全球氣候變暖產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辦法。

關鍵詞 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，根據國際能源署的預測和相關數據，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?；茉聪拇M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、農業(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。

?農業(yè)活動?：農業(yè)活動如水稻種植、畜牧業(yè)和化肥使用等也會產生大量的溫室氣體，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成嚴重的威脅，導致洪澇災害、土地侵蝕和人口遷移等問題。

?生態(tài)系統受損?：全球氣候變暖對生態(tài)系統造成深遠的影響，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、健康和經濟活動。

?農業(yè)減產?：全球氣候變暖導致干旱和極端天氣事件的增多，進而影響農業(yè)生產。農作物減產將威脅全球糧食安全，并可能引發(fā)社會動蕩和經濟危機。

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、生物質能、地熱能、核能等。如何在短期內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月聯合國氣候大會在法國通過《巴黎協定》，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，并繼續(xù)努力、爭取把溫度升幅限定在1.5℃之內，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。氣候學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上最終都來源于核能，構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生地熱能，放射性物質衰變產生核電站熱能。

2、?風能、?水能、?生物質能、?海洋溫差能、?波浪能和?潮汐能等都是由太陽能二次轉化而來。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化產生。

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年前關閉所有的核電站、瑞士宣布將在2034年關閉所有核電廠、意大利公民投票以94%的壓倒性票數封殺重啟核能發(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，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、太陽能轉化的?風能、?水能、?生物質能、?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，產生了二次能源：?風能、?水能、?生物質能、?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，產生?風能、?水能、?生物質能、?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生光電效應，形成電能，大氣層電離區(qū)域統稱為電離層。

光電效應：在高于某特定頻率的電磁波照射下，某些物質內部的電子吸收能量后逸出而形成電流，即光生電現象。

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構，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“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，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，在全球范圍內首次達成人造閃電效應。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，測試的是空氣電離成為導體需要的各項參數。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；同時由于容易開采且價格低廉的煤炭、石油已經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”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實現。

五、電離層電能開發(fā)進展

2021年7月，瑞士日內瓦大學洛桑聯邦理工學院、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，研究人員們對數據進行分析，將這一成果寫成論文，于2023年1月6日發(fā)表在《自然》雜志。

此項實驗目的僅僅是為了研究閃電的各項參數以及避免極端雷暴災害，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