| 郎先生請思考仔細了再發言 |
| 送交者: 深山蘭 2012年10月13日18:48:22 於 [茗香茶語] 發送悄悄話 |
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郎先生請思考仔細了再發言
郎先生喜歡在公眾面前露一臉。這不一定是什麼壞事。他過去,曾對中國的許多經濟問題發表看法。他的某些觀點在我看來,相當深刻(請注意,這是我的觀察,不是你的觀點!)。後來,他的許多看法,漸漸地變了味。可能是故意譁眾取寵,聳人聽聞吧,反正,他逐漸地撿起什麼“陰謀論”那一類的伎倆,到處揮舞。那是有卑鄙目的,或者大腦沒有思考能力的人的胡言亂語。從納粹的戈培爾到一些獨裁社會的辯護士們,每天都在重複那一類夢囈。郎先生竟然和他們為伍,這着實讓我有點吃驚。
不過,真正讓我吃驚的還是郎先生最近的一次什麼講演(見附錄)。
郎先生在那次的講演中提出一個論點就是:地球大氣層的溫度和大氣圈中的二氧化碳的含量無關。人類大量排放的二氧化碳會導致地球大氣層溫度升高這一點僅是英國的一所極沒有名氣的大學裡的幾個人搞出來的。其他科學家們都根本不知道這一點。因而,二氧化碳會使大氣層平均溫度升高是西方的一個陰謀。郎先生還不屑到著名的雜誌上發表他的觀點。請詳見文後附錄里郎先生演講的記錄。
郎先生是怎樣證明他的論點的?他說:“但我還是不得不說我自己是個數理基礎非常優秀的學者。”他的意思就是,用一個模糊的“數理基礎非常優秀的學者”的觀念來證明他對任何科學上具體的問題分析是有道理的。這簡單是偉大的發現!他所說的數理基礎非常優秀大概是他對中學的物理數學一類考試考得比較好吧。按照這樣的邏輯,那些有自然科學博士學位的人,不管他的知識背景,他可以對任何學科的具體問題發表的意見都是權威之論了?一位生物學的教授就可以對核武器方面的具體技術細節發表不容懷疑的權威意見啦!很顯然,只有對任何科學一竅不通的人才會這樣想。
郎先生從事的金融學或者經濟學能否叫科學,我們無法回答。
真正的科學家只看某人具體發表的意見是什麼,而不是看他是否“數理基礎是優秀還是不優秀”。當年學習歷史的德布羅意突然去研究物理,其博士學位的論文獲得的是物理諾貝爾獎,而不是什麼歷史獎。
郎先生論證說,地球大氣層里二氧化碳含量僅占0.03%,它怎麼能決定大氣層的溫度?按照郎先生的意思,大概大氣層的平均溫度應當取決於氮氣和氧氣,或者取決於地面是土壤還是岩石一類的條件。
隨便拿來一本氣象學、地理學等等書籍,隨便翻幾下,就會發現,所有的課本都會解釋二氧化碳對氣溫的影響。很顯然,郎先生連在各種搜索引擎的網站上敲入二氧化碳、溫室氣體等等一類術語的興趣都沒有。那裡數不清的詞條下的解釋都會和二氧化碳的溫室效應聯在一起。他只對着牆壁,依靠他那“非常優秀的數理基礎”,來苦思冥想,得出什麼溫室氣體效應僅是幾個人得到的結論。
這樣的思維方式,在科學剛萌芽的時代就沒有任何像樣的科學家所採用過,好像倒是跳大神的巫師經常採用過。很不幸,郎先生把它學來了。
二氧化碳的溫室效應的具體物理過程,現在已經是很清楚了。許多課本都有詳細的解釋。郎先生是否有能力理解,我們沒有把握。隨便告訴郎先生一點,溫室氣體不光是二氧化碳,甲烷是另一種很重要的氣體。水蒸汽也是。
這是理論上的解釋。實際觀察的例子是天文上的金星。金星的大氣層中主要是二氧化碳和少量的氮氣。其中的表面的氣體密度是地球上的93倍。而大氣壓是92個。由於濃密的二氧化碳氣體的溫室效應,金星的表面溫度高達460攝氏度,儘管二氧化碳大氣層的上層中的二氧化硫氣體層把入射的太陽光的百分之九十都反射回外部空間了。這是二氧化碳的溫室效應的具體“實驗”的結果。
這些簡單的事實,不知郎先生是否有看一眼的興趣。
郎先生還提出個驚人的怪論:地球上的細菌是製造二氧化碳的“元兇”。它們製造了比人類更多的二氧化碳。郎先生接着憤憤不平地推論:“你把細菌都殺死嗎?你把動物都滅絕嗎?”郎先生這裡簡直是在講笑話!
如果郎先生真的是數理化優秀的學者,他應當會基本的思考:既然植物每時每刻都在固定大量的碳元素。那麼,這樣下去,一定會在將來的某個時刻,空氣中的二氧化碳就被耗光。地球的所有的植物都必定死亡,隨之而來的是動物的完全死亡。這樣的事情不會出現,其中唯一可行的原因就是碳元素在地球上是循環的。
可見,郎先生對於碳循環的概念是一無所知。
地球上的生命中關鍵的元素是碳。碳元素在地球上的循環過程,可以大致敘述如下:
地球上的碳元素分布在大氣圈、水圈、生物圈和岩石圈(地球內部也有碳元素)中。我們把10的9次方叫作G,一個G噸就是10億噸。當然,mole來表示碳元素的多少更方便。只是大眾習慣用噸表示,我們就去噸來作基本單位。現今大氣層中二氧化碳的含量是390ppm(parts per million)。一個G噸的二氧化碳會使大氣層中變化0.5ppm。這意味着大氣層中大約含有780G噸的碳。
地表上的動植物自身及土壤中含有的碳大約是500G噸。海洋中蘊含了大約是陸地上50倍的碳,大約是38000G噸。這主要是二氧化碳溶解於水中,是以碳酸和碳酸氫鹽離子及碳酸根離子的形式存在。
地層中有機碳大約是5400G噸,這是以煤、石油和天然氣及甲烷水化物等形成存在的。
當然,這些都是科學家們估計的數值。它們會經常在變動中。怎樣理解這些數字的意義就需要許多科學知識。
岩石圈中還存有大量的碳元素。那是以石灰岩(CaCO3)的形成存在。桂林那突兀的山巒基本都是石灰岩組成的。
人類每年向大氣層中排放了大約9G噸的碳。並且,這個數值以每年百分之三的速率在增加。海洋每年吸收了人類排放的2G噸的碳,陸地吸收了3G噸的碳。這樣,人類排放的碳每年有4G噸留在大氣層中。這會使大氣層的二氧化碳的含量平均每年以2ppm的速率在增加。
陸地和海洋中的生物靠光合作用把空氣中的碳元素固定。陸地上某些地方碳元素以泥炭的形成沉積起來。海洋中生物死亡後,沉入海底。這樣的生物泵就把碳不斷地沉積到地層中。今天地球上的煤和石油及天然氣大部分都是石炭紀時,生物固定的碳被埋入地下而保存起來的。
生物圈每年固定的碳與生物本身的呼吸及微生物降解的有機物而產生的碳大致相等。郎先生聲稱的微生物產生的二氧化碳的部分就是這裡的一部分。他說這是元兇,不是太有趣了嗎?其中很小的部分被埋入地下作為有機碳而被存儲起來了。
1,這是餵雞百科的碳循環條目下用的圖。圖中左側粗箭頭上60GT,下面有microbial respiration & decomposition 是指全球每年由微生物呼吸和分解的有機物而產生的二氧化碳噸數。另一粗箭頭表示的是全球植物呼吸而產生的二氧化碳數,也是60GT。這120GT的二氧化碳被植物的光合作用而固定的二氧化碳相平衡。郎先生把其中的一部分說成是全球產生二氧化碳的元兇。看來,郎先生善於製造笑料。
地球上大量的火成岩中含有一種化合物就是CaSiO3。當岩石與溶解水中的二氧化碳化和,就是Urey reaction:
CaSiO3+CO2→CaCO3+SiO2
氣象學家們為了簡化,把反應式寫成:
CaO+CO2→CaCO3
就是岩石與水中的二氧化碳反應生成碳酸鈣,被流水帶入海洋(碳酸鈣是幾乎不溶於純水的,但微溶於含有二氧化碳的水的,這中間還要產生其它化合物,溶於水,最後被帶入海洋。這個過程我都省略了),沉積在海床上。這個過程被稱為岩石的風化。
海洋是空氣中的、水中的及岩石中的碳交匯的地方。這裡發生的一系列化學變化敘述起來是很麻煩的。
二氧化碳溶解於水,與水化和就形成碳酸。
CO2 + H2O ⇌ H2CO3 飽和的二氧化碳溶液中,僅有1%的二氧化碳與水化和成了碳酸。
在常溫下,水中的二氧化碳和碳酸的比例大約是670:1。當然,水溫越低,其中能溶解的二氧化碳越多。海洋中因為有鹽份的存在,其中二氧化碳和碳酸的含量和淡水中有所不同。
海洋中,空氣中和海水中及岩石圈中的碳在此交匯。海洋在穩定着空氣中二氧化碳的濃度的過程中起着關鍵的作用。
在理想的氣體和水的界面上,亨利定律說:
p CO2/ CO2 (aqueous)=K
其中的p CO2是空氣中的二氧化碳的分壓,它等於大氣壓乘上空氣中二氧化碳的分子數占大氣的比例。
這條定律說明,當空氣中的二氧化碳的濃度和海水中的含量保持在平衡狀態。若空氣中的二氧化碳的濃度升高,空氣中的二氧化碳就溶解於水中。反之,水中向空氣中釋放二氧化碳。
兩種電荷數為0的中性分子CO2 (aq)和H2CO3從化學角度是無法分離的,二者濃度之和也稱為“游離的二氧化碳”。上述亨利定律中的水中的二氧化碳的濃度應換成
p CO2/ H2CO3 ﹡(aqueous)=K’
討論全球碳循環的David Archer在書中說:“In practice, for calculations, the concentrations of dissolved CO2 gas and hydrated dissolved CO2 (the carbonic acid, H2CO3) are usually lumped together and called H2CO3.﹡ On reflection, I’m not sure why this is done”。他對於自己沒有搞明白的問題,就老實承認沒搞懂。
因為碳酸是二元酸,它在水中形成碳酸氫根離子和氫離子
H2CO3
碳酸氫根離子又形成碳酸根離子和氫離子
HCO3−
所以,水中存在碳酸鹽的三種形式:H2CO3, HCO3− 和 CO32−。
在海水中,就碳元素容量而言,HCO3− 占90%;CO32− 占9%;而H2CO3 和CO2占1%。這裡的碳酸是二氧化碳和碳酸之和。而其中,H2CO3 僅占CO2 的0.2%。
這些數值和海水中的鹽度和溫度有密切關係。
海水中的PH值是氫離子H+的濃度值取10的對數後的負值。
這幾種物質的相互作用,控制着海水的PH值。為了簡化起見,
CO2 + CO32− + H2O ⇌ 2 HCO3−
這個反應達到平衡僅需幾分鐘的時間尺度。如果在海水中加入CO2 ,那麼反應往右邊方向,就是消耗CO32− ,而產生HCO3− 。
上述的幾種化學反應共同形成了所謂的海水的chemical buffer system。在海水現在的PH值及溫度下,溶解在海水中的二氧化碳的90%是與碳酸根離子CO32−化和成碳酸氫根離子HCO3−。這就使得海水能容納比溶解CO2 時亨利定律成立限定的更多二氧化碳。海水中溶解的CO2 並不嚴格服從亨利定律。
很明顯,海水中PH值就是值是氫離子H+的濃度與無機碳的四種形式的濃度有關。所以,海水中總CO2 濃度是:
∑CO2 = [CO2 ] +[ H2CO3]+[ HCO3−]+[ CO32−]
方括號中表示其濃度,單位是moles/liter。海水中,等號右邊的前二項可以忽略不計。
如果僅有此類反應,海水中溶解的CO2 不斷消耗掉CO32−,就使得這個buffer作用越來越小。多虧海水中還有另一種主要的物質——碳酸鈣,它的參與使得大氣層中、海水中及岩石中的碳元素才相互作用,控制着大氣層的溫度。其作用非常奇妙。
海水中有大量的碳酸鈣CaCO3 。它的反應是:
Ca2+ + CO32- == CaCO3
很自然,這個反應是雙向的。
這樣的反應在一定條件下,達到平衡狀態。通常用平衡狀態下CO32− 的濃度來描述。當海水中CO32−濃度低於平衡狀態時,碳酸鈣就開始溶解。海水中碳酸鈣的循環最終控制着海水的PH值。
沉積在海床上的碳酸鈣最後會被埋入地殼中。在海水中被移走的碳酸鈣最終要和陸地上向海洋補給碳酸鈣(就是岩石的風化過程)達到某種平衡。海水中PH值的調節過程大概是千年的數量級上。
海水中溶解二氧化碳,使其周圍的PH值達到平衡的速率是幾分鐘的數量級;而整個海洋的PH值的調節則達到幾千年的數量級。這兩個速率的不同是人類往大氣層中釋放過多的二氧化碳,會慢慢導致海洋酸化的根本原因。
固定在岩石圈中的碳,當岩石在沉降區沉入地幔中,後來融化,被火山噴發以二氧化碳的形式帶回空氣中。碳元素完成了一個循環。
風化岩石的過程在地質時間的尺度上(百萬年的尺度)穩定地球的氣溫。這是一個負反饋的過程。
2,這個碳循環的示意圖排除了地質上的部分。
3,這個碳循環的示意圖包括了地質上的過程。
地球的氣溫根本上受地球繞太陽旋轉的軌道的遠近的變化和地球的傾角大小在變化的影響。在幾萬年及十萬年的尺度上,二氧化碳對地球氣溫的作用是正反饋,也就是它放大了那些地球參數變化對氣候的作用。當天文上的參數變化導致地球的氣溫變低,冷的海水溶解了更多的二氧化碳。而二氧化碳的降低使氣溫更低。這是近幾百萬年來地球上周期性出現冰川期的根本機制。
在更小的時間尺度上講,二氧化碳對地球氣溫變化的作用是負反饋。
二氧化碳對全球氣溫的作用在不同的時間尺度上呈現正反饋和負反饋交替的現象,使得研究二氧化碳的溫室效應的後果就更複雜了。
目前,海洋和陸地是在吸收人類排放的多餘的二氧化碳,但無法完全吸收掉。但若達到一定的臨界值時,這個負反饋過程會變成正反饋的過程。海洋和陸地會釋放二氧化碳。若那種現象發生,恐怕就是人類的噩夢。
不過,海洋中是否還有我們目前不知道的途徑在吸收二氧化碳,這恐怕不能完全排除掉的。
如果根本不考慮人類的存在,你就是把地球上所有的有機碳都挖出來,燃燒掉了。大氣層中二氧化碳的含量再高,地球上的氣溫恢復到石炭紀時的水平。地球本身都有辦法把大氣層的溫度拉下來。很簡單的例子是隨着溫度上升,海平面上升。大量的陸地被淹沒。海洋的淺海面積擴大了。降水增加。岩石的風化程度加強了。海洋淺海海床會大量沉積碳酸鈣。空氣中的二氧化碳的含量會慢慢下降。當然,這個時間段很長,以百萬年來計。
地球完全有這個能力。
請記住,在地質歷史上,地球上的海岸線高度上下波動的範圍達幾百米。具體原因不明。可能是涉及地殼和地幔深處交換水有關。就是在“最近”的冰川期里,海岸線起伏也達一百多米的數量級。
在這一過程中,人類愛怎樣生存,地球根本不關心!這是問題的本質!
我僅是對全球的碳循環作了簡單的介紹。你若想找出其中的漏洞和不清楚的地方,那是太多了。
郎先生若是感興趣,可以閱讀The Global Carbon Cycle一書。該書對碳循環作了清晰而簡單的介紹。當然,那是針對學人的通俗著作。該書由普林斯頓大學出版社出版。那大學是頂尖還是頂底,我不清楚。
我上述的許多文字都是從那本書裡抄來的。
郎先生若是反對所謂的碳稅,是可以的。我本人,也沒有搞明白那個碳稅是誰收的?收了錢用來幹什麼?
若人類去太平洋中間撒一些鐵元素、氮元素及磷元素等,那裡的生物量就會大增。生物泵的作用也會增加許多。可是有人去幹嗎?若收的碳稅是作去海洋中撒鐵元素等活動的費用,那麼,我完全贊成收碳稅。
郎先生為反對碳稅,但他論證的方法完全是驢唇不對馬嘴。那讓世界上有一點科學常識的人恥笑。
郎先生,還是請思考清楚了,再上台發言!
附錄
郎咸平在某地的演講(具體的題目不清楚)
我雖然經常自我解嘲以娛樂讀者,但我還是不得不說我自己是個數理基礎非常優秀的學者,否則也不可能在兩年半的時間拿到世界頂級沃頓商學院的金融博士,這點我也不需要過謙,否則就是虛偽了。我覺得我在沃頓商學院所學的最重要的治學態度就是科學的懷疑觀。什麼叫做科學的懷疑觀?我就以溫室氣體排放為例作個說明。
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