全球氣候變暖產(chǎn)生的原因及消除辦法
摘 要 本文通過對全球氣候變暖進行邏輯分析，闡述全球氣候變暖發(fā)生的基本原理，提出消除全球氣候變暖的相關(guān)辦法。
關(guān)鍵詞 化石能源 二氧化碳 電離層 激光
引言
人類第一次工業(yè)革命開始于18世紀，距今僅300年，在此期間，化石能源大量開采使用，人類社會發(fā)生天翻地覆的變化，移山填海、飛天遁地、無所不能。然而，化石能源是不可再生能源，根據(jù)國際能源署的預測和相關(guān)數(shù)據(jù)，按照當前消耗速度，石油、天然氣儲量預計可用50年，煤炭儲量預計可用200年。化石能源消耗殆盡并不是最緊迫的問題，因為還有太陽能、地熱能、風能、水能、核能等清潔能源替代使用，雖然這會減緩人類社會發(fā)展腳步。最緊迫的問題是：化石能源大量使用，使積聚在地殼層幾十億年的固態(tài)碳元素大量釋放到大氣中成為溫室氣體，溫室氣體大量吸收太陽光長波輻射能量，導致全球氣候變暖，極地冰川融化海平面上升，極端天氣頻發(fā)，對地球生態(tài)系統(tǒng)造成不可逆的破壞，最終威脅人類賴以生存的地球環(huán)境。中國有句成語“未雨綢繆”，意思是趁著天還沒下雨，先修繕房屋門窗。這個成語強調(diào)了預見性和準備性的重要性，在事情發(fā)生之前，通過周密的計劃和準備，可以有效地避免或減少潛在的風險和損失。它鼓勵人們在面對未來可能遇到的困難和挑戰(zhàn)時，要有遠見卓識，提前做好準備，以應(yīng)對不時之需。本文通過探討全球氣候變暖的原因，提出解決全球氣候變暖的辦法。
一、全球氣候變暖的原因及危害
1、全球氣候變暖原因
?溫室氣體排放?：二氧化碳等溫室氣體的排放是全球氣候變暖的主要原因。這些氣體主要來源于化石燃料的燃燒（如煤炭、石油和天然氣）、工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)活動以及森林砍伐等。
?森林砍伐?：森林是重要的碳匯，能夠吸收并儲存大量的二氧化碳。然而，由于人類活動導致的森林砍伐，使得森林的碳儲存能力下降，從而加劇了溫室效應(yīng)。
?農(nóng)業(yè)活動?：農(nóng)業(yè)活動如水稻種植、畜牧業(yè)和化肥使用等也會產(chǎn)生大量的溫室氣體，如甲烷和氧化亞氮，這些氣體對全球氣候變暖的貢獻也不容忽視。
?城市化進程?：城市化進程加速了土地利用的變化，如城市擴張、建筑和道路建設(shè)等，這些活動都會導致溫室氣體的排放和地表溫度的升高。
2、全球氣候變暖危害
?極端天氣事件增多?：全球氣候變暖導致極端天氣事件（如熱浪、干旱、洪水和颶風等）的頻率和強度增加，對人類社會和自然環(huán)境造成巨大的破壞。
?冰川融化和海平面上升?：全球氣候變暖導致冰川加速融化，進而引發(fā)海平面上升。這對沿海城市和島嶼國家構(gòu)成嚴重的威脅，導致洪澇災(zāi)害、土地侵蝕和人口遷移等問題。
?生態(tài)系統(tǒng)受損?：全球氣候變暖對生態(tài)系統(tǒng)造成深遠的影響，包括物種滅絕、棲息地喪失和生物多樣性減少等。這些變化將影響人類的食物供應(yīng)、健康和經(jīng)濟活動。
?農(nóng)業(yè)減產(chǎn)?：全球氣候變暖導致干旱和極端天氣事件的增多，進而影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。農(nóng)作物減產(chǎn)將威脅全球糧食安全，并可能引發(fā)社會動蕩和經(jīng)濟危機。
二、解決全球氣候變暖的辦法
二氧化碳等溫室氣體的排放是全球氣候變暖的主要原因，這些氣體主要來源于煤炭、石油和天然氣的燃燒。因此，要想停止全球氣候變暖，必須停止消耗化石能源，大量使用不產(chǎn)生溫室氣體的可再生清潔能源。但是，人類社會發(fā)展離不開能源，在可預見的未來，人類能源利用總量會持續(xù)上升，這與減少化石能源消耗相違背。
全球可再生清潔能源消費量占能源總消費量18%，化石能源占比約82%。這些清潔能源包括：太陽能、風能、水能、生物質(zhì)能、地熱能、核能等。如何在短期內(nèi)使用可再生清潔能源全部替代82%化石能源，這是必須要解決的問題，而且是具有可操作性、可以實現(xiàn)的，這是人類面臨最緊迫的問題。
為解決化石能源消耗帶來的氣候變化影響，2015年12月聯(lián)合國氣候大會在法國通過《巴黎協(xié)定》，主要目標將全球平均氣溫升幅與前工業(yè)化時期相比控制在2℃以內(nèi)，并繼續(xù)努力、爭取把溫度升幅限定在1.5℃之內(nèi)，以大幅減少氣候變化的風險和影響。
盡管如此，大氣中的二氧化碳含量仍在不斷上升，并以驚人的速度使地球變暖。氣候?qū)W家悲觀地說留給人類的時間真的不多了。倘若這種趨勢持續(xù)下去，世界大部分地區(qū)將面臨環(huán)境災(zāi)難。
埃隆·馬斯克計劃2050年前建造1000艘星際飛船，將100萬人送至火星，他曾說讓生命成為多星球物種非常緊迫，他已經(jīng)意識到人類存在毀滅的風險；無論是全球氣候變暖帶來的海平面上升、極端天氣，還是能源枯竭帶來的資源爭奪熱核戰(zhàn)爭，將為人類帶來無法挽回的災(zāi)難，因此他要在火星保留人類文明繁衍的生機。
人類既要能源支撐社會發(fā)展，又要停止使用化石能源，只有大力開采可再生清潔能源這一條道路。下面具體分析地球哪些可再生清潔能源可以替代化石能源，并且具有實際操作性：
1、地球上所有的能源本質(zhì)上最終都來源于核能，構(gòu)成地球能源總量分為三部分：太陽核聚變輻射能，地核放射性元素衰變產(chǎn)生地熱能，放射性物質(zhì)衰變產(chǎn)生核電站熱能。
2、?風能、?水能、?生物質(zhì)能、?海洋溫差能、?波浪能和?潮汐能等都是由太陽能二次轉(zhuǎn)化而來。煤、石油和?天然氣等化石燃料所具有的能量是遠古生物（植物、動物、微生物等）億萬年吸收太陽能轉(zhuǎn)化產(chǎn)生。
3、核電站雖然是清潔能源，但是會帶來核事故、核輻射、核廢料、核武器擴散等問題，因此并未成為人類主要的清潔能源。德國宣布在2022年前關(guān)閉所有的核電站、瑞士宣布將在2034年關(guān)閉所有核電廠、意大利公民投票以94%的壓倒性票數(shù)封殺重啟核能發(fā)電的提案。
4、地熱能也是清潔能源，地幔溫度范圍在1000℃一4000℃之間，地殼溫度小于1000℃。如果人類大量利用水力壓裂技術(shù)，將液態(tài)水導入地殼深處吸收熱能，回收蒸汽發(fā)電，可以成為人類未來主要清潔能源，但是這不是本篇文章重點講解的清潔能源。
5、太陽能轉(zhuǎn)化的?風能、?水能、?生物質(zhì)能、?海洋溫差能、?波浪能和?潮汐能等，人類目前在大量開發(fā)利用，但是這些能源受到地理環(huán)境、氣候變化、能量輸出不穩(wěn)定、輸出功率低、投資成本高、安全風險等因素影響，長期來看無法完全替代化石能源。
6、事實上，太陽能帶來的二次能源并未被人類充分認識，太陽每秒輻射到地球的能量相當于500萬噸標準煤的能量，每年到達地球表面上的太陽輻射能相當于130萬億噸標準煤，人類每年化石能源大約消耗200億噸標準煤。因此，分析清楚地球吸收太陽能轉(zhuǎn)化的二次能源可以解決化石能源替代問題。
7、太陽向地球輻射的電磁波大約50%的輻射能量在可見光譜區(qū)（波長0.4～0.76微米），7%在紫外光譜區(qū)（波長<0.4微米），43%在紅外光譜區(qū)（波長>0.76微米）。太陽光可見光譜區(qū)、紅外光譜區(qū)能夠穿透地球大氣層到達地面，產(chǎn)生了二次能源：?風能、?水能、?生物質(zhì)能、?海洋溫差能、?波浪能和?潮汐能等。太陽光紫外光譜區(qū)能量無法全部穿透地球大氣層，產(chǎn)生了什么二次能源？這是下一章節(jié)重點要說明的，也是解決全球氣候變暖，替代化石能源的核心能源。
三、電離層電能開發(fā)利用
太陽光可見光譜區(qū)、紅外光譜區(qū)穿透地球大氣層到達地面，產(chǎn)生?風能、?水能、?生物質(zhì)能、?海洋溫差能、?波浪能和?潮汐能等二次能源。太陽光紫外光譜區(qū)無法全部穿透地球大氣層，與大氣外層氣體分子產(chǎn)生光電效應(yīng)，形成電能，大氣層電離區(qū)域統(tǒng)稱為電離層。
光電效應(yīng)：在高于某特定頻率的電磁波照射下，某些物質(zhì)內(nèi)部的電子吸收能量后逸出而形成電流，即光生電現(xiàn)象。
太陽向地球輻射的電磁波大約7%的輻射能量在紫外光譜區(qū)，太陽每年向地球輻射能量約130萬億噸標準煤，剔除能量散射損耗，按照5%能量吸收計算，電離層每年吸收輻射能量約6.5萬億噸標準煤，人類每年化石能源消耗200億噸，每年電離層電能儲量是化石能源消耗量325倍。因此，開采電離層電能是替代化石能源、解決全球氣候變暖最佳方法。
要想開采電離層電能，就要了解電離層的結(jié)構(gòu)，電離層是受到太陽高能輻射以及宇宙射線的激勵而電離形成。距離地面60千米以上的整個地球大氣層都處于部分電離或完全電離的狀態(tài)，電離層是部分電離的大氣區(qū)域，完全電離的大氣區(qū)域稱磁層。
在電離層距離地面50公里區(qū)域，還存在對流層、平流層，這兩部分屬于絕緣空氣不導電。在通常情況下氣體分子是電中性，要想絕緣空氣導電，就要對其施加電離作用。電離作用指的是：不帶電的粒子在高壓電弧、高能射線、激光等的作用下，變成帶電的粒子的過程。
最早研究通過研究激光電離作用擊穿空氣，使空氣導電引導電離層電能到達地面供人類使用的科學家叫尼古拉·特斯拉，他的研究項目稱作“全球無線輸電計劃”，電離層存在于整個高空大氣層中，地球上任何區(qū)域都存在電離層，無論白天與黑夜，他建設(shè)“沃登克里弗塔”計劃使用激光電離對流層、平流層絕緣空氣，利用導電空氣作為導體連接電離層與地球地面，引導電離層電能到地面。因此稱為”全球無線輸電計劃“，下面介紹這個項目的具體信息。
四、全球無線輸電計劃
全球無線輸電的提出最早要追溯到1889年尼古拉·特斯拉，他是塞爾維亞裔美籍發(fā)明家、物理學家、機械工程師、電氣工程師，他是交流電的發(fā)明者。
1899年尼古拉·特斯拉發(fā)明了“放大發(fā)射機”，在美國科羅拉多斯普林斯實驗室開發(fā)及研究此項無線輸電技術(shù)，這個“放大發(fā)射機”是激光發(fā)射器，他通過激光電離空氣代替導電線路，連接電路兩端，測試空氣電離后的導電性。同時在電離團狀空氣過程中，制造出球形閃電。
1900年尼古拉·特斯拉進一步改進“放大發(fā)射機”，將激光電離空氣成為導體的有效距離擴大到1000英尺，在地面實驗過程中得到了1000英尺的強大放電，在全球范圍內(nèi)首次達成人造閃電效應(yīng)。這一實驗導致科羅拉多斯普林斯大面積停電。當時的人們不了解“放大發(fā)射機”的原理，稱這種裝置為“死光武器”、“死亡射線”、“粒子束武器”等等，因為它能放射出看不見的光線。
1901年開始，因為在地面進行激光電離空氣導電成功，尼古拉·特斯拉開始著手在紐約附近的長島建造“沃登克里弗塔”，一座體積更大的“放大發(fā)射機”。在科羅拉多斯普林斯進行無線輸電實驗，“放大發(fā)射機”連接的是城市電力系統(tǒng)，測試的是空氣電離成為導體需要的各項參數(shù)。在紐約長島進行無線輸電實驗，“沃登克里弗塔”連接的是電離層和地球地面，尼古拉·特斯拉計劃把地球作為內(nèi)導體，地球電離層作為外導體，通過他的“沃登克里弗塔”，將兩者通過導電空氣連接在一起。
1903年7月數(shù)個夜晚，尼古拉·特斯拉建造的“沃登克里弗塔”制造幾百英里半徑范圍的人造閃電，點亮天空。他設(shè)想的實驗終于成功了，電離層電能直接通過電離空氣引導到地面，不再需要那些礙眼的電線和電塔。
尼古拉·特斯拉曾說過：”我們將進行能量的無線傳輸，用來驅(qū)動汽車和輪船，通過利用閃電的能量將能改變世界“。他確實做到了，”沃登克里弗塔“實驗過程中，天空中的閃電就像一個熒光棒一樣，順著激光通路引導至地面，持續(xù)照亮夜晚的天空。
但是，尼古拉·特斯拉想法太過超前，20世紀初期，電能僅僅被用來當作照明使用，城市供電線路并未全面鋪設(shè)；同時由于容易開采且價格低廉的煤炭、石油已經(jīng)滿足人類社會的需求；因此，這項發(fā)明隨著沃登克里夫塔的拆除，和一場大火燒掉所有設(shè)計圖稿而埋沒在歷史的長河中。
對于生活在21世紀的人類來說，開發(fā)電離層電能迫在眉睫，化石能源對地球環(huán)境帶來的危害已日趨嚴重，如果人類能夠通過激光電離對流層、平流層絕緣空氣，使絕緣空氣電離成為導體，引導電離層電能到地面供人類使用，大量開發(fā)利用電離層電能，停止使用化石能源，那么全球氣候變暖問題就能得到完美解決。
電離層每年吸收太陽紫外光譜區(qū)輻射能量約6.5萬億噸標準煤，人類每年化石能源消耗200億噸，每年電離層電能儲量是化石能源消耗量325倍。實現(xiàn)”全球無線輸電計劃“是尼古拉·特斯拉最終極的夢想，希望在我們這一代能夠?qū)崿F(xiàn)。
五、電離層電能開發(fā)進展
2021年7月，瑞士日內(nèi)瓦大學洛桑聯(lián)邦理工學院、法國理工學院和德國的TRUMPF科學激光公司進行合作，將一臺3噸重的高功率脈沖激光設(shè)備安裝在2400多米的桑蒂斯山的山頂，這個地方平均每年會被閃電擊中100多次，是絕佳的實驗地點。
設(shè)備有一個大功率激光發(fā)射裝置和一座供閃電落下的高塔組成。在經(jīng)過長時間的等待，在一個烏云密布，閃電頻發(fā)的時間點，激光設(shè)備打出一束高強度的激光，造出一條吸引閃電的導電通道，原本在遠處的閃電被激光通道成功吸引，順著激光造出的通道打下來，擊中了旁邊的高塔。之后，研究人員們對數(shù)據(jù)進行分析，將這一成果寫成論文，于2023年1月6日發(fā)表在《自然》雜志。
此項實驗?zāi)康膬H僅是為了研究閃電的各項參數(shù)以及避免極端雷暴災(zāi)害，并未真正達到開發(fā)電離層電能的目的。
邵 鵬
2024年11月29日
