倒下的雨林，帶來工業(yè)革命，也帶來全球危機(jī)

“生命的存在，會讓這個星球變得更適合生命生存么？”

“烏黑，發(fā)亮，有金屬光澤”，小學(xué)自然課上，老師讓我們觀察一排裝在玻璃瓶里的礦物標(biāo)本并描述它們，我在觀察了一小瓶寫著“無煙煤”的小瓶子之后，寫下了這句話。

無煙煤的樣本 | Leiem / Wikimedia Commons

并不是每個自然課任課老師都有耐心講解課程內(nèi)容，很幸運(yùn)，老師在比較了“褐煤”、“煙煤”和“無煙煤”之后告訴我們，那些暗褐色、雜質(zhì)最多的“褐煤”才是煤的基本形態(tài)，它們在地下經(jīng)受巨大的壓力之后，才會轉(zhuǎn)變?yōu)殡s質(zhì)更少的煙煤，再進(jìn)一步變成無煙煤。

“煤，其實(shí)是古時候的大樹形成的。那些倒下的大樹并沒有徹底消失，它們被各種原因深埋到了地下，變成了今天的煤。”老師平靜地說出這段話，卻讓那時的我內(nèi)心激動不已，我第一次意識到，植物和礦物，那些有生命和無生命的東西，中間也許并沒有一道截然分明的界限。

歷史的車輪，時代的憂慮

“煤，是黑色的金子，工業(yè)的糧食?！?/p>

二十多年后，當(dāng)我打下這些當(dāng)年課堂上老師教給我的文字時，在英國格拉斯哥舉行的第二十六屆聯(lián)合國氣候變化大會剛剛告一段落。

這場也許與人類命運(yùn)生死攸關(guān)的會議最終達(dá)成了一項協(xié)議。盡管在最后，印度代表提出將決議文件中“逐步淘汰”煤炭使用的承諾改為“逐步減少”，并且最終在多個國家的支持下修改成功，這仍然是人類第一個有明確計劃減少煤炭用量的氣候協(xié)議。

從褐煤到無煙煤，碳含量漸次提升。煤在分餾后能提供大量工業(yè)原料，但有著巨大工業(yè)價值的煤至今最主要的用途依然是作為能源燃料。人類燒煤的歷史超過6000年，東西方古代典籍中都有不少關(guān)于開采用煤的記載。

無煙煤開采的場景 | The Mebane Greeting Card Co., Wilkes-Barre, PA./Wikimedia Commons=

直到300年前，隆隆的蒸汽機(jī)聲拉開了人類第一次工業(yè)革命的序幕，煤炭燃燒釋放的巨大熱量讓鍋爐里的水沸騰，水蒸氣反復(fù)地受熱膨脹和降溫帶動了機(jī)器，把人類從手足勞動中解放出來，最終把全世界所有人都拋上了永不回頭的時代車輪。煤炭成為了最重要的動力并持續(xù)至今——當(dāng)一個工業(yè)革命時期的司爐把滿滿一鏟煤倒進(jìn)爐門里的時候，他無論如何不會想到，300年之后，煤炭可能會成為一個詛咒。

無煙煤 | Randolph Black / Wikimedia Commons

煤炭在燃燒釋放巨大熱量的同時，產(chǎn)生了二氧化碳。相比地球大氣層中含量78%的氮?dú)夂?1%的氧氣，有3個原子的二氧化碳可以更好地吸收太陽光再發(fā)射紅外線輻射，是大氣層“溫室效應(yīng)”的主要貢獻(xiàn)者。“溫室效應(yīng)”本身并不是一個壞詞，今天的地球能夠維持一個許多生命適宜的溫度，就是溫室效應(yīng)的結(jié)果——薄薄的一層大氣截留住了太陽的熱量，使地球上的水不至于都凍成冰，這是生命賴以生存的基礎(chǔ)。

二氧化碳較強(qiáng)的溫室效應(yīng)，也使得它成為了地球溫度的主要影響因素之一，簡單來說，地球上二氧化碳濃度上升，全球平均氣溫也跟著升高；如果二氧化碳濃度降低，全球平均氣溫也跟著降低。但全球平均溫度的變化遠(yuǎn)非只是上升下降這么簡單，它帶來一系列復(fù)雜混沌的過程，一些地區(qū)可能變得更加干旱，另一些地區(qū)可能變得洪澇和氣象災(zāi)害頻繁，病蟲害變得更加難以抑制，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)也將大受影響。

溫室效應(yīng) | Robert A. Rohde / Wikimedia Commons

這也是科學(xué)家們極度關(guān)注大氣中二氧化碳濃度的原因：人類的生存和發(fā)展需要穩(wěn)定的氣候條件，二氧化碳含量的穩(wěn)定非常重要。然而，在過去20年的監(jiān)測中，二氧化碳的濃度幾乎在每一年都攀升上一個新的臺階，最近達(dá)到了420ppm，根據(jù)模型估計，這也是過去450萬以來最高的，各地的夏季氣溫也頻繁刷新紀(jì)錄。

這些多出來的二氧化碳，大部分是過去人類活動導(dǎo)致的，發(fā)達(dá)國家對歷史碳排負(fù)有主要責(zé)任，而新興國家為了民生發(fā)展，未來勢必可能將更多二氧化碳排入大氣。憂慮使科學(xué)家們發(fā)聲，有遠(yuǎn)見的政治家們推動國際合作與談判，力爭將二氧化碳濃度控制在一定范圍內(nèi)。

工廠以煤炭作為燃料 | cogdogblog / Wikimedia Commons

這將是艱難的博弈過程，特別是對于煤炭仍然占據(jù)能源主導(dǎo)地位的國家——根據(jù)英國石油公司發(fā)布的《BP世界能源統(tǒng)計年鑒》，在2020年，全球煤炭發(fā)電占比依然超過35%，其它如天然氣占到大約25%，水電占16%，核電占10%，太陽能和風(fēng)能等可再生能源占12%——在亞洲，煤炭的能源比例甚至更高，這意味著《格拉斯哥氣候協(xié)議》的達(dá)成，對于印度等國的能源發(fā)展依然有著巨大的壓力，時至今日紛爭未止。

煤——生命的終結(jié)循環(huán)

這些吸引世界目光、數(shù)度改變現(xiàn)代人類世界的煤，究竟從何而來？

一切大變化都會在地層中留下痕跡，這是發(fā)生在3.5億年前的另一個古老的故事。

地球上最早的森林誕生于植物登陸之后的泥盆紀(jì)。最初的陸生植物沒有什么支撐結(jié)構(gòu)，部分植物能夠合成有一定強(qiáng)度的纖維素，但大多數(shù)植物依然低矮并貼近水邊而不至于干渴而死。

數(shù)千萬年之后，植物細(xì)胞中演化出了一條生化通路，產(chǎn)生了一種地球上從未出現(xiàn)過的物質(zhì)——木質(zhì)素。這些木質(zhì)素分子由多個苯環(huán)構(gòu)成，被植物堆積在細(xì)胞周圍，相互勾連擠壓，形成了地球上最早的木材。堅硬的木質(zhì)素對于植物最主要的功能是支撐，然后是形成輸導(dǎo)組織運(yùn)輸水分和營養(yǎng)，植物體也因此能夠長得高大。進(jìn)化出這一途徑的植物能獲得更充分的光照、生活在更干旱的環(huán)境，迅速取代了周圍低矮的生命，后代變得更加高大——在3.5億年前的這場“內(nèi)卷”中，也許是地質(zhì)歷史上最壯闊的森林誕生了。

英國煤層里發(fā)現(xiàn)的昆蟲翅膀化石 | Herbert Bolton / Biodiversity Heritage Library

它們和今天的森林樹木組成完全不同，而與今天的石松類以及蕨類中的木賊類關(guān)系較近，古植物學(xué)家們根據(jù)殘存的化石印痕，為它們?nèi)×颂J木（Calamites）、封印木（Sigillaria）、鱗木（Lepidodendron）之類的名字。雖然今天的石松、木賊類植物大多高不過幾十厘米，它們的古代親戚卻輕松達(dá)到三四十米高，這就是石炭紀(jì)的雨林。在這一時期，森林的光合作用讓地球氧含量一度超過30%，高濃度的氧氣也讓同時期的昆蟲體型遠(yuǎn)比今天要大，雨林中游弋著盈尺的巨脈蜻蜓。

但這一壯觀雨林的潰滅，也許來自于雨林本身。木質(zhì)素對于當(dāng)時的地球生命來說過于前衛(wèi)了，在高大森林產(chǎn)生的最初時間里，地球上作為分解者的真菌，很可能還沒產(chǎn)生能夠分解它們的酶。

描繪石炭紀(jì)石炭森林景觀的蝕刻版畫 | Bibliographisches Institut - Meyers Konversationslexikon

這是條可怕的單行道，越來越多的碳被禁錮在植物死亡的軀體中，在數(shù)千萬年的木質(zhì)素堆積后，到了約3.05億年前的石炭紀(jì)卡西莫夫期，地球上的二氧化碳降到了臨界點(diǎn)之下。溫室效應(yīng)的減弱導(dǎo)致了全球以百萬年計的降溫，冰雪再次覆蓋了全球大部分地區(qū)，大部分石炭紀(jì)森林消失了，這被稱為“石炭紀(jì)雨林崩潰事件”（Carboniferous rainforest collapse）。

當(dāng)真菌終于獲得降解木質(zhì)素的能力，碳元素以二氧化碳的形式回歸到大氣，地球恢復(fù)溫暖，已經(jīng)又是數(shù)百萬年之后，大量的陸生植物、昆蟲和兩棲動物在這個過程中滅絕，而那些在真菌能夠分解木質(zhì)之前的樹木軀殼，在地質(zhì)變遷中成為了煤，又在3億年后以另一種形式改變了地球面貌。

英國煤層里的植物化石繪圖 | Internet Archive Book Images / Flickr

盡管近些年來石炭紀(jì)時期真菌微化石的發(fā)現(xiàn)對這個故事提供了更多版本的細(xì)節(jié)，但事實(shí)的確是在石炭-二疊紀(jì)之后，全球的真菌成為了降解森林木質(zhì)素的主力，二疊紀(jì)之后的地層里，煤層不再像石炭紀(jì)那樣廣泛。石炭紀(jì)森林留下了煤，封存于地下，再終結(jié)于一個氣候變冷的世界。

縱觀整個地球生命的歷史，這些現(xiàn)象卻并不罕見。在37億年前，部分地球生命最初的化合作用、光合作用或許都曾經(jīng)劇烈改變過地球的大氣組成，從而將所有地球生命一起拉入一個幾乎萬劫不復(fù)的境地，美國古生物學(xué)家彼得·沃德甚至創(chuàng)造一個“美狄亞假說”來反對英國學(xué)者詹姆斯·洛夫洛克在上世紀(jì)70年代提出的溫情脈脈的“蓋亞假說”——生命，很可能終結(jié)于生命。

1918年，一群煤礦工人圍在化石樹根旁 | J. Horgan, Jr. / nationalgeographic

因此，當(dāng)我們開采煤層和其他化石燃料將二氧化碳再次釋放到大氣里，讓人忍不住思考，這是否是地球生命新一輪的終結(jié)循環(huán)？

我只能相信，人類應(yīng)該有更高的智慧來終結(jié)這一問題。