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没有解决的气候问题

作者:   /  2019 年 1 月 6 日  /  还没有评论

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21世纪的气候问题

在21世纪人类活动已经对地球气候产生了极大影响,其中一个显著的标志就是大气中二氧化碳浓度的提高,导致温室效应加剧,全球气候变暖[1]。各国出台了一系列计划去应对气候变化,气候变化也成为了国际博弈中的政治筹码。

20世纪末,21世纪初期为了应对气候变化,各国在联合国框架下通过了《联合国气候变化框架公约》[2],公约第二条规定

本公约以及缔约方会议可能通过的任何相关法律文书的最终目标是:根据本公约的各项有关规定,将大气中温室气体的浓度稳定在防止气候系统受到危险的人为干扰的水平上。这一水平应当在足以使生态系统能够自然地适应气候变化、确保粮食生产免受威胁并使经济发展能够可持续地进行的时间范围内实现。

为了实现这个目标,人类开始制定总的碳排放限额。以求将全球变暖控制可以接受的区间内。碳排放的配额成为了新一轮国际博弈的焦点。给每个国家排放量的配额直接限制了这个国家的工业生产和社会发展。对于发展中国家,工业化中不可避免的出现大量碳排放。发达国家也以碳排放配限制新兴国家发展。

聚变时代

21世纪末,22世纪初期又是一个世纪之交。聚变带来的能量第一次以和平方式次点燃了人类的黑夜。人类几乎彻底解决了能源问题,彻底告别了对化石燃料的依赖。全世界人类活动导致的碳排放,在未来将到达0,甚至变为负数。到23世纪人类普遍使用核聚变与清洁能源(太阳能,风能,水能等)。大气中温室气体浓度已经降低到冰河时期标准。由温室效应带来的气候问题已经解决。

但是,核聚变也带来了新的问题。聚变产生的巨大能量亦会导致地球的温度产生变化。新的气候问题开始出现,形容这个气候问题的名词和200年前一样——“全球气候变暖”。

2.1. 地球辐射收支[3]

地球在太空中接收太阳的辐射能量,自身也向外辐射能量。这两者的平衡,维持地球表面平均温度在16摄氏度左右。更加详细的过程是太阳辐射能量到达地球,被部分地球大气反射,剩余加热地表,地表发热向外辐射,由于温室效应,只有部分辐射回到太空。这些作用相互平衡,维持地表289K左右的平均温度。

估算得到在没有温室效应的情况下,地球的平均温度应该仅为252K。温室气体为地球加热近37度。21世纪的气候问题主要原因便是温室效应。

2.2. 聚变灾难

上述的地球辐射收支忽略了一个因素,除太阳辐射之外的能量输入——聚变、裂变以及化石燃料产生的能量。在21世纪,化石燃料和核裂变产生的功率与太阳给地球的总辐射功率1.78*10^17w相比非常小,不会明显改变地球的辐射收支平衡。相比之下温室气体的改变更加显著。但是用于星际航行的聚变发动机产生的功率十分惊人,10艘10万吨级的行星际货运飞船产生的功率便可以到达太阳对地球的辐射功率[4]。这样巨大的能量在大气层内出现将摧毁地球的生态系统。这也限制了地球大气层内对聚变能源的使用。

新的气候公约

和21世纪初期一样,气候变化再一次成为大国政治博弈的焦点。不同的是争夺的东西从碳排放权变为聚变配额。以六国集团为主导,地球各国为了避免滥用核聚变能源,导致地球气候变化,制定了新的气候公约(下简称公约)。

公约限定了地球大气层内人类使用的除太阳给予地球辐射能量外,其他任何能源形式的总功率上限——10^16w。这相当于全球每天聚变不超过1339吨氢元素。[4]

与21世纪不同的是,这次此留给南方国家的是一个接近零的聚变配额。六国集团除了之间的互相博弈,还不忘以地球大气圈内的环境安全为由,利用国际公约彻底封死其他国家在大气圈内使用聚变能源。公约不但限制了聚变,裂变,化石燃料等诸多能源形式,还禁止了轨道太阳能发电阵列,向地球提供能量。

一切又和21世纪惊人的相似,节约能源,提高能源利用率又一次提到了各国的议程之上。淘汰落后产能,进行产业转型升级以及部分工业向太空迁移,成为了22世纪中期中国政府的一项重要工作。太阳能,风能,水能等由于都直接或者间接为太阳能,不会改变地球的辐射收支平衡,不在公约的限定范围内,受到南方国家的青睐。加之在公约框架内六国集团有义务为其他国家提供清洁能源的技术支持,这也使得撒哈拉沙漠太阳能发电系统得以成型。

最后是200年前美国第44任总统奥巴马的联合国告别演说中的一句话[5]。

一次又一次,人类觉得自己总算进入了豁然开朗的阶段,结果发展只是在重复矛盾和争端,这可能是我们的命运。

回首

回看20世纪末到21世纪初的资料,发现那时一些人总是怀抱着理想。认为聚变能量的出现能改变很多东西,认为人类的梦想是星辰大海。但是现实总会给理想主义者浇一盆冷水。聚变能源的到来并非意味着共产主义的实现。甚至在很多客观条件下,风能、水能这种古老,原始又看似落后的能源方式依旧有自己的一席之地。

人类开发太空,改造火星也并非单单是为了什么星辰大海的梦想,或者什么“地球是人类的摇篮但人类不能永远呆在摇篮里”这种“俏皮话”。人类进行太空开发除了政治上的需要还有基于最现实的生存考量。地球并不能容纳足够多的人口,也不能给这些人口提供舒适的生活质量。[3]地球的生产资料,土地,能源都限制了人类文明的发展,这种限制不是简单通过技术进步可以改变的。人类如果不扩展自己的生存空间,剩下的便是死路一条。

 

参考文献:
[1]https://www.data.jma.go.jp/cpdinfo/temp/an_wld.html
[2]联合国. 联合国气候变化框架公约[J]. 京都议定书. http://unfccc.int/resource/docs/convkp/kpchinese.pdf, 1992.
[3]赵凯华. 定性与半定量物理学.第2版[M]. 高等教育出版社, 2008.167-171
[4]王大可,那依夫,汐奏.23世纪地球人类活动产生的功率上限[R]驿宁:驿宁物理研究所报告,2218.
[5]Barack Obama. Read Barack Obama’s Final Speech to the United Nations as President[EB/OL].http://time.com/4501910/president-obama-united-nations-speech-transcript/,2016

作者:王大可/Manifolds

编辑:庄比

图片来源:https://www.behance.net/gallery/53241053/May-Everyday-2017

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