让大自然来缓解气候变暖

　　随着全球变暖，空气中含量不断升高的二氧化碳已日益成为人们关注的焦点。是不顾环境恶化而放任温室气体排放，还是牺牲经济效益而实施更严格的法规，这是各国领导人不得不权衡的一个难题。有研究估计，全球能源需求将在本世纪中期翻一番。随着这一时刻的到来，人类将面临更棘手的问题：如何才能使电厂在满足不断升高的能源需求的同时，将大气中的温室气体控制在较低水平？让人惊喜的是，受到大自然的启发，科学家们已经初步找到了全球变暖问题的缓解之道。

　　用玄武岩“囚禁”二氧化碳

　　大约在600万至1700万年前，火山喷发出的大量熔岩覆盖了美国南爱达荷州、俄勒冈州东北部和华盛顿州东南部地区。厚达几千英尺的熔岩冷却后，在表面形成了坚硬的岩石表层，而疏松多孔、透气性良好的玄武岩则裹带着大量水分凝固在其下。这些曾经带来巨大灾难的熔岩，如今已成为了人类抵御全球变暖的重要工具之一，因为科学家们打算把大量的二氧化碳储藏在这些玄武岩中。

　　当第一次听到把二氧化碳储藏在地下的想法时，彼得·麦克格雷尔感到非常疑惑。“这个想法太疯狂了。”他说。但如今，他不仅已经成为美国能源部位于华盛顿州的西北太平洋国家实验室的高级科学家，还希望将自己的余生都用来研究如何将二氧化碳储存在地下。麦克格雷尔认为，这是目前最为经济有效的办法，地球也是最大的二氧化碳储存容器之一。据估计，美国西北部的玄武岩层能储存50~100亿吨的二氧化碳，足够吸收美国煤电发电厂未来20—50年的二氧化碳排放量。

　　现在，麦克格雷尔和他的同事正在就此进行一项试点项目。按照计划，研究人员今年3月将在华盛顿州东南部的灌木丛中挖掘3个狭窄的深井，然后在两三周的时间里将3000—5000吨液化二氧化碳注入地下以取代其中的盐水溶液。根据该地区的地形，麦克格雷尔认为最佳的储存地点位于3000—4000英尺的深度。整个试点项目的成本超过1000万美元，经费主要由美国能源部提供。

　　由于二氧化碳液体具有流动性，因此任何处理这种温室气体的方法的关键都在于切断它重新回到地表的路径。计算机模拟显示，液化二氧化碳在注入地下后将停留在巨大的玄武岩层中不会逃逸。而即使把它们注入断裂的玄武岩层，二氧化碳在17年里向上迁移的距离也不超过半个足球场的长度。

　　麦克格雷尔说，二氧化碳长时间停留在一个地方带来的额外收获是，它们会逐渐矿化成石灰岩的主要成分碳酸盐。在实验室里，研究人员将该地区的玄武岩样品放置在二氧化碳饱和溶液中，发现4—6周后会开始形成碳酸钙矿物，而大规模的矿化则需要8个月的时间。麦克格雷尔说，这是人们能得到的最稳定最保险的产物，而矿石燃料燃烧放出的二氧化碳也可以通过这个过程重新永久地回到地下。

　　根据目前的设计方案，华盛顿州的3个井穴将各有不同的任务。其中一个将被用来测试地下岩层的性质，并在二氧化碳注入地下后用于检测井穴中的温度和压力。另一个井穴则是液态二氧化碳进入地下的主要通道。在注入气体后，研究人员还会利用最后一个井穴来获取地震学数据并收集地下水化学样本，并通过这些样本了解二氧化碳在地下的矿化情况。

　　类似这样的井穴每年可吞食几百吨二氧化碳，足够消化一个小型或中型煤电发电厂的二氧化碳排放量。麦克格雷尔说，美国有些地区尤其是东南地区，缺乏解决温室气体排放问题的其他途径，但同时又拥有相当规模的玄武岩，它们可以考虑采取类似的措施。如果今年3月份的试点项目成功，华盛顿测试地点附近一家产值22亿美元的煤电发电厂就将用这种方式处理其三分之二的二氧化碳排放。

　　虽然将二氧化碳注入地下的整个过程不需要额外的能量，但在实际应用中，二氧化碳的捕捉及传输将是最大的成本问题。例如二氧化碳传输管道的建设成本就在每英里100万美元以上。因此，麦克格雷尔和其他支持者们认为，从项目的可行性和经济成本考虑，将未来的发电站修建在地下储存点附近具有很大的经济意义。

　　不过，麦克格雷尔认为，将二氧化碳储存在玄武岩中仍然是目前经济压力最小的办法，尤其对中国和印度等发展中国家来说很有意义。而印度国家地球物理研究所也确实对这个试点项目表露出特别的兴趣。据估计，印度今后几年的二氧化碳排放量将迅速飙升，印度科学家已经开始在其境内巨大的德干岩群中探索类似的解决途径。

　　让温室气体消逝在“风化”中

　　大自然给我们类似灵感的不只是火山熔岩。2007年11月7日，美国哈佛大学和宾州州立大学的科学家在《环境科学技术》杂志发表论文称，根据自然风化过程的原理，研究人员已经找到了让海洋溶解更多二氧化碳的办法。

　　人们都知道，大气中的二氧化碳溶解在雨水或淡水中时会形成弱碳酸溶液。当这些雨水流入海洋后，大部分二氧化碳气体会从中挥发并进入大气，小部分则会以碳酸的形式留在海洋中。而当这些酸性的雨水冲刷岩石时，其中的碳酸在腐蚀岩石的同时形成碳酸盐的碱性溶液，这也即人们所说的自然风化过程。过去，在两种过程的共同作用下，海水的酸碱度基本保持为中性，二氧化碳也最终以碳酸盐的形式永久地沉积在海洋中。但近年来，由于人类排放二氧化碳的速度急剧增快，直接溶解于海水的二氧化碳远远超过风化作用所形成的碱性溶液所能中和的容量。海水酸性化因此成为全球变暖带来的问题之一，并严重威胁着海洋珊瑚礁及其支撑的海洋生物群。

　　不过科学家发现，如果酸性雨水流经的岩石越多，就会在风化过程中消耗越多的二氧化碳，而且会向海洋注入更多碱性溶液，增加海水溶解二氧化碳的能力。因此科学家设计了一系列化学反应和电化学反应来产生与自然风化完全相同的效果（如图）。根据最乐观的估计，这个方法能溶解全球二氧化碳增量的10%—20%。而由于海洋中碳酸盐含量巨大，如果用这种办法吸收大气中一半的二氧化碳，海水中碳酸盐的浓度也仅会上升1%。由此看来，用这种方法解决温室气体问题的潜力巨大。

　　虽然科学家都在为如何消除二氧化碳而竭尽努力，但这并不是放松环保要求的理由。麦克格雷尔说，要降低空气中的二氧化碳含量，关键是要在全球范围内变革使用资源的方式，增强人们的环保意识，找到消除二氧化碳对地球影响的方法并不是排放更多温室气体的借口。