全球变暖的原因、恶果及对策
摘要：全球变暖的原因不是碳排放，而是热排放，化石能源的燃烧不仅生成二氧化碳，它还是一个放热反应，是地下化学能转换成了地表热能排放到了环境中，以致于温度上升。解决的方法有多种，最具有可行性的是将热能转换成化学能，比如用光伏发电来电解水，其本质就是截取了地表热能（太阳能），将其转化成了氢气的化学能，这就相当于把环境中的热量抽离、固化，做到地表环境的热削减。
一 原因
关于全球变暖的原因，几十年来存在认识误区，认为是二氧化碳等温室气体的增加所导致，所以各个国家要削减碳排放。
但这是错误的，全球气候上升，不是来源于碳排放，而是来源于热排放。尽管两者基本是同步的，但本质上还是有所不同的。
本来地表长期处于热平衡状态，获取的能量（主要是太阳能）和向太空散发的能量基本相当。但是自工业革命以来，热平衡被打破了，人类夜以继日的从地下开采海量的煤石油天然气，燃烧了大量的化石能源，而化石能源的燃烧既生成了二氧化碳，也放出了热量，根据能量守恒，热量并没有消散于无形，而是切实进入环境当中，是额外释放的热量改变了环境温度，而不是二氧化碳。
假设人类从地下开采了数千亿吨干冰（固态二氧化碳）进入地表系统变成了二氧化碳气体，那么地球会进入冰河世纪，因为干冰气化是一个强烈的吸热反应，会降低环境温度，尽管在这个过程中二氧化碳的浓度会提高。
本来地表大气层是有相当大的容纳净化能力的，是具备一定负荷的，但是地下化石能源这种系统外的热量源源不断的侵入地表系统，并且数量越来越多，最终引起了系统的热过载。
有人说化石燃烧释放的热量与太阳热量相比根本不是一个数量级，但打破平衡本来就不需要同一体量。两个一万克的物体处于平衡状态，一端加上一克就可以打破这种平衡，使其向着一个方向缓慢的倾斜，而且这个变化的方向是单向的。
另外，地球向太空散发热量的形式不仅仅是热辐射，地球散热的形式还有热传导、热对流，地表或海洋表层水受热蒸发，升于高空，将携带的热量向周围气体释放，完成热交换之后又冷凝成雨雪重新落回地表，循环往复，时刻不停，这个过程是地球向外散热的一种重要方式。这就像人体在酷热时不断流汗，通过汗液将热量带出体外，然后再饮水，再流汗，循环往复。地表水蒸气也是同样的道理，它们就像是一台提升机，将热量从地表提到高空，完成了地球热量向外散发的第一步。这是地球极其常见又重要的散热方式，目前将散热方式只局限于热辐射这一种，是不明智的。
地球大气层一年有海量气体流失到太空中，这部分物质带走的同样是地表的热量，地球大气层最外一层--散逸层，说的就是气体物质即将脱离地球飘向太空的临界区域。
从地表到太空，气体浓度越来越低，温度也越来越低。物质从高浓度流向低浓度，热量从高温区域流向低温区域。这是存在了千百万年的秩序。
但是，当人类发明飞机后，大量商业航班、军用飞行器飞行在1万米到2万米的平流层，它们所释放出的大量的物质（二氧化碳）浓度及热量密度远远高于周围环境，形成了一道物质墙和热量墙，这必然会阻碍地表热量向外散发。地球热量散发的慢了，地表温度自然升高。这与是不是二氧化碳无关，任何高温气体在这个高度插入，都会阻碍地表热量的散失，因为它打破了原先正常的温度差和浓度差，形成了一道突兀的墙体。
另外飞机及火箭释放的这些物质不仅吸收地表的长波辐射，还承受太阳的短波辐射和长波辐射。二氧化碳并不能百分百透射掉太阳的短波辐射。另外长波辐射不仅地表在散发，太阳作为一个黑体，同样也辐射长波能量，而且温度高达6000k的太阳，其长波辐射功率要远远大于300k的地球长波辐射功率。这些物质承载了太阳的辐射能量后温度会变高，墙体的阻碍效应会更加明显。
综上所述，全球变暖有两个原因，一是化石能源的燃烧排放出了大量热量。打破了数百万年来的热平衡。二是各种飞行器在高空排放的气体和热量形成了一道墙，阻碍了地表热量的散发。
二 恶果
全球气温升高的恶果有许多，暂举几个。
一是冰川融化，包括海洋冰川、极地冰川以及陆地高原冰川。海洋和极地冰川融化会引发海平面上涨，危及海岸家园。高原冰川融化会引发泥石流、堰塞湖、溃坝、洪灾等。但这都是表面现象，冰川融化的危害远不止此，甚至可以说极其严重。
如果屋子温度过高，我们可以在地上撒一桶冰块给屋子降温，同理，各地的冰川冰盖冰层为什么会消融，它们其实抵消了人类释放的过多的热量，起到了平抑地球气温的作用。
但不幸的是，冰川是个定量，而化石能源的燃烧，是个增量，退一步讲，即便碳排放不再增加，人类目前的开采燃烧量不变，自然界的热量增减依然处于不平衡状态，依然需要冰川融化来降温，冰川越少，降温的能力就越低，温度升的就越快，然后冰川融化的就越快，这是一个恶性循环。
另外，广袤的冰川表面也可以将大部分射到冰川的太阳光反射回太空，减少地表这个系统吸收的热量，只是随着冰川的融化消亡，这个功能日益降低。
其实地表大气圈对于热排放是有容纳能力的，当需要额外消融冰川来降温的时候，就说明人类热排放的量已经超出地表大气圈容纳能力了，这是个令人不安的事情。
二是海水表层温度提高。水拥有较大的比热容，所以广袤的海洋也是地球气温的调节器，只是调节（降温）能力远不如冰川。当海水表层温度提高后，其吸热能力将变得更弱。
三是海洋酸化。过多的二氧化碳溶入海水中引发海洋酸化，浅海生物遭受致命打击，就像澳洲大堡礁，丰富的生物多样性变为一片死寂。
四是气候紊乱，极端天气频现。世界多地频现多年一遇乃至百年一遇的高温天气，甚至已经严重威胁居民生命。
五是山火频发，2019年，美国加州大火，巴西亚马逊大火，非洲刚果雨林大火，澳大利亚大火，每一场火都肆意蔓延难以扑灭影响巨大。为什么？还是因为全球气温升高，在炙热的环境中，林木、灌木、杂草失水严重，被烤干，处于一点就着的状态，一个零星火源便会引发一场巨大火灾且蔓延迅速难以控制。火灾造成的影响可不仅仅是破坏生态、释放热量，还有深层次的含义。
六是空气湿度增加，降水量增加。冬天泼一盆水在地上，几天都未干，夏天的话几分钟地面就干了，水没有消失，都进入了大气中，水汽进入台风，便会增加台风质量及动能，增加其破坏力，2019年，一个接一个的新风王诞生，破坏力一个比一个强。在内陆地区，空气水分增大会增加降水强度，会加重雾霾现象。
七是气候异常，对农业生产不利，引发粮食危机乃至生存危机。
八是高原冰川加速融化，造成前期洪灾，后期缺水甚至断流，极大影响流域生态。
其他还有诸多，不一一列举。
三 对策
1，减少化石能源的燃烧，减少热排放，直至能源转型，弃用化石燃料。
2，避免战争，减少军事训练、军备竞赛，武器弹药、车辆、舰船、飞行器等向自然界释放了大量非必要的热量。*、贪婪、追逐利益向来是人类社会进步的源动力，但是在存亡面前，征战逐利应该有所避让，因为留给我们的时间不多了。
3，大力发展水电、风电、光电等清洁能源，这些能源本质上是地表太阳能的一部分，比如水在太阳光照射下蒸发，向上漂浮，在高空凝结以雨雪的形式降落，落于高山高原地带便有了重力势能，利用水位差便可以水力发电。简单来说是太阳能将几亿吨水抬升到高空，具备了巨大的能量。这部分能量始终处于地表系统内，在这个系统内进行内循环，只是从一种形式（太阳能）转化成了另外一种形式（水的重力势能或水电）。
同样，风电和光电也是极为重要的清洁能源。地球的球体状态、地质状态造成了太阳能分散不均，引发了空气流动，产生了巨大的风能。至于光伏发电，则是用材料直接截留了本应到达地面或者海面的太阳能，将这部分热量转化为电能转移到其他地方利用，依然是系统内的能量循环，并不会增加地表系统的热负荷。
4，加速研究超级电容、超级电池等储能设备。雷电同样是由太阳能转化而成，但是目前无法利用，如果有超级电容承载便可造福于民。同时，水电风电光电也都有局限性，远不如火电方便灵活，导致大量清洁能源被浪费，弃电现象比比皆是。如果有超级电池贮存，调度使用，会极大改善这种境况。为什么这么说呢？因为盛夏气温高企时，我们用燃烧煤炭产生的火电运行空调，向地表排放大量热量。冬天我们又燃烧煤炭、柴油、天然气等取暖，再次向地表排放大量热量。如果我们将夏天的热量吸收储存起来，在冬天释放，以及用A地区丰富的水电、风电取代B地区车辆的燃油，理论上就可以实现化石能源的零消耗，系统外热量在地表的零排放。这就是发展储能装置的意义。
5，植树造林。如果要问自然界有没有大规模的吸热反应，那答案便是绿色植物的光合作用。化石能源的燃烧是有机物转化为无机物，期间释放热量，而植物的光合作用则相反，它是把无机物转化为有机物，期间吸收太阳能。简单来说光合作用就是吸收热量，将无机物转化为有机物，将太阳的热能转化为植物的化学能，将能量固化。它们对于抑制全球气温增长有无可比拟的作用。美国、巴西、非洲、澳洲的森林大火，不仅仅是释放二氧化碳、释放热量，破坏生态环境这么简单，这些植被就像是地表的吸热毯，它们的离去使得地球又失去了一部分重要的保护屏障，不仅短期内难以复原，而且以后随着植被减少，气温加速升高，山火会更加频繁，植被减少的会更快，从而进入恶性循环。
冰川、海洋、植被都是调节地球温度的工具，但遗憾的是，它们的作用无一不在减弱。
5，吸热反应。不同于绿色植物的生长，自然界也有无机物会吸热，比如硝酸钙，俗称硝石，将其置于水中，便会迅速吸收水中热量，将其降温乃至结冰。那么自然界是否还有更强更快的吸热反应？就像干冰气化、液氮气化。是否可以利用其吸收地表热量？这些都需要科研人员的不断探索摸索。
6，热反射。比如瑞士为了保护高山冰川，就在高山铺设了材料幕布进行热反射。一次付出，长久获益，但是耗费多，施工难度大，如果是在平整的冰原或荒原上施工，难度会小很多，可以去尝试去摸索。
7，热遮挡。比如在2018年，有人提出用100架运输机抛洒火山灰，因为历史上曾经有过火山强烈爆发喷洒大量火山灰，造成大规模降温的先例。二是在2019年爆出一个类似的消息，同样是抛洒微细颗粒物，而不局限于火山灰，颗粒的性能得到了改进，而且该项目据说还得到了比尔盖茨的资助。然而，对于这种布撒微粒的做法，笔者是不赞同的，如果它们长久的漂浮于大气中，那将会贻害几十年上百年。另外人为制造乌云确实可以减少地表获得的太阳能，使地表迅速降温，但是这种做法是有两面性的。在探讨这个问题之前需要搞懂一件事，为什么太阳和地球之间光线那么充足，温度却极低，零下两百多度？因为太空中近乎真空，什么物质都没有，没有物质承接这部分能量。而把空间站置于太空，在太阳光直射下，空间站的表面温度可以达到一百多度。同样的光照条件，有物质和没物质是两种不同的境况，透光物质和不透光物质也是两种境况。不管是气溶胶颗粒还是固体粉末颗粒，一旦撒在高空，它们会迅速使地表阴凉，但是能量是守恒的，太阳光的热量并没有消失，而是被这些颗粒物截留了，截留的效果要远比透光的二氧化碳更高，这些颗粒的温度也会更高，墙体的阻碍效应更明显。如果说高空中的二氧化碳具有温室效应，那么高空颗粒物的温室效应将远远胜于透明的二氧化碳，它们短时间内会使地表降温，但很快它的副作用就会凸显，它将大大阻碍地表热量的散发，形成另一种灾难。热遮挡是目前一种很流行的思路，但是笔者认为很值得商榷。这个方法着重强调了一点那就是反射，实际上这只是理想状态，这种圆形颗粒怎么可能做到镜面反射、高效反射?相当一部分辐射热量是会被颗粒截留吸收的。
8，促进对流。水汽可以将地表热量带入高空，同纬度湿地的温度要明显低于同纬度沙漠的温度，但问题是随着城市化进程加快，地面、路面被大面积硬化，雨水落地后很快进入市政管网，只留下水泥硬化地面被晒得滚烫，热量被留在地表难以升空。所以，雨水、中水等收集净化后再洒在地面是给地表降温的一个手段，而且要形成高效的管网，在酷热时能够做到连续不断的洒。 从这个角度来说，海洋占地表面积的70%是地球的幸运。
兴建大型水池或水塔，在强降雨时收集雨水，在暴热时喷洒雨水，既可以缓解城市内涝问题，减缓短时强降雨对大江大河的冲击，又能给地表适当降温，加速地表热量升空。另外谁又能断言将来雨水不会成为一种战略储备资源？
大兴土木，基建储水，是可行性比较高的方案。
9，热转换。地表气温升高是源于热排放，那么能不能热回收呢？化石能源的燃烧是将化学能转换成热能，那么能不能将地表热能转换成化学能呢？除了前文所讲的绿色植物的光合作用，有没有更加高效的，可以大规模工业化应用的方式呢？
有！
电解水，产物是氧气和氢气。利用光电电解水，其本质就是将地表热能转换成氢气的化学能。这是真正意义上的热削减。
然后释放掉电解产物氢气，由于氢气的密度极低，它会向高空散发直至进入太空，那么地表就减少了这部分热量。这对于抑制全球升温有着积极的作用。
另外它不仅带走了自身的化学能，也带走了一部分环境热量。相对于水蒸气运载地表热量到高空再冷凝降雨，循环往复，氢气携带热量的效率更高，传输距离更远，更容易冲破高空的温室屏障。
同时，这个方案增加了地表氧气浓度。人们常关注二氧化碳浓度的增加值，却忽略了氧气浓度的变化，是因为大气层中的氧气基数太大，氧气下降浓度并不明显而已。实际上由于人类社会每年要燃烧巨量的化石能源，消耗海量的氧气，加之全球各大森林不断被焚毁，被蚕食，单靠绿色植物和微生物产出氧气，其净产出速度是跟不上人类净消耗速度的。现在这个问题的严重性还未凸显，甚至可以说远未凸显，至于什么时候这个问题会严峻起来，可能一百年以后，也可能两百年以后，而实施这个方案可以防患于未然。
实际上，两百年前人类开始工业革命的时候，人类开始大规模挖煤烧煤的时候，就应该预见到，燃烧是放热的，将来全球会因此变暖。至于哪个时间节点，就要看什么时候量变引起质变了。
目前水电风电由于不易储存都存在大量弃电浪费的情况，所以这个计划现在就可以利用富余的电力来实施，尤其是富余的光电。
即使由于经济因素，氢气还没有被直接排放，而是被储存收集，被作为能源燃烧放热，那也只是地表系统内的太阳热量的一次内循环，热量不增也不减。跟燃烧化石能源释放额外热量比起来仍然是长足的进步。
储存的氢气反过来又可以为电厂调峰做贡献。氢气液化后还可以为轿车、卡车、火箭提供动力，也可以进入市政管网逐步取代天然气，成为人类社会新的能量来源。
最关键的是，这个反应的原材料廉价易得，工艺简单可靠。实际上吸收能量的反应有很多，但是比电解水更简便更合适的，没有。一个都没有。
采用大规模的光伏发电来电解水，削减地表热量，是应对全球变暖的最有效方法。方法很简单，接下来的，便是人们改变观念，重新认识，论证实施，大规模推广了，并在应用中不断改进提高。
如果抓紧一些，时间还来得及。
《与资本为伍》刘顺国
2022-7-24
