渐渐失衡的碳循环

碳循环过程复杂而周密，它保证了生物圈乃至整个地球的平衡发展。然而，事情并非如此简单。进入21世纪，大气中累积的二氧化碳让人类越发担心，它成为人类头顶挥之不去的“乌云”。大气中二氧化碳的增多究竟意味着什么？

时间追溯到1771年，那时工业革命尚未蓬勃发展。一个叫做约瑟夫·普里斯特利的英国牧师设计了一个在当时看来是十分精巧的实验，从而找到了碳循环的关键步骤：他将一只老鼠放在一个密封的玻璃罩中，结果老鼠在一段时间之后气绝身亡；用一支蜡烛代替老鼠进行同样的实验，一段时间之后，密封玻璃罩中的蜡烛熄灭了。普里斯特利认为，燃烧过程和动物的呼吸均使空气受到损伤而无法继续支持生命。然而，绿色植物出现后，一切有了转机。普里斯特利将一棵薄荷放进了玻璃罩，和老鼠“共处一室”，这一次老鼠活得很好；同样，有植物在“身边”的蜡烛也继续燃烧、没有熄灭。普里斯特利在重复上述实验时，有时成功有时失败。他并不知道为什么。直到10年后，一位荷兰的植物生理学家发现，密封玻璃罩只有在有光照射时，其中的植物才能支持老鼠的继续生存和蜡烛的继续燃烧。

当时的普里斯特利还不知道这些过程中产生的关键气体是什么。现在我们知道，动物的呼吸和蜡烛的燃烧均消耗氧气，释放二氧化碳；而绿色植物在光合作用中消耗二氧化碳，释放氧气，正是氧气支持着燃烧和生物的呼吸作用。

普里斯特利实验阐述了一个非常浅显的道理：二氧化碳太多不是好事儿，它会让空气失去支持生命的能力。普里斯特利无法预见未来，他肯定不会想到，21世纪的人类会为二氧化碳发愁。发动汽车、打开电灯、调节游泳池的水温……随便干点儿什么，你都会直接或间接地向大气中排放二氧化碳。比起自然界中的那些规模庞大的碳的循环交换（比如生物呼吸、尸体腐败与植物光合作用之间的循环），人类额外贡献给大气的二氧化碳似乎显得微不足道。然而，对于一个已经达到平衡状态的天平，用手指一碰它便会失去平衡。人类活动已使自然受到重创。现在，大气中二氧化碳的水平已经比普里斯特利的年代高出30%。煤、石油、天然气，这些化石燃料曾经带动世界经济的飞速发展；现在，它们却因燃烧后产生大量二氧化碳而成为全球变暖的“罪魁祸首”。

自然的馈赠——碳吸收池

眼前的状况似乎一团遭，所幸还有自然的无私帮助——它为人类提供了“碳吸收池”，用来吸收大气中多余的二氧化碳。

海洋和陆生植物是大气中二氧化碳的两大吸收池。这两大吸收池吸入二氧化碳之后，会留下不同的“痕迹”。陆生植物吸收二氧化碳之后会释放氧气，因此吸收池附近的氧气浓度会有所升高；并且，植物似乎更乐于吸收那些含有同位素12C的二氧化碳（留下了含13C的二氧化碳），而海水却不具有这个特性。科学家曾预测，由于北半球拥有世界上大部分的工业和汽车，那里大气中的二氧化碳浓度应该相对较高。可大气样品检测的结果却显示，南北半球二氧化碳浓度的差异比预测值要小——意味着北半球有更大的碳吸收池。利用两个吸收池的不同特性，美国国家海洋和大气管理局(NOAA)的科学家彼得·唐斯和他的同事通过实验发现，在北半球发挥作用的碳吸收池主要是陆生植物。虽然它们的“胃口”时大时小，每年却平均吞掉20亿吨碳。

碳吸收池对人类非常重要。科学家认为，如果现在大自然抽回“帮助之手”——碳吸收池停止工作，人类可能在2050年之前就遭遇巨大灾难。相反，如果碳吸收池能够继续为人类造福，人类便可为自身争取时间，最终彻底摆脱那些大量排放二氧化碳的传统能源。一些科学家和工程师相信，如果人类可以更好地认识和了解天然的碳吸收池，就可以增强它们的吸碳能力，减小全球气候变化的威胁。

现在的问题是，我们是否可以认为这些碳吸收池就是人类的福祉。科学家不能肯定大自然对人类的拯救会一直持续下去。随着全球变暖的加剧，森林等生态系统会不会从“碳吸收池”转变为“碳排放池”，将它们曾经吸收的碳全部吐出来，甚至吐的比吸收的更多？美国普林斯顿大学的生态学者史蒂夫·巴卡拉说：“各种可怕的事情都有可能发生；其中的一些发生的可能性非常大，也许灾难就在眼前。”事实上，碳吸收池正在发生变化。

在全球气候变化的大背景下，植物生长发生了变化。在北半球高纬度地区，植被愈发茂盛，并且生长季延长。北极圈内的土著居民惊奇地发现，那些本来矮小的植物居然长高了。对此，巴卡拉认为原因很简单：你到那个地方去，会感到那里比原来暖和很多。变暖效应会加速植物的生长，使其吸收更多的二氧化碳，从而阻止进一步变暖——也许是个好消息？事情总需从多个角度来看。变暖同时给了害虫机会，使它们的生长速度加快、更易渡过冬季，于是整个害虫社会渐渐呈现出一片欣欣向荣的景象。1989年，美国阿拉斯加北部云杉蚜虫大爆发。染病的云杉的枝干变成橙色，黑色的蚜虫蛹附着其上，最终导致大批云杉死亡。专家将这次事件归咎于气候变暖。美国阿拉斯加大学的生态学者格伦·朱达认为，如果阿拉斯加以目前的预测速率变暖下去，到2090年，该地将实现“白色云杉的零生长”，那意味着北方针叶林将不复存在。可以想象那时的景象：古老的森林中，树木“尸体遍布”，二氧化碳从“尸体”上方飘逸而出……

气候专家的另一个担忧对象是极地的永久冻结带，大量富含碳的有机物被封存其中——碳的估计量约有2000亿吨。千百年来的低温将这些有机物埋葬在坟墓之中。现在，阿拉斯加大学的特里·蔡平却表示，“它们变成了大型定时炸弹”。

海洋这个“碳吸收池”的情况也并不乐观。根据一项由欧盟资助的5年科研项目的调查结果，北大西洋和南极这两大重要的碳吸收池的吸碳能力已急剧下降，目前其吸收二氧化碳的量仅为20世纪90年代中期的一半。另外，海洋中的重要“缓冲剂”——碳酸盐的储备有限，并且更新速度缓慢。在年复一年的吸收过程之后，海洋中的这一“缓冲剂”储备已所剩不多。