藍(lán)虹

碳中和是目前最熱的話題。其實(shí)地球生命發(fā)展的歷史，就是碳基生命和碳基能源演進(jìn)的歷史，碳中和是歷史的常態(tài)，如果碳中和狀態(tài)改變，碳基生命就會(huì)失去依托。就連碳基能源的形成，也是歷史時(shí)期碳中和循環(huán)演進(jìn)的產(chǎn)物。

薪柴時(shí)代，是碳中和的時(shí)代。

約100萬(wàn)年前，當(dāng)時(shí)森林茂盛，種子植物的產(chǎn)生加大了森林碳庫(kù)的碳儲(chǔ)量，枯死干燥的粗壯林木為火的產(chǎn)生準(zhǔn)備了條件，閃電帶來(lái)的高溫引燃了森林的大火。

雖然，在地球碳基生命五億年的歷史中，火山爆發(fā)等也會(huì)帶來(lái)高溫大火，但是，畢竟是地質(zhì)事件，不頻繁。剛剛從樹上走下，來(lái)到地面的人類，在其一生居住和生活活動(dòng)范圍內(nèi)，一輩子也很難見(jiàn)到一次。但100萬(wàn)年前，作為植物進(jìn)化最高等的類群種子植物出現(xiàn)了，高大樹木在森林中開始大量繁衍，使閃電雷擊帶來(lái)的森林起火事件更加頻繁，使初期的人類有更多的機(jī)會(huì)接觸、觀察和感受到自然界火的作用和威力，從而開啟了人類探索性地使用能源的歷史。

種子植物是植物界中最繁榮昌盛的類群，根、莖、葉發(fā)達(dá)，都結(jié)種子，用種子繁殖后代。它們適應(yīng)陸地生活的能力較蕨類植物更為優(yōu)越，主要表現(xiàn)在以下三方面：

一是受精過(guò)程中有花粉管形成，花粉管將精子直接輸送到卵細(xì)胞附近，因此受精作用已完全擺脫了水分的限制，這在植物系統(tǒng)演化史上是一個(gè)飛躍，使種子植物成為真正的陸生植物。

其次，產(chǎn)生了種子，胚被保護(hù)在種子里，能長(zhǎng)時(shí)間抵抗不良的環(huán)境條件。種子里貯存了供胚發(fā)育所必需的養(yǎng)料，因此，種子的出現(xiàn)對(duì)種族的繁衍極為有利?；ǚ酃芎头N子的出現(xiàn)，是植物適應(yīng)陸地生活的新發(fā)展，使種子植物發(fā)展到比蕨類植物更高級(jí)的水平，并取代了它們?cè)陉懙厣系膬?yōu)勢(shì)地位。

三是種子植物的根、莖、葉內(nèi)部都已經(jīng)開始擁有非常發(fā)達(dá)的營(yíng)養(yǎng)輸導(dǎo)組織，所以可以為其植株提供更充分的營(yíng)養(yǎng)。種子植物這些優(yōu)勢(shì)，使其植物體都是多年生的木本植物，植株高大，壽命長(zhǎng)，多數(shù)為常綠植物，通常組成大面積的森林，常見(jiàn)的有松、杉、柏等，還有稱為“活化石”的銀杏、水杉和蘇鐵等。

植物界在演進(jìn)中種子植物的出現(xiàn)，使森林樹木更加高大茂密，由閃電雷擊導(dǎo)致的森林起火事件也就更為頻繁地發(fā)生。

在剛遭遇由閃電雷擊而產(chǎn)生的森林起火事件時(shí)，我們遠(yuǎn)古時(shí)期的人類一定是害怕的。熊熊大火產(chǎn)生的高熱，威脅著人類的生命，人們紛紛慌張?zhí)痈Z，有一些甚至被山火燒傷燒死，人類感受到了火的威力。當(dāng)大火熄滅，他們重新返回原來(lái)的居住地的時(shí)候，看到的是，森林大火已經(jīng)把樹木燒毀，一些沒(méi)有及時(shí)逃出的動(dòng)物被燒死，地面被大火后厚厚的草木灰覆蓋。

人們戰(zhàn)戰(zhàn)兢兢地在被森林大火燒毀的居住地轉(zhuǎn)悠，撿拾被山火燒死的動(dòng)物吃，沒(méi)想到，這些被火燒烤過(guò)的動(dòng)物肉更加鮮美可口，更加容易消化，甚至原來(lái)沒(méi)法吃的堅(jiān)硬皮肉和魚類，經(jīng)過(guò)山火的燒烤，也變得美味易于咀嚼。人們認(rèn)識(shí)到，火是可以用于狩獵的，火可以殺死動(dòng)物，而且，火的燒烤還可以讓動(dòng)物的肉變得如此美味。

人們開始追逐和保留火種，用于狩獵和食物的燒烤。原來(lái)人們只能捕捉小型的獵物，但是，掌握了火的使用后，群居的人類開始使用火來(lái)狩獵大型動(dòng)物。在一個(gè)選好的地方事先堆滿可以助燃的枯死樹木，集體將大型動(dòng)物引誘到這個(gè)潛在火圈，投擲火把引燃柴木，大型動(dòng)物就被燒死了。而且，經(jīng)過(guò)燒烤的動(dòng)物肉，不僅更加美味和易于消化，而且還可以延長(zhǎng)儲(chǔ)藏時(shí)間。

因?yàn)檎莆樟耸褂没鸬募寄?，人類的食物更充足，增?qiáng)了人類的生存和繁衍能力，人類族群數(shù)目增加。

動(dòng)物是有記憶的，人類使用火把狩獵，導(dǎo)致很多大型動(dòng)物被殺死，自然山火也導(dǎo)致很多動(dòng)物被燒死，逐漸形成了動(dòng)物們對(duì)火的畏懼心理。人們發(fā)現(xiàn)，在需要休息時(shí)，只要在山洞的洞口保持一堆火的燃燒，無(wú)論多么兇猛的動(dòng)物也不敢來(lái)侵襲進(jìn)攻，所以，人類又學(xué)會(huì)了使用火來(lái)防御和保護(hù)族群，以此獲得更好更安全的休息和睡眠，這對(duì)人類的演進(jìn)和腦部的發(fā)育非常重要。而且，在黑夜的森林，人們發(fā)現(xiàn)火還具有照明功能，可以使人們?cè)谝归g也做一些工作，比如縫制獸皮衣等等。

到了來(lái)年春天，被山火燃燒過(guò)的山地，因?yàn)楸缓窈竦牟菽净腋采w，土壤變得松軟肥沃，一些被子植物大量繁殖破土而出，例如番薯、山藥、玉米、旱稻等。這些植物本來(lái)在森林里是稀疏分布的，因?yàn)橛写罅扛叽髽淠驹谕恋刂姓嘉?，很難有一整塊大塊的松軟肥沃平地，所以這些可食用的果實(shí)塊莖等植物，需要人們反復(fù)搜尋，搜尋成本很高。但山火把高大林木燒毀了，留下的灰燼有著充足的養(yǎng)分，又遇上來(lái)年春天的淅淅瀝瀝的春雨，各種灰燼中蘊(yùn)藏的被子植物種子在肥沃土壤和溫柔細(xì)雨的催生下都開始爭(zhēng)奇斗艷地開花結(jié)果，給初期的人類帶來(lái)巨大的驚喜。這簡(jiǎn)直是天然食物庫(kù)呀。

在大自然這樣的實(shí)踐教學(xué)中，初期的人類開始模仿，發(fā)展出了刀耕火種的初期農(nóng)業(yè)。

薪柴燃燒這種第一代碳基能源，使人類了解和掌握了能源使用的威力。在100多萬(wàn)年前至50萬(wàn)年前這段時(shí)間，古人類相繼掌握了人工控制天然火的技能，這對(duì)人類的發(fā)展是具有跨時(shí)代意義的，因?yàn)榛鸱N的保存和使用，人類在恐龍滅絕之后，開始逐漸成為地球碳基生命的新主宰。

從生產(chǎn)角度，刀耕火種的農(nóng)業(yè)文明的開始，使古人類可以不需要為了覓食而不斷遷移流浪，開始有了村落，焚山開荒，有意識(shí)地培育可食用的被子植物生長(zhǎng)，獲得較為穩(wěn)定的食物來(lái)源;在狩獵方面，沒(méi)有火之前，人類體型和身體自身的攻擊能力并不是很強(qiáng)大，比如，并沒(méi)有可以殺死猛獸的很鋒利的牙齒和鋒利的爪子，遇到猛獸只能殊死搏斗，狩獵只能獵取一些兔子等小型動(dòng)物。但當(dāng)人們學(xué)會(huì)使用火之后，人類群居和群攻的優(yōu)勢(shì)就發(fā)揮出來(lái)了，古人類通過(guò)群攻的方式用火把驅(qū)趕野獸，用火圍剿野獸，用火防御野獸的攻擊和獵殺。在猛獸面前，古人類不再是被動(dòng)的逃跑或者無(wú)力地被獵殺，而是成為了主宰。

從人類進(jìn)化的角度，薪柴燃燒可以燒烤食物，人類擺脫了茹毛飲血的時(shí)代。經(jīng)過(guò)燒烤的食物不僅味道好而且易于咀嚼和消化，高溫加熱的食物還可以形成200多種新的化合物，人們可以獲得更多營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，促進(jìn)人體內(nèi)臟、大腦、骨髓、口腔的更快進(jìn)化，大腦的發(fā)育更加發(fā)達(dá)。北京猿人的顱骨內(nèi)腔結(jié)構(gòu)證實(shí)，人類的分節(jié)語(yǔ)能力產(chǎn)生于50萬(wàn)年前，與人類掌握火的使用在同一時(shí)期。

人類開始直立行走。直立行走不僅解放了人類的雙手，而且還引起了身體各部位的改變。例如，在發(fā)音器官上，隨著人類直立行走和顎部的隆起，人類吻部逐漸萎縮，口腔和喉部形成直角，非常有利于發(fā)出各種聲音。因?yàn)闊緦?dǎo)致熟食的形成，使人們不需要很強(qiáng)大的咀嚼器官，咀嚼器官逐漸萎縮，牙床變小，口腔內(nèi)發(fā)音器官的活動(dòng)余地逐漸變大，非常有利于人類語(yǔ)言當(dāng)中共鳴和唇音的形成。正是熟食導(dǎo)致人類身體的這些進(jìn)化，最終形成了人類的語(yǔ)言。語(yǔ)言是文化形成的基礎(chǔ)，也是人類區(qū)別其他動(dòng)物的標(biāo)志性特征。

從人類生存和繁衍的角度，碳基能源薪柴燃燒帶來(lái)的光能和熱能，擴(kuò)大了人類的食物來(lái)源，提升了人類的智力，增強(qiáng)了人類生存和繁衍能力。特別是冬季，寒冷的威脅，食物的缺乏，是各種動(dòng)物死亡的高發(fā)季節(jié)。人類擁有穩(wěn)定的食物來(lái)源，還可以在山洞里通過(guò)烤火抵御寒冷，人類人口數(shù)目迅速增長(zhǎng)，從而進(jìn)一步增加了集體進(jìn)攻防御能力。

村寨、部落，甚至農(nóng)業(yè)國(guó)家，就是在人口增長(zhǎng)的基礎(chǔ)上形成的。而這些人類集體組織的形成，又進(jìn)一步加強(qiáng)了人類團(tuán)體作戰(zhàn)的能力，使人類在與自然界其他動(dòng)物猛獸的森林競(jìng)爭(zhēng)中，成為當(dāng)之無(wú)愧的霸主。

從武器和器械發(fā)展角度，在人類沒(méi)有學(xué)會(huì)使用碳基能源之前，可以使用的武器只有天然的石頭和樹枝，用石頭砸，揮舞樹枝抽打，是主要的進(jìn)攻武器。但是，第一代碳基能源薪柴燃燒的使用，直接燃燒的溫度可以達(dá)到700度高溫，可以燒死燒傷猛獸，本身就成為捕獵和防御的有利武器。在這個(gè)基礎(chǔ)上，6000年前的人類又發(fā)現(xiàn)，在低氧氣中，薪柴的部分燃燒可以形成碳含量更高的木炭，木炭燃燒可以達(dá)到1100度高溫，這足夠?qū)r石中的金屬分離出來(lái)，于是金屬冶煉術(shù)得以發(fā)展，開創(chuàng)了人類的金屬時(shí)代。利用金屬，人類制造各種更加尖銳、殺傷力更加強(qiáng)大的金屬工具、武器，例如刀、劍等。

人類逐漸開始掌握使用第一代碳基能源薪柴的燃燒，開始掌握光能和熱能，走向了文明，這一時(shí)代被稱之為薪柴時(shí)代。人類學(xué)會(huì)使用火之后，生產(chǎn)力不斷提高，社會(huì)隨之進(jìn)步。人類在火光中得到光明，在寒冷中得到溫暖。因?yàn)榛鸬氖褂?，人類獲得了比獅子老虎野狼等最頂級(jí)的猛獸還更強(qiáng)大的攻擊和防御能力，可以說(shuō)，沒(méi)有火就沒(méi)有人類文明。

所以，無(wú)論是古老而神秘的東方文明，還是充滿宗教色彩的西方文明，火都是文明的起源，是世界文明的基石。在古老的中國(guó)傳說(shuō)中，燧人氏鉆木取火使人類擺脫了茹毛飲血的時(shí)代從而開創(chuàng)了華夏文明。在浪漫的西方神話中，普羅米修斯為人類盜取天火，使人類成為了萬(wàn)物之靈。

燧人氏鉆木取火來(lái)自我國(guó)古老的神話。傳說(shuō)在遠(yuǎn)古蠻荒時(shí)期，人類并不懂得使用火，夜幕降臨，到處漆黑一團(tuán)，猛獸的嚎叫連綿不絕，遙相呼應(yīng)，人們蜷縮在一起，又冷又餓又怕。因?yàn)闆](méi)火，人們不得不生吃食物，不但生吃植食，就連捕來(lái)的猛獸，也是“生吞活剝”，連毛帶血一塊吃，就是茹毛飲血。這導(dǎo)致人們經(jīng)常生病，抵御野獸攻擊的能力也很弱，饑餓、疾病、寒冷、野獸的攻擊和撕咬，使人們的壽命很短，死亡率很高。

有一天，山林里忽然起火了，許多飛禽走獸葬身火海。人們受到雷電和大火的驚嚇，到處奔逃。火熄之后，逃散的人們又聚到了一起，他們驚恐地看著燃燒的樹木，發(fā)現(xiàn)原來(lái)經(jīng)常在周圍出現(xiàn)的野獸的嚎叫聲沒(méi)有了，大火中燒死的野獸肉發(fā)出了誘人的香味。人們聚到火邊，分吃燒過(guò)的野獸肉，覺(jué)得從沒(méi)有吃過(guò)這樣的美味。隨后，人們發(fā)現(xiàn)火還可用來(lái)取暖和照明。于是，人們開始有意識(shí)地保存和利用火，將天然火種帶回洞穴中保存起來(lái)。但是，天然的火種很難保存，稍不留神就會(huì)熄滅。人們又重新陷入了黑暗和寒冷之中。

神仙伏羲在天上看到了這一切，動(dòng)了惻隱之心，于是給一個(gè)伶俐的年輕人托夢(mèng)，告訴他：“在遙遠(yuǎn)的西方有個(gè)燧明國(guó)，那里有火種，你可以去那里把火種取回來(lái)。” 年輕人醒后，便下定決心去燧明國(guó)取回火種。他翻過(guò)高山，涉過(guò)大河，穿過(guò)森林，歷盡艱辛，終于來(lái)到了燧明國(guó)?？墒沁@里沒(méi)有陽(yáng)光，不分晝夜，四處一片黑暗，根本沒(méi)有火。

他非常失望，就坐在一棵叫“燧木”的大樹下休息。這時(shí)候他發(fā)現(xiàn)就在燧木樹上，有幾只大鳥正在用短而硬的喙啄樹上的蟲子。只要它們一啄，樹上就閃出明亮的火花。年輕人看到這種情景，腦子里靈光一閃。他立刻折了一些燧木的樹枝，用小樹枝去鉆大樹枝，樹枝上果然閃出火光，可是卻著不起火來(lái)。年輕人不灰心，他找來(lái)各種樹枝，耐心地用不同的樹枝進(jìn)行摩擦。他取來(lái)一根很粗的樹干，用石刀先將其刨平，再拿起一段較細(xì)的樹枝用石刀削尖，將其扎到刨平的木板上，在周圍覆蓋上易燃的干葉、枯草，再飛快地轉(zhuǎn)動(dòng)削尖的木棒。不一會(huì)干葉、枯草中就有黑煙冒出，他再使勁一吹，氧氣的作用使樹枝燃起了紅彤彤的火焰。

年輕人激動(dòng)地回到了家鄉(xiāng)，為人們帶來(lái)了永遠(yuǎn)不會(huì)熄滅的火種——鉆木取火的辦法，從此人們?cè)僖膊挥蒙钤诤浜涂謶种辛?。人們被這個(gè)年輕人的勇氣和智慧折服，推舉他做首領(lǐng)，并稱他為“燧人”，也就是取火者的意思。發(fā)明鉆木取火的燧人氏被后人尊為“火祖”，受到世代景仰。

農(nóng)耕文明時(shí)代的人們使用的碳基能源主要是薪柴，這是第一代碳基能源，所以在能源史上被稱之為薪柴時(shí)代。薪柴的主要成分是碳，所以，原始人類使用火的歷史，就是人類將薪柴中的有機(jī)碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳并排入大氣的過(guò)程，就是人類開始大規(guī)模通過(guò)碳基能源的使用介入自然界碳排放和碳吸納循環(huán)的開端。

薪柴的主要成分是碳，將薪柴加熱到可燃點(diǎn)時(shí)，與空氣中的氧氣產(chǎn)生化學(xué)作用，就能釋放光能和熱能，產(chǎn)生二氧化碳。薪柴燃燒的過(guò)程，就是薪柴中的碳與氧氣結(jié)合后釋放二氧化碳的過(guò)程，就是釋放能量的過(guò)程，這就是為什么火可以產(chǎn)生高溫?zé)绖?dòng)物、人們可以利用火將食物烤熟的原因。

我們?nèi)绻紵粔K薪柴，會(huì)發(fā)現(xiàn)，一斤薪柴燃燒之后，剩下的灰燼不到一兩，好像薪柴的燃燒是會(huì)產(chǎn)生虧損現(xiàn)象的。但物質(zhì)守恒定理，告訴我們物質(zhì)不會(huì)憑空消失，也不會(huì)憑空產(chǎn)生。那么，薪柴燃燒后，除了殘留很少的灰燼，其他的物質(zhì)究竟去哪里了呢？實(shí)際上，薪柴主要成分是碳，在與空氣中的氧氣發(fā)生劇烈的氧化反應(yīng)發(fā)光發(fā)熱后，生成了二氧化碳?xì)怏w，融入到大氣中了。所以，薪柴燃燒后，我們看到的，只有很少的灰燼，其他的物質(zhì)，都轉(zhuǎn)化為氣體的二氧化碳，進(jìn)入了大氣層。

因此，我們可以看到，薪柴燃燒的過(guò)程，就是人類通過(guò)火的燃燒，人為向大氣層排放二氧化碳的過(guò)程。但是，100萬(wàn)年前的原始時(shí)期，森林濃郁茂盛，人類數(shù)量還很少，僅僅薪柴燃燒排放的二氧化碳，相對(duì)于當(dāng)時(shí)森林巨大光合作用產(chǎn)生的吸納能力和海洋吸納二氧化碳能力來(lái)說(shuō)，是非常微不足道的，不足以影響地球碳吸納和碳排放循環(huán)的平衡，也不會(huì)破壞當(dāng)時(shí)碳中和狀態(tài)。

但是，人類使用碳基能源的歷史是一個(gè)長(zhǎng)時(shí)間跨度的歷史。當(dāng)人類感受到農(nóng)業(yè)文明相對(duì)于狩獵更為穩(wěn)定和豐富的食物回報(bào)時(shí)，因?yàn)樽迦褐g資源和土地的爭(zhēng)奪，各個(gè)族群都迫切需要增加糧食和食物供給，以保障本族群人口的不斷增長(zhǎng)，增加族群的戰(zhàn)斗力，使族群在戰(zhàn)斗戰(zhàn)爭(zhēng)中成為獲勝的一方，占領(lǐng)更多的土地和資源。于是，不斷砍伐和燒毀森林，以開墾更多的農(nóng)田，種植更多的糧食和經(jīng)濟(jì)作物。

而且，金屬冶煉也急需更多的木炭。由于對(duì)薪柴需求量巨大，人類大量砍伐森林樹木，燒制木炭。例如，16世紀(jì)末時(shí)，因?yàn)榻饘僖睙拰?duì)木炭的巨大需求，英國(guó)原來(lái)幾乎全植被覆蓋的土地90%的樹木已經(jīng)消失，導(dǎo)致倫敦木材價(jià)格飆升，在歐洲其他地區(qū)以及亞洲也發(fā)生了類似的事件，這便是世界上第一次能源危機(jī)。

森林的大量砍伐肯定會(huì)減少大自然二氧化碳的吸納能力，而大量碳基能源薪柴的燃燒又會(huì)加大向大氣層的二氧化碳排放量。但大自然碳吸納和碳排放的循環(huán)系統(tǒng)是巨大的，海洋和當(dāng)時(shí)仍然存在的大量原始森林、濕地等產(chǎn)生的巨大二氧化碳吸納作用，使第一代碳基能源的廣泛使用并沒(méi)有引起碳中和的劇烈失衡。

但毫無(wú)疑問(wèn)，人類對(duì)第一代碳基能源薪柴燃燒的使用，使人類自此踏上了改變地球碳循環(huán)的道路。也激發(fā)了農(nóng)業(yè)文明的誕生，人類對(duì)地球碳循環(huán)的影響隨著人口的增長(zhǎng)農(nóng)耕文明的擴(kuò)張而加大。隨著森林的大量焚燒和砍伐，本應(yīng)在生物圈中存留數(shù)百年的碳，提前結(jié)束了碳循環(huán)的旅程，被排放到大氣中。人類因?yàn)榇罅靠撤ズ腿紵谝淮蓟茉葱讲穸~外排放出的二氧化碳，逐漸突破了自然界碳中和平衡器的自動(dòng)調(diào)節(jié)和保護(hù)，導(dǎo)致了大氣層中二氧化碳濃度的上升。但是，這一上升速度非常緩慢。遍布全球六千多年的農(nóng)業(yè)文明，并沒(méi)有導(dǎo)致大自然顯著的碳中和失衡。

第二代碳基能源是煤炭。煤炭的發(fā)現(xiàn)和利用到今天已經(jīng)有2000多年的歷史。煤炭成為第二代碳基能源，是因?yàn)槿济赫羝麢C(jī)的發(fā)明和廣泛使用。

學(xué)會(huì)用火，大大加速了人類的進(jìn)化，在薪柴時(shí)代，人們生活、生產(chǎn)所用的能源幾乎全部來(lái)自生物質(zhì)的木材、秸桿。木柴燒制的木炭讓人們注意到煤炭，其單位體積/質(zhì)量發(fā)出的熱量明顯高于薪柴。燃煤蒸汽機(jī)發(fā)明之后，煤炭的使用量明顯上升，第一次工業(yè)革命爆發(fā)。20世紀(jì)初，煤炭超越薪柴，在能源構(gòu)成中占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，能源進(jìn)入煤炭時(shí)代。

長(zhǎng)期薪柴時(shí)代的積累帶來(lái)了大片森林的毀滅和相應(yīng)地區(qū)的荒漠化，減少了自然界吸納大氣層二氧化碳的能力，而以煤炭作燃燒和動(dòng)力的大規(guī)模的城市群、大規(guī)模的工業(yè)和交通又顯著增加了向大氣層的二氧化碳排放量，導(dǎo)致大自然碳中和失衡危機(jī)初步顯現(xiàn)。

煤炭的形成，是歷史時(shí)期碳中和時(shí)代的產(chǎn)物，是碳基生命碳循環(huán)的過(guò)程，是沉睡森林深埋地下由有機(jī)碳轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)碳的過(guò)程。

煤炭是幾億年前植物死亡后，被埋入深深的地下，因?yàn)槿毖鯛顟B(tài)，沒(méi)有和空氣中的氧氣作用，經(jīng)過(guò)壓實(shí)、失水、硬結(jié)等變化而導(dǎo)致碳含量的上升，從而形成燃燒熱值更高的煤炭。薪柴的碳含量一般是50%以下，而煤炭的碳含量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于薪柴，最初級(jí)的褐煤中的碳含量是65%至75%，煙煤中的碳含量為75%至90%，無(wú)煙煤高達(dá)90%至98%。

所以，地球上的煤，實(shí)際上是遠(yuǎn)古時(shí)代因?yàn)榇罅恐参餁埡〉娜毖趸癫?，深藏在地下的碳元素。這種缺氧狀態(tài)，一般是發(fā)生在沼澤、湖泊地帶，樹木因?yàn)樗劳龅雀鞣N原因傾倒后，立即淹沒(méi)在水底、泥沙中，與空氣中的氧氣隔離。在隔絕空氣的情況下，經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的地質(zhì)年代和地殼運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)地下的高溫高壓，經(jīng)過(guò)生物物理化學(xué)作用，逐步演變而成。

在正常情況下，森林碳庫(kù)的有機(jī)碳循環(huán)應(yīng)該是，樹木依托太陽(yáng)的光能，吸收空氣中的二氧化碳，通過(guò)光合作用，將二氧化碳轉(zhuǎn)化為碳水化合物、葡萄糖等樹木生長(zhǎng)需要的有機(jī)碳物質(zhì)，并向空氣中釋放氧氣。這一過(guò)程，實(shí)際上就是森林吸納二氧化碳，并將其固化到樹木中去的過(guò)程。所以，森林樹木的生長(zhǎng)是可以吸納二氧化碳的碳匯。

但是，碳循環(huán)必須是閉環(huán)的，有吸納有排放，才能實(shí)現(xiàn)碳平衡、碳中和狀態(tài)。樹木衰老死亡后，或者樹木被砍伐燃燒后，通過(guò)有氧細(xì)菌的分解，通過(guò)木柴燃燒的化學(xué)反應(yīng)，固化在樹木里的碳又重新以二氧化碳的形態(tài)釋放進(jìn)大氣層，從而保持大氣層二氧化碳濃度的恒定。

而煤的形成，是植物死后，因?yàn)閮A倒在充滿水和泥沙的沼澤、湖泊、河流等地帶，在與空氣隔離無(wú)氧的狀態(tài)下被深埋進(jìn)地下，因此沒(méi)有完成將樹木中固態(tài)化的碳重新以二氧化碳形態(tài)釋放回大氣層的過(guò)程，反而在地下高溫高壓作用下，碳的固態(tài)化進(jìn)一步凝練聚合，單位體積含碳密度更大。在森林有機(jī)碳循環(huán)中，煤的形成，減少了返回到大氣層的二氧化碳，但是，因?yàn)槊旱男纬墒菐變|年的地質(zhì)歷史過(guò)程，時(shí)間跨度很大，形成過(guò)程非常漫長(zhǎng)，這種碳儲(chǔ)存也是非常緩慢進(jìn)行的，所以，并沒(méi)有對(duì)自然界有機(jī)碳循環(huán)和碳中和平衡造成很大的影響。

煤的形成分為兩個(gè)階段，泥碳化階段和煤化階段。當(dāng)樹木死后傾倒在充滿水的沼澤、湖泊、河流地帶，樹木遺骸被水和泥沙淹沒(méi)，形成了無(wú)氧的與空氣隔絕狀態(tài)。由于地殼的變動(dòng)、沉積地帶下降、泥沙的不斷沖積，樹木遺骸被一層層地埋在地層中，在缺氧的條件下，受厭氧細(xì)菌的作用，發(fā)生復(fù)雜的生物、化學(xué)、物理變化，逐漸變成泥炭。這是成煤過(guò)程的第一階段，泥碳化階段。

由于地殼下沉等原因，因?yàn)楦邷馗邏旱淖饔?，泥炭層進(jìn)一步發(fā)生變化，被脫水被壓緊，含碳量逐漸增加，腐殖酸含量減少，從而形成了含碳量在65%至75%的初級(jí)煤：褐煤。隨著地殼的繼續(xù)下沉，溫度和壓力因此更大，促進(jìn)煤層的煤質(zhì)繼續(xù)發(fā)生變化，煤化過(guò)程進(jìn)一步加深，褐煤逐漸變成含碳量為75%至90%的煙煤，最后變成含碳量高達(dá)90%至98%的無(wú)煙煤。

人們常在煤礦的橫截面上發(fā)現(xiàn)樹木的紋理，而在有些煤層，還存在著很多煤化的植物化石，仿佛在述說(shuō)這些植物樹木的前世，在幾億或者千萬(wàn)年前，他們也曾經(jīng)是郁郁蔥蔥生機(jī)盎然的年輕模樣。

根據(jù)考古發(fā)現(xiàn)，地球上的煤主要在三個(gè)地質(zhì)時(shí)期形成，分別是石炭紀(jì)和二疊紀(jì)、侏羅紀(jì)、古近紀(jì)。石炭紀(jì)距今3.5億年，二疊紀(jì)開始于距今2.99億年，侏羅紀(jì)是大家都很熟悉的恐龍主宰地球的時(shí)代。這些時(shí)期，都是地球生命中生機(jī)勃勃的碳中和時(shí)期。

侏羅紀(jì)開始于距今1.99億年，這是植物非常繁盛的時(shí)期，才使棲息在高大密林中的恐龍成為了森林和地球之王，我國(guó)大部分煤礦都是形成于恐龍時(shí)代的侏羅紀(jì)。古近紀(jì)開始于距今6500萬(wàn)年，是在行星撞擊地球?qū)е驴铸垳缃^后，地球生態(tài)系統(tǒng)逐漸修復(fù)森林重建的基礎(chǔ)上形成的，經(jīng)歷了4200萬(wàn)年。從上述成煤年代，我們可以知道，煤的形成，碳在地球深層的固化和凝聚，絕不是一朝一夕的變化，而是千萬(wàn)上億年地質(zhì)歷史跨度的深深蘊(yùn)藏。而煤炭形成的基礎(chǔ)，是碳中和下適宜溫潤(rùn)的氣候?qū)е碌纳址泵l(fā)展，

目前發(fā)現(xiàn)的特厚煤層已經(jīng)超過(guò)100多米厚，人們會(huì)詫異，遠(yuǎn)古地球得有多少的森林和樹木，而且這些樹木還需要是在沼澤、湖泊、河流等易于形成缺氧環(huán)境的地帶，那總的森林和樹木資源太龐大了。但是，如果我們考慮到成煤年代和時(shí)間跨度，就可以理解了。這么厚的煤層不是短時(shí)間形成的，而是數(shù)千萬(wàn)上億年形成的，如此漫長(zhǎng)的時(shí)間跨度，即使煤層的厚度每年只增加0.01毫米，在一千萬(wàn)年以后，厚度也可以達(dá)到100米，何況很多煤礦的成煤時(shí)間是距今上億年。

考慮上億年的成煤時(shí)間，也可以使我們更好地認(rèn)識(shí)到煤的燃燒使用和碳中和失衡的關(guān)系。自然界用了上億年將大氣層二氧化碳轉(zhuǎn)化為固態(tài)碳并深埋存儲(chǔ)于地下，人類只用了不到300年，就將這些固態(tài)碳通過(guò)煤的燃燒，重新以二氧化碳?xì)怏w的形態(tài)釋放到大氣層，這必然會(huì)提升大氣層二氧化碳的濃度，導(dǎo)致氣候變暖，出現(xiàn)初步的碳中和失衡危機(jī)。

煤的形成歷史，本身就是地球碳中和、失衡、碳循環(huán)修復(fù)、重新回到碳中和狀態(tài)的過(guò)程，每一次碳循環(huán)從碳中和到碳失衡的過(guò)程，就是地球生物大滅絕的過(guò)程，而每一次地球從碳循環(huán)失衡到回歸碳中和的過(guò)程，就是新的地球生物系統(tǒng)重建的過(guò)程。所以，回顧煤的形成史，對(duì)于我們理解碳中和對(duì)于碳基生命的重要性，非常有幫助。

二疊紀(jì)是古生代的最后一個(gè)紀(jì)，也是重要的成煤期。二疊紀(jì)開始于距今2.99億年。二疊紀(jì)早期，地球氣候溫度適宜而濕潤(rùn)，這給大量植物的生長(zhǎng)創(chuàng)造了條件。當(dāng)時(shí)，郁郁蔥蔥的沼澤森林在許多沿海地區(qū)密集分布，內(nèi)陸地區(qū)因?yàn)獒樔~樹開始大面積繁殖，形成了茂密的內(nèi)陸原始森林，因?yàn)闅夂驖駶?rùn)，即使內(nèi)陸原始森林也存在著大量的湖泊河流，星羅棋布地與原始森林交融在一起。密集的森林樹木、大量的水域環(huán)境，是煤形成的必要條件，二疊紀(jì)早期和中期都具備了，因此給煤層的形成提供了充足的物質(zhì)條件。

這種氣候森林特征也在我國(guó)考古發(fā)現(xiàn)中得到了證實(shí)?？脊虐l(fā)現(xiàn)我國(guó)河北南部石炭紀(jì)——二疊紀(jì)古氣候的變化趨勢(shì)表現(xiàn)為：晚石炭世到早二疊世早期為溫暖潮濕，早二疊世晚期到中二疊世則逐漸向干旱氣候轉(zhuǎn)變。世界各地的考古發(fā)現(xiàn)，也印證了二疊紀(jì)經(jīng)歷了非常劇烈的氣候變化，從二疊紀(jì)早期的溫暖濕潤(rùn)，氣候適宜，森林茂密、生物繁榮，到二疊紀(jì)晚期的氣候劇變，干旱炎熱，沙漠化急劇擴(kuò)大，氣候升溫導(dǎo)致了大量生物死亡，形成了嚴(yán)重的地球生物大滅絕，95%的海洋生物和75%的陸地脊椎動(dòng)物滅絕，三葉蟲、海蝎以及很多重要珊瑚群全部消失。

二疊紀(jì)這種氣候劇變，是因?yàn)樘贾泻褪Ш庠斐傻?。在二疊紀(jì)早期，地球處于穩(wěn)定的碳中和狀態(tài)，所以氣候濕潤(rùn)，溫度適宜穩(wěn)定。但是，從二疊紀(jì)中期開始，特別是到二疊紀(jì)晚期，地殼活動(dòng)越來(lái)越活躍，古板塊間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)加劇，世界范圍許多地方形成了褶皺山系，古板塊間逐漸拼接形成聯(lián)合古大陸（泛大陸），陸地面積逐漸擴(kuò)大，海洋范圍縮小。

當(dāng)海洋的大陸架因?yàn)楹０毒€的急劇退縮而暴露出地面后，原先埋藏在海底的有機(jī)碳因?yàn)楸┞对诳諝庵斜谎趸?，這個(gè)氧化過(guò)程消耗了氧氣，釋放了大量的二氧化碳。大氣層中的氧氣減少了，而二氧化碳濃度升高。高濃度的二氧化碳好像給地球裹上了厚重的棉被，引起了氣候升溫變暖。大氣中氧氣的減少，影響了陸地動(dòng)物的生存。大氣中二氧化碳濃度的提升，使海洋超額吸納二氧化碳，導(dǎo)致了海洋缺氧酸化，大量海洋生物因此死亡和滅絕。

這一時(shí)期地層中大量沉積的富含有機(jī)物的頁(yè)巖是這場(chǎng)災(zāi)難的證明。氣候劇變還導(dǎo)致了火山更頻繁地爆發(fā)，引燃了海底的可燃冰，釋放甲烷，進(jìn)一步加劇了氣候變化的危機(jī)。因氧氣減少，厭氧的紫細(xì)菌活動(dòng)更加頻繁，其釋放的毒氣殺死了大量的生物。整個(gè)地球的生物圈一片死寂。

二疊紀(jì)時(shí)期的氣候變化規(guī)模非常巨大，二疊紀(jì)早期海平面比今天高出約200英尺（60米），二疊紀(jì)晚期海平面暴跌至當(dāng)前海平面下約20米（也就是低于現(xiàn)今20米），大氣升溫，特別是在大陸內(nèi)陸更是炎熱干燥。隨著氣候干燥和海平面下降，靠近海岸的針葉林讓位于泛濫的沙漠，沙漠成了這一時(shí)期內(nèi)陸的主要特征，這種焦土景觀成為了有記錄以來(lái)世界上最大的沙漠，在二疊紀(jì)晚期，因?yàn)榇髿庵卸趸紳舛冗^(guò)高，溫度波動(dòng)達(dá)到了極端：夜晚極其寒冷，而白天則被太陽(yáng)的強(qiáng)烈熱量所摧毀，到處都是沙漠。

大量二疊紀(jì)時(shí)期的成煤煤礦，告訴我們，二疊紀(jì)早期地球曾經(jīng)是森林茂密、沼澤湖泊河流密布的景象。而二疊紀(jì)晚期地球到處是沒(méi)有生命的死寂的荒涼沙漠景象，地質(zhì)層巖石毫無(wú)生命特征的紫紅色調(diào)，又在訴說(shuō)著因?yàn)樘贾泻褪Ш獾厍蛏鬁缃^的災(zāi)難。長(zhǎng)長(zhǎng)的歷史時(shí)間跨度，二疊紀(jì)的成煤煤層，都在向我們展示著地球從生命繁榮的碳中和狀態(tài)走向碳中和失衡的大滅絕災(zāi)難，這一過(guò)程中，碳循環(huán)系統(tǒng)的改變，劇增的二氧化碳?xì)怏w向大氣層的排放，逐漸導(dǎo)致生物的滅絕和生態(tài)系統(tǒng)的崩潰。

災(zāi)難發(fā)生五萬(wàn)年后，地球板塊運(yùn)動(dòng)逐漸穩(wěn)定，火山爆發(fā)頻率減少，地球生態(tài)逐漸好轉(zhuǎn)。熬過(guò)災(zāi)難期的植物在倔強(qiáng)的進(jìn)化中不斷繁衍，它們吸收大氣中的二氧化碳，通過(guò)光合作用制造氧氣，使得大氣中的含氧量逐漸增加，二氧化碳濃度逐漸下降，全球氣溫逐漸降低。而且植物光合作用形成的水汽聚合后，吸納大氣中的二氧化碳變成酸雨，掉落地面，進(jìn)入土壤或者海洋，被轉(zhuǎn)化為固態(tài)化的碳酸鹽巖，沉入海底。大氣層碳吸收和碳排放的循環(huán)再次實(shí)現(xiàn)平衡，進(jìn)入碳中和狀態(tài)，地球生物大滅絕事件終于告一段落。地球生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)了數(shù)百萬(wàn)年乃至上千萬(wàn)年的時(shí)間才逐漸自我修復(fù)。

世界歷史上第二個(gè)著名的成煤時(shí)期是侏羅紀(jì)時(shí)期，開始于公元前1.99億年，離二疊紀(jì)晚期公元前2.51億年發(fā)生的生物大滅絕事件，已經(jīng)過(guò)去了近六千萬(wàn)年。這就是著名的恐龍世紀(jì)。

即使經(jīng)過(guò)六千萬(wàn)年的地球自我修復(fù)，在侏羅紀(jì)前期，生物大滅絕事件還是對(duì)生態(tài)有著影響，各種動(dòng)物植物不是很繁盛，屬于休養(yǎng)生息階段。但到了侏羅紀(jì)中晚期，地球碳循環(huán)趨于穩(wěn)定，進(jìn)入碳中和狀態(tài)。氣候變得溫潤(rùn)潮濕，繁盛的森林植被，形成了如今澳大利亞和南極洲豐富的煤炭資源。盤古大陸，被郁郁蔥蔥的森林和綠洲所覆蓋，沼澤、湖泊、河流眾多，雨量充沛。

侏羅紀(jì)中晚期開始，恐龍進(jìn)入鼎盛時(shí)期，逐漸成為地球碳基生命的霸主，統(tǒng)治了地球長(zhǎng)達(dá)1.5億年。。

侏羅紀(jì)時(shí)代，在碳中和狀態(tài)的加持下，生機(jī)盎然、天空晴朗、氣候溫和、雨水充沛。郁郁蔥蔥的森林里，植物爭(zhēng)奇斗艷，不只有低矮的蕨類、藻類植物，還有高大的針葉樹、銀杏樹。侏羅紀(jì)中晚期，地球上廣泛覆蓋著極其茂盛的裸子植物和蕨類，這是素食性恐龍豐盛的食物天堂。

每年雨季來(lái)臨之前，生活在今天南美洲的喙嘴翼手龍都會(huì)飛越大西洋來(lái)到今天的法國(guó)西海岸尋找它的異性進(jìn)行交配。這時(shí)候的大西洋只有300公里寬，雄性翼龍?jiān)陲w越大洋的途中，會(huì)不時(shí)地貼近海面啄食海水中跳躍的魚類來(lái)補(bǔ)充體力，而且隨時(shí)存在被恐怖的海洋殺手滑齒龍吞食的危險(xiǎn)。在飛達(dá)目的地時(shí)，翼手龍已是精疲力竭。往往要休息一個(gè)多星期才會(huì)去尋覓自己的配偶。

侏羅紀(jì)時(shí)的氣候?qū)铸埖姆毖苁钟欣?，而且在中生代的哺乳?dòng)物還處于進(jìn)化的早期階段，恐龍基本上沒(méi)有任何生存競(jìng)爭(zhēng)的對(duì)手，所以它們迅速占領(lǐng)各個(gè)大陸，進(jìn)入了鼎盛時(shí)期。豐富的食物和適宜的氣候，使恐龍們迅速繁盛起來(lái)，前所未有的巨型恐龍爭(zhēng)相亮相，在廣闊的森林和草原之間游蕩，粗大的腳印深深印在泥土上。

那時(shí)候地球上的氣候都非常溫暖濕潤(rùn)，植物生長(zhǎng)茂密蔥蘢，良好的降雨和光照條件使植物可以長(zhǎng)得很大。而由于食物充足，動(dòng)物就沒(méi)有了營(yíng)養(yǎng)缺乏之虞，無(wú)論是草食動(dòng)物還是肉食動(dòng)物，都可以不缺食物來(lái)源，所以動(dòng)物也能長(zhǎng)得很大，這也是巨型恐龍產(chǎn)生的原因。恐龍中最具代表性的迷惑龍，體長(zhǎng)25米，體重達(dá)30噸。在海洋里，體形接近魚類的爬行動(dòng)物——魚龍，族類繁榮昌盛，與其他海洋掠食者，例如蛇頸龍和海洋鱷目動(dòng)物一起分享著侏羅紀(jì)溫暖的海水。

世界各地豐厚的侏羅紀(jì)成煤期煤礦的發(fā)現(xiàn)，也印證了侏羅紀(jì)時(shí)期森林的茂盛，河流湖泊沼澤雨水的眾多和豐沛。例如我國(guó)侏羅紀(jì)煤就在內(nèi)蒙古、陜西、甘肅、寧夏等省廣泛分布。

但是，這樣一個(gè)碳基生命旺盛的時(shí)代，因?yàn)樾行亲矒舻厍驅(qū)е碌奶贾泻褪Ш舛鴼纾?dǎo)致了恐龍的滅絕。6500萬(wàn)年前，一顆名為巴普提斯蒂娜的小行星，直徑接近160公里，進(jìn)入了地球軌道，撞擊了地球，形成了著名的?？颂K魯伯隕石坑。撞擊的地點(diǎn)就在墨西哥的猶卡坦半島。

撞擊事件引發(fā)了頻繁的火山爆發(fā)，大氣層二氧化碳濃度顯著升高。撞擊事件造成大量灰塵進(jìn)入大氣層，遮蔽陽(yáng)光，使植物無(wú)法獲得太陽(yáng)光進(jìn)行正常的光合作用，導(dǎo)致二氧化碳吸納能力減弱，而且也導(dǎo)致食物鏈最底層依賴光合作用生存的生物，例如浮游植物和陸地植物，大量死亡。草食性動(dòng)物，因?yàn)樗蕾嚨闹参锏膭p而死亡。同樣地，頂級(jí)掠食者例如暴龍，也受到影響。大氣層二氧化碳濃度的急劇升高，氧氣濃度的急劇下降，碳中和失衡帶來(lái)的生態(tài)系統(tǒng)崩潰，導(dǎo)致在撞擊事件后艱辛存活的物種，又會(huì)在生態(tài)惡化的效應(yīng)中死亡。

世界成煤的第三個(gè)高峰期，是古近紀(jì)，又稱為早第三紀(jì)，開始于公元前6500萬(wàn)年，也就是恐龍大滅絕之后。早第三紀(jì)包括古新世、始新世和漸新世。古新世持續(xù)了1000多萬(wàn)年，此時(shí)，地球依然在修復(fù)因?yàn)樾行亲矒魧?dǎo)致的碳中和失衡，雖然因?yàn)榈厍驈?qiáng)大的自我碳中和調(diào)節(jié)功能，在經(jīng)過(guò)千萬(wàn)年后已經(jīng)逐漸修復(fù)，但地球生物仍然處于休養(yǎng)生息狀態(tài)。

隨著古新世的結(jié)束，地球生態(tài)在重建碳中和的基礎(chǔ)上開始了復(fù)蘇和新一輪的興盛期，進(jìn)入了始新世，持續(xù)了約1800萬(wàn)年。氣候重新變得濕潤(rùn)適宜，給植物生命帶來(lái)了新的生機(jī)，在景觀上增加了多樣性。被子植物開始極度繁盛。以前由古代羊齒和各種松柏組成的植被，逐漸被被子植物所取代。此時(shí)的被子植物基本上都是喬木，無(wú)論是從新科、新屬，還是從個(gè)體數(shù)量，比以前都有很大增加。熱帶、亞熱帶植物，如棕櫚等，大量繁殖，顯花植物和草類的發(fā)展給動(dòng)物界的昆蟲、脊椎動(dòng)物等的繁榮，創(chuàng)造了必要條件。

從始新世開始，哺乳動(dòng)物得到了迅速的繁衍，地球開始進(jìn)入哺乳動(dòng)物繁盛時(shí)期。始新世的哺乳動(dòng)物科目一級(jí)的總數(shù)比古新世約增加了80%，奇蹄目和偶蹄目成為動(dòng)物群的重要角色，嚙齒動(dòng)物、食肉目也有了較大的發(fā)展和繁衍。

從始新世開始，地球從碳中和失衡導(dǎo)致的大滅絕災(zāi)難中修復(fù)，進(jìn)入了新的碳中和時(shí)期，碳基生命繁盛繁衍。而早第三紀(jì)煤礦的豐盛，也記錄了該地質(zhì)時(shí)期地球從碳中和失衡危機(jī)通過(guò)修復(fù)走向碳中和的過(guò)程。因?yàn)樯种参锏拿?，早第三紀(jì)在歷史上是一個(gè)重要的成煤時(shí)期，在我國(guó)主要見(jiàn)于秦嶺以北，賀蘭山—六盤山以東地區(qū)，以及南嶺以南珠江—右江地區(qū)。

這些大自然幾千萬(wàn)上億年逐漸累積的煤炭，卻因?yàn)槿济赫羝麢C(jī)的發(fā)明和大范圍的使用，在短短的不到300年時(shí)間，就通過(guò)煤炭的燃燒，全部以二氧化碳?xì)怏w的形式，返回了大氣層。

十七世紀(jì)中期，英國(guó)毛紡織業(yè)迫切需要發(fā)現(xiàn)有效的新動(dòng)力源。新大陸的發(fā)現(xiàn)和地理大擴(kuò)張，使英國(guó)打開了巨大的海外商品市場(chǎng)。毛紡織業(yè)是英國(guó)當(dāng)時(shí)對(duì)外貿(mào)易的主要產(chǎn)品，海外市場(chǎng)的擴(kuò)張導(dǎo)致了英國(guó)毛紡織業(yè)需求的急劇增加，傳統(tǒng)的手工操作無(wú)法滿足急劇增加的巨大市場(chǎng)需求。英國(guó)工程師發(fā)明了飛梭，繼而又發(fā)明了水力紡紗機(jī)、水力織布機(jī)，這些機(jī)械的應(yīng)用大大提高了紡織業(yè)的效率。但利用水力作為能源有很大的局限性，工廠必須建在河流附近，但河流的流量流速都不穩(wěn)定，這顯然不適合機(jī)械化大生產(chǎn)的需要。于是，很多工程師開展了以煤為燃料的燃煤蒸汽機(jī)改良的嘗試。

1765年，瓦特發(fā)明了帶冷凝器的單向式燃煤蒸汽機(jī)，1782年又發(fā)明了雙向式燃煤蒸汽機(jī)。瓦特燃煤蒸汽機(jī)的發(fā)明和使用，使英國(guó)的毛紡織品產(chǎn)量，從1766年至1789年，二十多年內(nèi)增長(zhǎng)了五倍，促進(jìn)了英國(guó)對(duì)外貿(mào)易的發(fā)展。而毛紡織品海外市場(chǎng)的擴(kuò)張，又導(dǎo)致了對(duì)長(zhǎng)途運(yùn)輸業(yè)的迫切需求。

在船舶上采用燃煤蒸汽機(jī)作為推動(dòng)力的實(shí)驗(yàn)開始于1776年，經(jīng)過(guò)不斷改良，至1807年，美國(guó)的富爾頓制成了第一艘實(shí)用的明輪推進(jìn)的燃煤蒸汽機(jī)船“克萊蒙”號(hào)。此后，燃煤蒸汽機(jī)在船舶上作為推動(dòng)力達(dá)百年之久。

1800年，英國(guó)的特里維西克設(shè)計(jì)了可安裝在較大車體的高壓燃煤蒸汽機(jī)。1803年，他把它用來(lái)推動(dòng)在一條環(huán)形軌道上開動(dòng)的機(jī)車，這就是機(jī)車的雛型。英國(guó)的史蒂芬孫將該機(jī)車不斷改進(jìn)，于1829年創(chuàng)造了火箭號(hào)燃煤蒸汽機(jī)。該機(jī)車拖帶一節(jié)載有30位客人的車廂，時(shí)速達(dá)46公里每小時(shí)，開創(chuàng)了鐵路時(shí)代。

到十八世紀(jì)末，燃煤蒸汽機(jī)普遍代替其他動(dòng)力，成為英國(guó)和歐洲許多工業(yè)部門的主要?jiǎng)恿?lái)源。

燃煤蒸汽機(jī)的發(fā)明和廣泛使用，帶來(lái)了第一次工業(yè)革命高峰，人們的生產(chǎn)和生活方式因此發(fā)生了巨大的變化，極大地推進(jìn)了技術(shù)進(jìn)步，促進(jìn)了規(guī)?；?jīng)濟(jì)的發(fā)展，極大地提高了生產(chǎn)效率的同時(shí)也使商業(yè)投資更有效率。燃煤蒸汽機(jī)在紡織業(yè)的運(yùn)用，提高了紡織業(yè)的效率和產(chǎn)量;燃煤蒸汽機(jī)在運(yùn)輸行業(yè)的運(yùn)用，使載重上千噸的火車開始在大陸快速穿越，載重上萬(wàn)噸的輪船開始在大洋中橫渡;燃煤蒸汽機(jī)在礦山開采中的運(yùn)用，降低了礦工的勞動(dòng)強(qiáng)度，并且可以晝夜不停，連續(xù)開采;燃煤蒸汽機(jī)在金屬冶煉上的運(yùn)用，煤炭帶動(dòng)大型鼓風(fēng)機(jī)，更高的溫度更強(qiáng)大的能源，提高了金屬冶煉的精度和純度，擴(kuò)大了金屬的使用范圍，開發(fā)出各種新型設(shè)備和武器;燃煤蒸汽機(jī)在機(jī)械制造上的運(yùn)用，制造出更復(fù)雜更精密的器械和工具，為近代工業(yè)的創(chuàng)建奠定了基礎(chǔ)。

燃煤蒸汽機(jī)的使用，使人們從依靠人力、畜力等原始動(dòng)力中解脫出來(lái)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化大生產(chǎn)。伴隨著燃煤蒸汽機(jī)在工業(yè)領(lǐng)域的廣泛使用，近代的能源工業(yè)——煤炭工業(yè)，開始在世界范圍廣泛建立，從而帶動(dòng)了煤炭開采和利用的爆發(fā)式增長(zhǎng)。1861年，英國(guó)的煤炭年產(chǎn)量就已經(jīng)超過(guò)五千萬(wàn)噸，成為十九世紀(jì)以來(lái)人類使用的主要能源之一。2019年，世界煤炭產(chǎn)量達(dá)到81.29億噸。

但是，人類將大自然在地下儲(chǔ)存積累了幾千萬(wàn)上億年的碳，在不到300年的時(shí)間就通過(guò)煤的燃燒以二氧化碳?xì)怏w的形態(tài)釋放到大氣中，肯定會(huì)嚴(yán)重影響大氣層的碳循環(huán)，損害碳中和系統(tǒng)，全球氣候危機(jī)初步顯現(xiàn)。

第一次工業(yè)革命的核心其實(shí)是能源革命，燃煤蒸汽機(jī)替代了薪柴能源，推進(jìn)了工業(yè)的機(jī)械化大生產(chǎn)，帶動(dòng)了交通運(yùn)輸創(chuàng)新，使人類從農(nóng)業(yè)文明進(jìn)入了工業(yè)文明。但是，隨著生產(chǎn)的發(fā)展，燃煤蒸汽機(jī)的缺點(diǎn)也顯現(xiàn)出來(lái)。蒸汽機(jī)是外燃機(jī)，是通過(guò)燃燒煤獲得的能量加熱水，通過(guò)水蒸氣的動(dòng)力帶動(dòng)機(jī)械。所以，燃煤蒸汽機(jī)的使用，需要攜帶大量的煤和水，需要笨重而龐大的鍋爐。因?yàn)椴皇侵苯尤紵茉磶?dòng)機(jī)械，而是先燃燒能源產(chǎn)生水蒸氣，再用水蒸氣的壓力帶動(dòng)機(jī)械，所以，熱效率不高，不足10%。

為了解決燃煤蒸汽機(jī)存在的問(wèn)題，內(nèi)燃機(jī)被發(fā)明并不斷完善。內(nèi)燃機(jī)必須以液體的石油為燃料，所以內(nèi)燃機(jī)的普遍運(yùn)用，使石油能源異軍突起逐漸取代煤炭，成為新的主體能源。

燃煤蒸汽機(jī)屬于外燃機(jī)，要先使用煤燃燒燒水，再用水蒸氣做功。能的轉(zhuǎn)化過(guò)程越多，在轉(zhuǎn)化中損耗的功率就越多，效率就會(huì)降低。當(dāng)時(shí)的人們就想，如果直接通過(guò)燃燒產(chǎn)生能量，而不需要二次轉(zhuǎn)化，效率是不是就可以提高呢？17世紀(jì)惠更斯曾經(jīng)嘗試將火藥放入活塞中，通過(guò)火藥的爆破燃燒直接帶動(dòng)活塞做功，結(jié)果由于火藥爆炸難以控制，最終失敗了。這時(shí)候，人們開始關(guān)注用石油燃燒替代火藥。1876年美國(guó)人奧托發(fā)明了汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，將內(nèi)燃機(jī)的熱效率提升到28%，1892年，德國(guó)人魯?shù)婪颉さ腺悹柊l(fā)明了柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，將內(nèi)燃機(jī)的熱效率提升到34%。內(nèi)燃機(jī)就此逐漸取代蒸汽機(jī)，獲得廣泛推廣運(yùn)用，并引發(fā)了一系列生產(chǎn)技術(shù)的大變革，被稱之為第二次工業(yè)革命，使人類的工作效率進(jìn)一步提高。

石油也是一種碳基能源，主要成分是碳，是濃縮碳能的最終形態(tài)。與同樣的碳基能源煤相比，石油作為能源的主要優(yōu)勢(shì)是：第一，石油是液體，比固體的煤更便于運(yùn)輸，特別適應(yīng)于通過(guò)管道連續(xù)運(yùn)輸;第二，石油是液體，所以容易萃取精煉提純，形成非常純粹幾乎不含任何雜質(zhì)的液體燃料，因此，燃燒效率高，沒(méi)有廢渣，這對(duì)內(nèi)燃機(jī)非常重要;第三，比煤炭的能源密度更高，單位體積所能產(chǎn)生的能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于煤炭，所以可以作為汽車、飛機(jī)等空間有限的交通運(yùn)輸工具的燃料，支撐其長(zhǎng)途遠(yuǎn)距離運(yùn)輸。

由于汽車、坦克、裝甲車、飛機(jī)、拖拉機(jī)、輪船等大都采用內(nèi)燃機(jī)，推動(dòng)著世界石油開采和煉油業(yè)的飛速發(fā)展，世界石油工業(yè)開始建立，確立和鞏固了石油作為主體能源的地位。因此，在能源史上，第二次工業(yè)革命，就是從煤炭時(shí)代走向石油時(shí)代的轉(zhuǎn)折，就此，世界能源進(jìn)入石油時(shí)代。

同為碳基能源，石油和煤的形成有相似之處，都是遠(yuǎn)古時(shí)期生物遺骸因?yàn)闊o(wú)氧化環(huán)境沉入地下，經(jīng)過(guò)幾千萬(wàn)上億年的地下高溫高壓作用形成的。地球上的生命都是碳基生命，全是由碳構(gòu)成，所以這些遠(yuǎn)古時(shí)期生物遺骸主要成分都是碳。但石油主要是海洋里的動(dòng)物和藻類遺骸演化而成，因?yàn)閯?dòng)物富有油脂，所以，在幾千萬(wàn)上億年的演進(jìn)中，最后形成了以碳為主體的液體的石油;而煤是由陸地的植物，因?yàn)樗劳龅瓜碌牡攸c(diǎn)是在湖泊、河流、沼澤地帶，水的隔離形成無(wú)氧環(huán)境埋入地下，因?yàn)槭侵参镞z骸的高溫高壓風(fēng)干壓縮，所以是以碳為主體的固體。

在現(xiàn)今發(fā)現(xiàn)的石油油藏中，時(shí)間最古老的達(dá)五億年之久。大部分石油集中形成于石炭紀(jì)、二疊紀(jì)、侏羅紀(jì)。我們可以發(fā)現(xiàn)，石油集中形成時(shí)期，和歷史上煤炭的成煤時(shí)期，幾乎是重合的。我們?cè)谇懊娣治隽嗣禾康某擅簳r(shí)期形成原因，都是有一個(gè)碳中和狀態(tài)的氣候適宜時(shí)期，溫潤(rùn)潮濕，適宜森林植物生長(zhǎng)，所以，為煤的形成提供了物質(zhì)條件。而經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的碳中和平衡狀態(tài)，這幾個(gè)時(shí)期也都經(jīng)歷了生物大滅絕階段。

無(wú)論是石油的形成，還是煤炭的形成，都在遠(yuǎn)古時(shí)期先經(jīng)歷了繁盛期，所以才有大量的地球生物，海洋繁盛的海洋動(dòng)物，森林繁盛的森林樹木，為石油和煤炭的形成奠定物質(zhì)基礎(chǔ)。而繁盛期之后的地球碳基生命集體大滅絕事件，大量動(dòng)植物的死亡，使大量的動(dòng)植物遺骸被埋入地下。比如，因?yàn)榇髿庵卸趸紳舛冗^(guò)高，海洋酸化缺氧引發(fā)大量海洋動(dòng)物的死亡，這些集體大量死亡的生物，被海底泥沙埋葬后，經(jīng)過(guò)幾千萬(wàn)上億年，在地下的高溫高壓下，它們逐漸轉(zhuǎn)化，首先形成臘狀的油頁(yè)巖，在繼續(xù)的高溫高壓下，形成液態(tài)的石油。

由于石油比附近的巖石輕，它們向上滲透到附近的巖層中，直到滲透到上面緊密無(wú)法滲透、本身則多空的巖層中。這樣聚集在一起的石油形成油田。通過(guò)鉆井和泵取人們可以從油田中獲得石油。

通過(guò)中東地區(qū)石油的形成，我們可以理解石油形成的歷史和原因。中東地區(qū)是目前石油儲(chǔ)油最多的地區(qū)。中東海灣地區(qū)地處歐、亞、非三洲的樞紐位置，原油資源非常豐富，被譽(yù)為“世界油庫(kù)”。據(jù)美國(guó)《油氣雜志》數(shù)據(jù)顯示，世界原油探明儲(chǔ)量為1804.9億噸。其中，中東地區(qū)的原油探明儲(chǔ)量為1012.7億噸，約占世界總儲(chǔ)量的2/3。在世界原油儲(chǔ)量排名的前十位中，中東國(guó)家占了五位，依次是沙特阿拉伯、伊朗、伊拉克、科威特和阿聯(lián)酋。

中東地區(qū)為什么會(huì)有這么豐富的石油蘊(yùn)藏呢？

中東是地中海東南岸、俄羅斯高加索山脈、波斯灣以及非洲紅海沿岸圍成的那一片區(qū)域。中東地區(qū)是一塊年輕的陸地，其前身，是廣闊的海洋。形成中東地區(qū)這塊年輕的陸地，來(lái)自于阿爾卑斯-喜馬拉雅的造山運(yùn)動(dòng)。

7千萬(wàn)年前，歐亞大陸還沒(méi)有完全成形，非洲板塊、印澳板塊不斷向北推移，與歐亞板塊全線碰撞。板塊碰撞之處，大地崩裂，熔巖噴射，海岸邊，地震引發(fā)海嘯，數(shù)十米高的巨浪吞噬著一切，造成大批海洋生物的集體死亡。此次碰撞范圍如此之廣，力量如此之大，導(dǎo)致了歐亞大陸南側(cè)全線隆起，大量超級(jí)山脈和高原就此誕生。它西起大西洋東岸，東至印度尼西亞孤島。這次造山運(yùn)動(dòng)，造就了阿爾卑斯山、喜馬拉雅山、伊朗高原、青藏高原等，全長(zhǎng)超過(guò)1萬(wàn)公里。它橫貫地球，地質(zhì)學(xué)上稱之為阿爾卑斯—喜馬拉雅造山帶。

伴隨著這次碰撞，世界地理格局也為之改變。歐亞大陸與非洲板塊、印澳板塊之間，原本存在的海洋大面積萎縮甚至消失。中東地區(qū)所在地域原來(lái)是特提斯海，因?yàn)檫@次碰撞事件，特提斯海開始縮小，無(wú)數(shù)小島從海中冒出來(lái)，地殼運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致海底隆起，新的陸地誕生，這里面就有中東地區(qū)。所以中東地區(qū)豐富的石油來(lái)源于之前特提斯海豐富的海洋生物遺骸的累積。

經(jīng)過(guò)幾千萬(wàn)年的擠壓，最終特提斯海消失在地球的歷史中，只留下一小部分，就是今天的地中海。而那些因?yàn)檫@次碰撞而擠壓隆起的山脈，西起阿爾卑斯山東至青藏高原，就是阿爾卑斯-喜馬拉雅山系。

中東就是這個(gè)造山運(yùn)動(dòng)出來(lái)的地區(qū)，由于前身是海洋，里面大量的海洋生物在這個(gè)變遷過(guò)程中埋入地殼，非洲板塊又和亞歐板塊發(fā)生擠壓，中東處在二者的交界處，這樣的作用之下，海洋生物經(jīng)過(guò)復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)生成了石油。因?yàn)榈貧ず苣贻p，中東的石油埋得不深，全部是淺表石油，易開采，所以中東的開采效率全世界最高。

目前，石油已經(jīng)成為了現(xiàn)代工業(yè)的命脈，液體的黃金，與我們的生活緊密關(guān)聯(lián)。石油作為燃料，廣泛用于各種類型汽車、拖拉機(jī)、輪船、軍艦、飛機(jī)、火箭、鍋爐、火車等動(dòng)力機(jī)械;石油作為潤(rùn)滑劑，使各類滑動(dòng)、滾動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)的儀器減少磨損，保證效率;石油作為溶劑，是橡膠、皮革、油漆等工業(yè)必須的萃取物質(zhì)，并可以用于洗練機(jī)器和零件;我們使用的五顏六色形態(tài)各異的塑料制品，牙刷、盆、瓶子、iPad等，都是石油化工產(chǎn)品;石油還是制作合成橡膠的主要原料，合成橡膠具有高彈性、耐高溫、低溫等性能，廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)、國(guó)防、交通及日常生活中，我們生活中隨處可見(jiàn)的鞋子、體育用具、輪胎、電線電纜等物品都要使用合成橡膠;我們用的清潔用品很多都是石油制品，如洗滌劑、洗發(fā)水、沐浴乳、肥皂等等，里面都含有石油的衍生物;我們從衣服標(biāo)簽看到的滌綸、腈綸、錦綸等面料，都是由石油生產(chǎn)的合成纖維;最后的石油渣，成為瀝青，鋪成柏油大馬路。目前全球有鋪裝瀝青的路面公路總長(zhǎng)為1700多萬(wàn)公里，可以想象消耗了多少瀝青！

碳基能源石油的形成，也是地球碳循環(huán)的產(chǎn)物，是地球碳循環(huán)的重要環(huán)節(jié)。動(dòng)植物死后，本來(lái)應(yīng)該在氧化作用下，重新生成氣體的二氧化碳和水，回到大自然，形成二氧化碳的源。但是，海洋水對(duì)空氣的隔離，泥沙淤泥迅速掩埋形成的無(wú)氧環(huán)境，將這些有機(jī)碳以液態(tài)的方式保存在了地下，沒(méi)有釋放進(jìn)大氣中?？紤]到石油形成時(shí)期經(jīng)歷的地球碳基生命大滅絕，行星撞擊地球引發(fā)大量頻發(fā)的火山爆發(fā)，大量二氧化碳從地底被帶出釋放到大氣中，導(dǎo)致大氣二氧化碳濃度的急劇升高，導(dǎo)致大氣和海洋都因?yàn)槎趸紳舛冗^(guò)高，氧氣含量急劇下降，大量海洋動(dòng)物因?yàn)楹Ｑ笕毖跛劳觯逊e的遺骸因?yàn)槿毖鯖](méi)有被重新氧化變成二氧化碳?xì)怏w和水，而是以液體碳的形態(tài)埋在了地下，本身就減少了大氣中二氧化碳濃度，是大自然努力調(diào)節(jié)碳循環(huán)平衡的產(chǎn)物，是大自然穩(wěn)定碳中和的調(diào)節(jié)機(jī)制之一。

隨著第二次工業(yè)革命，石油被廣泛運(yùn)用。從地球碳循環(huán)的角度，這也就是意味著，我們把幾千萬(wàn)年上億年存儲(chǔ)在地下的液態(tài)碳，通過(guò)石油燃燒的方式，轉(zhuǎn)化為二氧化碳?xì)怏w，重新釋放回大氣層中。這種人為的大量對(duì)自然碳循環(huán)的干擾，肯定會(huì)影響到自然界的碳循環(huán)平衡和碳中和狀態(tài)。

1870年，全球生產(chǎn)大約80萬(wàn)噸石油，1900年年產(chǎn)量猛增到2000萬(wàn)噸，2016年產(chǎn)量接近39.2億噸，2021年全球石油年產(chǎn)量即使在疫情影響的情況下也達(dá)到了44.23億噸。石油支撐了人類工業(yè)的大發(fā)展，使人類在改造自然的過(guò)程中取得了前所未有的成就。但是也對(duì)世界經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生了極大的影響，幾次石油危機(jī)使世界為之震撼，說(shuō)明了我們目前的工業(yè)體系對(duì)石油的高度依賴。

第一次石油危機(jī)發(fā)生在1973年，因?yàn)榘⒗畤?guó)家與以色列的恩怨，他們決定對(duì)以色列背后的支持者美國(guó)實(shí)施報(bào)復(fù)。阿拉伯成員國(guó)停止石油生產(chǎn)并收回標(biāo)價(jià)權(quán)，這直接導(dǎo)致了世界的油價(jià)翻了三倍以上，整個(gè)世界的工業(yè)被按下了倒退鍵，美國(guó)經(jīng)濟(jì)倒退14%，日本經(jīng)濟(jì)倒退了20%。這次石油危機(jī)使世界各國(guó)都很震撼，之后成立了國(guó)際能源署，規(guī)定了每個(gè)國(guó)家必須要有60天的原油儲(chǔ)備量。

第二次石油危機(jī)發(fā)生在1978年，兩個(gè)石油生產(chǎn)大國(guó)伊朗和伊拉克發(fā)生了戰(zhàn)爭(zhēng)，史稱“兩伊戰(zhàn)爭(zhēng)”。二者就波斯灣霍爾木茲海峽的所有權(quán)大打出手，戰(zhàn)爭(zhēng)持續(xù)了8年。 作為世界石油的主力出口國(guó)，伊朗和伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)導(dǎo)致了世界原油數(shù)量吃緊，世界經(jīng)濟(jì)承受巨大壓力，國(guó)際能源署不得不將原來(lái)規(guī)定的每個(gè)國(guó)家必須要有60天的原油儲(chǔ)備量提高到了90天，以應(yīng)對(duì)石油危機(jī)。

第三次石油危機(jī)發(fā)生在1990年，因?yàn)橐晾斯ゴ蚩仆?，受到了?guó)際社會(huì)的制裁，其原油出口停滯，給世界工業(yè)帶來(lái)了重創(chuàng)。導(dǎo)致英美等國(guó)家的GDP直接下跌，后來(lái)以沙特阿拉伯為首的石油出口國(guó)加大了原油產(chǎn)量，才勉強(qiáng)將危機(jī)化解，拉回了正軌。

這三次全球能源危機(jī)，都來(lái)源于中東地區(qū)國(guó)家石油供給能力，因?yàn)閼?zhàn)爭(zhēng)等因素出現(xiàn)了問(wèn)題。而這三次石油危機(jī)給世界經(jīng)濟(jì)帶來(lái)的嚴(yán)峻影響，也引起我們的反思。我們?cè)谇懊嬉呀?jīng)介紹了中東地區(qū)石油形成的歷史，來(lái)自于7000萬(wàn)年前的大陸板塊運(yùn)動(dòng)，這說(shuō)明石油的形成需要漫長(zhǎng)的幾千萬(wàn)年的歷史，說(shuō)明了石油是不可再生資源，人類不可能等這樣一個(gè)幾千萬(wàn)年的地質(zhì)周期。終有一天石油會(huì)被開采完，整個(gè)世界的能源將何去何從？

薪柴時(shí)代、煤炭時(shí)代、石油時(shí)代，這三次能源革命，無(wú)論是薪柴，還是化石能源的煤炭、石油，都是碳基能源，燃燒產(chǎn)生能量的關(guān)鍵，都是這些能源中的碳元素在高溫下與空氣中的氧氣結(jié)合，形成二氧化碳并重新釋放到大氣中的過(guò)程，在這一化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中，會(huì)釋放出巨大的能量。人們通過(guò)獲取這些能量增強(qiáng)了改造大自然的能力，但同時(shí)，也人為地增加了向大氣層排放的二氧化碳量，從而在一定程度上破壞了自然界上億年才形成的碳中和平衡系統(tǒng)。

而薪柴、煤炭、石油的形成，卻都是地球漫長(zhǎng)碳中和過(guò)程中森林茂密、動(dòng)植物繁盛的產(chǎn)物。我們正處在一個(gè)由碳基化石能源支撐的經(jīng)濟(jì)神話面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)的時(shí)代，能源危機(jī)和氣候變化逼迫著我們必須進(jìn)行新能源轉(zhuǎn)型。能源是一國(guó)經(jīng)濟(jì)的命脈，誰(shuí)掌握了新能源核心技術(shù)，誰(shuí)就會(huì)成為下一任經(jīng)濟(jì)的霸主。無(wú)論為攻為守，各國(guó)都必須應(yīng)戰(zhàn)。這是一場(chǎng)世界領(lǐng)域的能源戰(zhàn)爭(zhēng)的春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期，也是一場(chǎng)人類命運(yùn)共同體的碳中和保衛(wèi)戰(zhàn)。期盼地球再次回歸森林茂密、氣候溫潤(rùn)、生命繁盛、鳥語(yǔ)花香的碳中和常態(tài)。

（責(zé)任編輯：馬倩）