去估算地質(zhì)年代有些困難，也很粗略。上世紀60年代之后，巖石的放射性定年法被廣泛使用。這種現(xiàn)代方法技術(shù)高深、設(shè)備復雜，但從概念上講卻很簡單。實驗過程如下：把一塊高爾夫球大小的巖石放在真空箱內(nèi)。將巖石熔化，把所有排出的氣體收集起來，測定氣體中包含的氬元素的總質(zhì)量。然后將同樣的一塊巖石放在酸液中溶解，通過非常簡單的濕化學法操作，測定溶液中包含的鉀元素的總質(zhì)量。兩種質(zhì)量的比率再乘以某個系數(shù)即可得到巖石的年齡。這種物理學測定方法的依據(jù)是：在幾乎所有巖石中都可以找到鉀的蹤跡，而鉀帶有微弱的放射性，可以衰變成化學惰性元素氬。當巖石非常熱，特別是熔化成火山熔巖的時候，氬很容易從巖石中逸散出來，但會被其他物質(zhì)捕獲。常見的火山巖在凝固的時候不含有氬元素。因此從此刻起，巖石中含有的氬元素的質(zhì)量便與發(fā)生衰變的鉀原子建立起對應(yīng)關(guān)系，逝去的時間便可以據(jù)此計算出來了。

隨便撿塊巖石就發(fā)現(xiàn)它有幾百、幾千萬年的地質(zhì)年齡，這聽起來不可思議，但實際上非常常見?！段锓N起源》第一版上有個特別著名的例子：威爾德巖層是倫敦東南部的一個地質(zhì)構(gòu)造區(qū)域。在書中，達爾文借助侵蝕理論估計這處巖層的地質(zhì)年齡有3億年。在當時是不可能使用放射性定年法校核這個估計值的，第二版中他將估計值減小了一半，而到了第三版時，達爾文干脆把相關(guān)內(nèi)容全部刪去了。不過從概念上講，他的論證是正確的，而且估計值本身也接近準確值。威爾德巖層的年齡大約是1.2億年，正負誤差1000萬年。這是英格蘭一處非常有趣的地方，它既是黑斯廷斯戰(zhàn)役打響的地方，也是板球的發(fā)祥地，還是最早發(fā)現(xiàn)恐龍化石的地方。

世界上最古老的巖石不在英國，而是在受到冰河時代冰川強烈作用的地區(qū)，比如格陵蘭、加拿大北部地區(qū)和芬蘭北部地區(qū)。在這些地方，冰川將上層沉積巖全部磨去，使下面的原始巖石裸露出來。對這些巖石進行放射性定年法測定顯示，它們的年齡都超過了英國巖石的地質(zhì)記錄，并再向前推了40億年。這些最古老的巖石年齡與隕石和月巖的年齡吻合，暗示這就是地球誕生的時間。地球的年齡對有關(guān)能源的討論并不重要，但可以幫助確立全部地質(zhì)年代的跨度。

起起伏伏的冰河時代

在過往的地質(zhì)年代內(nèi)，各塊大陸上下位移的距離很大，但海平面高度并未像山體那樣劇烈地上下波動。有證據(jù)顯示，在最近的6億年里，海洋沉積物是連續(xù)累積的。我們可以根據(jù)留在巖石中的線索估算在過去的地質(zhì)年代中海平面的高度。地球上的水量并未隨著地質(zhì)年代的更迭發(fā)生明顯的變化，同時海平面的漲落主要是受到極地冰蓋（polar ice sheets）的消長和海盆容積緩慢變化的影響。海平面的歷史復雜有趣，但與現(xiàn)在海平面高度的偏差從未超過200米。

在最近的100萬年里，冰川作用使得海平面起伏特別活躍。在海洋沉積層中，氧同位素比值（oxygen isotope ratio）隨著巖層深度的變化波動極大。這些比值可以間接測量沉積過程中鎖定在冰川冰層內(nèi)的水量。從沉積記錄看，歷史上共發(fā)生了9次大的冰河時期。每一次都會讓海平面降低50多米，隨后會突然恢復到目前的水位。至少有4次冰河時期使海平面下降幅度超過100米。其中最近的一次，海平面降低了120多米。海平面的降低幅度與珊瑚礁的抬高幅度是相互印證的。由于珊瑚只能生活在淺水區(qū)域，所以通過珊瑚礁就可以看到某海域相對抬升的變化。海平面的降低也與人類用冰量的估計值保持一致。比如長島、南塔吉特島和大湖區(qū)等地存在工業(yè)化取冰活動，總量達到5000萬億立方千米。

冰河時期是自然界氣候變化非常壯觀的例子，它每隔10萬年發(fā)生一次，而且每次都表現(xiàn)出同樣奇怪的、緩慢而穩(wěn)定的冷卻模式，之后再突然回暖，恢復到與今天類似的氣候狀況。對冰川消退后殘留的木質(zhì)殘骸進行的放射性碳年齡交叉測定結(jié)果顯示，最近一次冰川融化發(fā)生在1.5萬年前，且融化速度很快。在1萬年里，海平面每年上漲幅度超過1厘米，然后就停止了。冰川繼續(xù)融化需要的熱量是目前人類文明能量消耗量的10倍，總的融水流量相當于兩條亞馬遜河，或全世界河流總泄流量的一半。

冰河時期并非是自然界氣候變化的唯一例證。600萬年前，地中海是干涸的；9000萬年前，短吻鱷和烏龜還在橫行北極圈；1.5億年前，海水淹沒了北美大陸的中部地區(qū)，使之成為恐龍的墳場；3億年前，大火將歐洲大陸北部地區(qū)變成荒漠，南極洲形成了煤；在大約100或200萬年前，也就是大冰河時期之前，還經(jīng)歷了了大約30次規(guī)模較小的冰河時期。

地質(zhì)年代的啟示

沒人知道遠古時代為什么會發(fā)生這些劇烈的氣候變化。比較流行的解釋包括：其它行星對地球軌道的擾動、洋流發(fā)生紊亂、溫室氣體濃度的波動、雪帶來的熱反射、大陸漂移、彗星撞擊地球、大洪水、火山以及太陽輻照度產(chǎn)生了緩慢變化等。不過迄今為止，還沒有有力的科學證據(jù)來支持上述解釋。唯一可以確認的是，上述自然界的變化并沒有人類參與。在冰河時期，小規(guī)模的人類活動不足以產(chǎn)生影響力，而在冰河時期之前根本就沒有人類活動。

現(xiàn)在我們知道了地質(zhì)記錄的啟示：氣候比能源的影響更深刻。能源問題是對人類創(chuàng)造力的考驗，隨著時間的推移，這個問題會日益凸顯。氣候變化則與此相反，氣候變化是與地質(zhì)年代有關(guān)的問題，地球用不著征求任何人的同意，也不用做自我辯解，它只會按照自己的規(guī)律行事。地球在其行動計劃中，并未準備給人類文明帶來什么潛在的災難。人類活動的影響力的大小，遠遠談不上要為破壞地球的氣候負責，一旦地球做出了什么可怕的決定，人類甚至都無法預防。比如說，如果地球決定再次冰封加拿大，除了把在加拿大的房子賣掉之外，很難想象你還有什么扭轉(zhuǎn)乾坤的辦法；如果地球準備融化格陵蘭冰原，那你最好把孟加拉的房子賣掉，因為上漲的海水肯定會讓你的小窩葬身水底的。地質(zhì)記錄提示我們，在為能源前景絞盡腦汁的時候，不必過于關(guān)心氣候狀況，不是因為它無足輕重，而是因為我們根本無能為力。