生物科技小論文

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人類早期的活動能力、也就是破壞自然的能力很弱，最多隻能引起局部地區小氣候的改變，所以幾百萬年間人與自然還能相安無事。但是工業革命以來情況發生爭劇變化。工業化意味着大量燃燒煤和石油，意味着向地球大氣排放巨量的廢氣。其中二氧化碳氣體造成大氣温室效應，使全球變暖、極冰融化、海平面上升；二氧化硫和氮氧化物可以形成酸雨；氯氟烴氣體能破壞高空臭氧層，造成南極臭氧洞和全球臭氧層變薄。此外，工業化排放的污染氣體也使人類聚居的城市成了濃度特高的大氣污染島……人類在發展經濟、提高生活質量的同時也闖下了彌天大禍。不少災害看起來似乎是天災，而實際上卻往往是屬於人類自己造成的人禍。被破壞的地球大氣正在對人類進行可怕的報復，大自然是絕不會因為人類的無知而原諒人類的。

1992年6月，世界各國元首、政府首腦雲集巴西里約熱內廬，在聯合國《氣候變化框架公約》上簽字。為什麼氣候變化這樣一個普普通通的科學問題，會變得如此令人關注？

原來，工業革命以來，由於人類大量燃燒化石燃料和毀滅森林，使全球大氣中二氧化碳（CO2）含量在百年內增加了25％。如果按目前CO2濃度的增加速度，到2100年大氣中CO2含量將增加一倍。據聯合國發佈的評估報告，那時全球平均氣温會比現在上升1.0～3.5℃，這將引起極冰融化、海平面上升15～95釐米，從而淹沒大片經濟發達的沿海地區，還可能引起其他一系列嚴重問題。世界各國政府開始重視這種狀況及其危害後果，共同商討削減CO2排放量的問題。

什麼叫温室效應

全球的地面平均温度約為15℃。如果沒有大氣覆蓋，根據地球獲得的太陽熱量和地球向宇宙空間放出的熱量相等的原理，可以計算出地球的地面年均温度為－18℃。這33℃的温差就是大氣像被子一樣保護地球造成的。這就是温室效應。

宇宙中任何物體都輻無線電磁波。物體温度越高，輻射的波長越短。太陽表面温度約6000K，它發射的電磁波的波長很短，稱為太陽短波輻射（其中包括從紫到紅的可見光）。地面在接受太陽短波輻射而增温的同時，也時時刻刻向外輻無線電磁波而冷卻下來。地球發射的電磁波因温度較低而具有較長的波長，稱為地面長波輻射。短波輻射和長波輻射在經過地球大氣時的遭遇是不同的：大氣對太陽短波輻射來説幾乎是透明的，而它卻強烈吸收地面長波輻射。大氣在吸收地面長波輻射的同時，它自己也向外輻射波長更長的長波輻射（因為大氣的温度比地面更低）。其中向下到達地面的部分稱為逆輻射。地面接受逆輻射後就會升温，這也可以説是大氣對地面起到了保温作用。這就是大氣温室效應的原理。

地球大氣的這種保温作用，很類似於種植花卉的暖房頂上的玻璃（温室效應也可稱為暖房效應或花房效應），因為玻璃也具有透過太陽短波輻射和吸收地面長波輻射的保温功能。

温室效應源自温室氣體

我們知道，並不是大氣中的每種氣體都會強烈吸收地面長波輻射的。地球大氣中起温室作用的氣體稱為温室氣體，主要有二氧化碳、甲烷、臭氧、一氧化二氮、氟里昂以及水汽等。它們幾乎吸收地面發出的所有波長的長波輻射，只有一個很窄的區段吸收很少，這個區段被稱為“盲區”。地球主要通過這個盲區把從太陽獲得的熱量中的70％又以長波輻射形式返還宇宙空間，從而維持地面温度不變。我們所説的.温室效應，主要是指由於人類活動增加了温室氣體的數量和品種，使這盲區即能返回宇宙空間的70％的熱量的數值下降，使留下的餘熱增多而使地球變暖的情況。

不過，CO2等温室氣體雖然吸收地面長波輻射的能力很強，但它們在大氣中的數量卻極少。如果把壓力為一個大氣壓、温度為0℃的大氣狀態稱為標準狀態，那麼把地球整個大氣層壓縮到這個標準狀態，它的厚度是8000米。目前大氣中CO2的含量是355ppm即百萬分之355（ppm為百萬分之一），把它換算到標準狀態，就是2.8米厚。在8000米厚的大氣中就佔這2.8米厚的這一點點。甲烷含量是1.7ppm，相應是1.4釐米厚。臭氧濃度是400ppb（ppb為ppm的千分之一）換算後只有3毫米厚。一氧化二氮是310ppb，2.5毫米。氟里昂有許多種，但大氣中含量最多的氟里昂12也只有400ppt（ppt是ppb的千分之一），換算到標準狀態只有3微米。由此可見大氣中温室氣體是極少的。正因為如此，所以人為釋放的温室氣體如不加限制，很容易引起全球迅速變暖。

早在1938年，英國氣象學家卡林達在分析了19世紀末世界各地零星的CO2觀測資料後，指出當時CO2濃度已比世紀初上升了6％，並指出從上世紀末到本世紀中葉全球存在變暖傾向，在世界上引起了很大反響。為此，美國斯克裏普斯海洋研究所的凱林於1958年在夏威夷的冒納羅、亞山海拔3400米的地方建立起了觀測所，開始了大氣中CO2含量的精密觀測。夏威夷位於北太平洋中部，幾乎未受陸地大氣污染的影響，觀測結果有相當高的可靠性。

從冒納羅亞山觀測到的1958年4月到1991年6月大氣中CO2濃度的變化曲線可以看出1958年時大氣中CO2含量不過315ppm左右，而1991年已經達到了355ppm。問題的嚴重性還在於，人類每年燃燒55億噸化石燃料（每噸約產生4噸CO2）中，大約只有一米進入了大氣，其餘一米主要被海洋和陸地植物所吸收。一旦海洋中CO2達到飽和，大氣中CO2含量將成倍上升。從圖上還可發現CO2含量還有季節變化，冬夏可以相差6ppm。這主要是由於北半球廣闊大陸上植被冬枯夏榮的影響，因為植物在夏季大量吸收CO2因而使大氣中CO2濃度相對降低。

根據對南極和格陵蘭大陸冰蓋中密封的氣泡中空氣的CO2濃度測定，古代大氣中CO2含量一直比較穩定，大體是280ppm左右。只是從18世紀中葉，即工業革命前後開始逐步上升。人類用了240年時間，使大氣中CO2濃度從280ppm上升到355ppm。

甲烷是僅次於CO2的重要温室氣體。它在大氣中的濃度雖比CO2少得多，但增長率卻大得多。據聯合國政府的氣候變化委員會（IPCC）1996年發表的第二次氣候變化評估報告的資料（簡稱《報告》），從1750～1990年共240年間CO2增加了30％，而同期甲烷卻增加了145％。甲烷也稱沼氣，是缺氧條件下有機物腐爛時產生的，例如水田、堆肥和畜糞等都會產生沼氣。一氧化二氮又稱笑氣，因為呼入一定濃度的這種氣體後會引起面部肌肉痙攣，看上去像在發笑一樣。它主要是由於使用化肥、燃燒化石燃料和由生物體所產生的。大氣中的臭氧含量，在平流層中雖有減少，但在對流層中是增加的。氟里昂氣體是氯、氟和碳的化合物，它在自然界裏本不存在，完全是人類製造出來的。由於它的溶點和沸點都比較低，不燃、不爆、無臭、無害、穩定性極好，廣泛用來生產製冷劑、發泡劑和清潔劑等。地球大氣中濃度最高的氟里昂12和氟里昂11含量雖都極少，但這些年增長率卻很高，均達到年增5％。根據1987年國際《蒙特利爾議定書》，它在大氣中的濃度將在21世紀初開始逐漸減少。

應當説明，CO2以外的其他温室氣體在大氣中的濃度雖比CO2小得多，有的要小好幾個量級，但它們的温室效應作用卻比CO2強得多，它們對大氣温室效應的作用，根據IPCC第二次《報告》，都只比CO2低一個量級。這是值得注意的。

温室效應的後果

如前所述，工業革命前大氣中CO2含量是280ppm，如按目前增長的速度，到2100年將增加到550ppm，即幾乎增加一倍。全世界的許多氣象學家都在努力研究，CO2含量增加一倍以後，到2100年全球的平均氣温會增高多少？

目前採用的具體辦法是，根據大氣運動規律和物理狀態變化規律，設計成數值模式進行計算。但由於人們對大氣運動變化規律的認識還不夠完善，採取的簡化設計辦法也不同，因而各個模式的計算結果常相差很大。為此80年代美國科學院組織了評估委員會，對這些模式的結果進行研究和綜合評詁，最終得出CO2倍增後全球平均氣温將上升1.5～4.5℃。這就是對本問題最有權威的組織——聯合國IPCC第一次《報告》中採用的數字。

近年來，氣候模式的模擬能力有了重大改進，這主要是考慮了大氣中氣溶膠（空氣中懸浮的微小顆粒）的作用。因為在燃燒化石燃料放出CO2的同時也釋放了巨量的硫化物等氣溶膠。這種氣溶膠顆粒會遮擋部分陽光使之無法到達地面，使地面氣温降低，起到冷卻作用。其數值據IPCC估計可達－0.5瓦／平方米，即相當於CO2增温效應（＋1.56瓦／平方米）的1／3，比甲烷的增温效應（+0.47瓦／平方米）還略大。主要根據這個改進，IPCC1996年公佈的第二個《報告》中，把2100年CO2倍增後全球平均氣温的升温值從1.5～4.5℃，修改為1.0～3.5℃。評估報告中還指出，由於海洋的巨大熱慣性，到2100年這個增温值中大約只有50～90％得以實現。

模式計算結果還説明，全球平均增温1.0～3.5℃並不均勻分佈於世界各地。赤道和熱帶地區不升温或幾乎不升温，升温主要集中在高緯度地區，數量可達6～8℃甚至更大。這一來引起另一嚴重後果，即兩極和格陵蘭的冰蓋會發生融化，引起海平面上升。北半球高緯度大陸的凍土帶也會融化或變薄，引起大範圍地區沼澤化。還有，海洋變暖後海水體積膨脹也會引起海平面升高。IPCC的第一次評詁報告中預計海平面上升20～140釐米（相應升温1.5～4.5℃），第二次評估報告中修改為15～95釐米（相應升温1.0～3.5℃），最可能值為50釐米。即比第一次評估結果降低了約25％。IPCC的第二次評詁報告還指出，從19世紀末以來的百年間，由於全球平均氣温上升了0.3～0.6℃，全球海平面相應也上升了10～25釐米。

全球海平面的上升將直接淹沒人口密集、工農業發達的大陸沿海低地地區，後果十分嚴重。1995年11月在柏林召開的聯合國《氣候變化框架公約》締約方第二次會議上，44個小島國組成了小島國聯盟，為他們的生存權而呼籲。

此外，研究結果還指出，CO2增加不僅使全球變暖，還將造成全球大氣環流調整和氣候帶向極地擴展。包括我國北方在內的中緯度地區降水將減少，加上升温使蒸發加大，氣候將趨於乾旱化。大氣環流的調整，除了中緯度地區乾旱化之外，還可能造成世界其他地區氣候異常和一些災害，例如低緯度颱風強度將增強，颱風源地將向北擴展等。氣温升高還會引起或加劇一些傳染病流行。以疾為例，過去5年中世界痰疾發病率已翻一兩番，現在全世界每年約有5億人得痰疾，其中200多萬人死亡。

但是，温室效應也並非全是壞事。最寒冷的高緯度地區增温最大，農業區將向極地大幅度推進。CO2增加也有利於植物光合作用而直接提高有機物質產量。還有的專家指出，在我國和世界歷史上温暖期多是降水較多、乾旱區退縮的繁榮時期。

在大氣温室效應這個問題上，也有不同意見。有些科學家認為：目前數值模式還不成熟，計算結果過於誇大；百年升高0.3～0.6℃屬於正常氣候變化，不能證明是大氣温室效應所造成。這是少數人的意見。

儘管如此，對於目前大氣中CO2濃度和全球温度正迅速增加，以及温室氣體增加會造成全球變暖的原理，都是沒有爭論的事實。我們如果等到問題已發展到了可以明顯感知的水平，就往往難以逆轉。因此必須引起高度重視，以便採取對策，保護好人類賴以生存的大氣環境。

全球對策

大氣温室效應造成的全球變暖，對策主要有以下3個方面。

第一方面是減少目前大氣中的CO2。最切實可行的辦法是廣泛植樹造林、加強綠化、停止濫伐森林；用太陽光的光合作用大量吸收和固定大氣中的CO2。還有利用化學反應來吸收CO2的辦法，但在技術上都不成熟，經濟上更難大規模實行。

第二方面是適應。這是無論如何必須考慮的問題。例如除了建設海岸防護堤壩等工程技術措施以防止海水入侵外，有計劃地逐步改變當地農作物的種類和品種，以適應逐步變化的氣候。日本北部因為夏季過涼，過去並不種植物稻，即使種了產量也很低。由於培育出了抗寒抗逆品種，現在即使在最北的北海道也不僅能長水稻，而且產量還很高。這是一個很好的例子。氣候變化是一個相對緩慢的過程，只要能及早預測出氣候變化趨勢，我們是能找到適應對策並順利實施的。

第三方面是削減CO2的排放量。這是在1992年巴西里約熱內盧世界環境與發展大會上，各國領導人共同簽署的《氣候變化框架公約》的主要目的（框架是指比較原則，有待進一步具體化的意思）。公約要求在2000年發達國家應把CO2排放量降回到1990年水平，並向發展中國家提供資金和轉讓技術，以幫助發展中國家減少CO2的排放量。近百年來全球大氣中CO2濃度的迅速升高，絕大部分是發達國家排放造成的。發展中國家首先是要脱貧、要發展，發達國家有義務這樣做。

由於公約是框架性的，並沒有約束力。而削減CO2排放量直接影響到發展中國家的經濟利益，因此有的發達國家不僅沒有減排，還在增排，現在看來，2000年根本不可能降到1990年水平。在1997年12月11日結束的聯合國氣候變化框架公約締約方第3次大會（日本京都會議）上發展中國家和發達國家展開了尖鋭緊張的鬥爭。最後，發達國家作出讓步，難產的《京都議定書》終於得到通過。議定書規定，所有發達國家應在2010年把6種温室氣體（CO2、一氧化二氮、甲烷和3種氯氟烴）的排放量比1990年水平減少5.2%。這雖與發展中國家的要求的到2010年減少15％和到2020年減少20％的目標相差很大，但畢竟這是一份具有約束力的國際減排協議。