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地球愈來愈熱、海平面不斷上升、氣候異常……為了因應全球暖化危機,大家都在呼籲節能減碳,「京都協議書」明確要求各國控制碳的排放量。為什麼是碳而不是其他元素呢?全球暖化到底和碳有什麼關係呢?碳足跡、碳旅程、碳稅……為什麼談到環境、生態,講的都是碳?原來這一切都是碳合物具有強韌分子鍵造成的!

地球的輻射能收支,是來自從太空中進入與離開的能量流。就像個人的花費收支一樣,進入跟離去的能量必須平衡以求穩定。人為的碳排放導致地球重新平衡自己的能量收支:提高溫度和海洋的酸度,融化冰層,以便調節被包覆在地球體系中的多餘能量。

太陽能(或稱太陽輻射)以平均每平方公尺三百四十二瓦的功率接近地球,這足夠點亮四或五個老式的白熱燈泡。大約30%的輻射會從大氣層、雲層、冰雪覆蓋的極區、覆雪的山峰、塵埃、空氣中的懸浮粒子與地表色澤較淺的地區彈出。雲層在此扮演雙重角色。雲會把熱留在雲層中,還有雲與地表之間;但是作為平衡,雲朵反射性的白會把光線從表面彈開,總結起來產生的是冷卻效果。地表吸收另外70%,維持地球的平均溫度14℃。地球持續地散發每平方公尺約兩百四十瓦的功率。這個數值應該有的溫度是攝氏-19℃。科學家認為,在缺乏溫室的狀態下地球應該是這種溫度。能蓄熱的氣體吸收並再把足夠的紅外線能量輻射回地表,把表面溫度提升到上個冰河期(一萬兩千年前)結束至今一直維持的程度。

紅外線輻射(熱)不夠強大,不足以破壞水跟二氧化碳中的分子鍵。分子吸收了光子,並因此翻轉、拴牢、伸展和彎曲。被水分子跟二氧化碳分子擋住通道的紅外線,並不像紫外線或X光那種高能量射線(還有較短的波)那樣具毀滅性。克里明斯在他的銀杏內酯B合成過程中,使用了一種水銀光,把三百六十六奈米的波長打在媒介分子上;那種光就強到足以瓦解化學鍵。紅外線會讓水跟二氧化碳這樣的分子為之動搖,卻不會斷裂。水分子跟二氧化碳分子吸收波長大約十五到十二微米的能量,這足以把分子中的電子震到比較高的能階──這是物理學上對於「吸熱」說法。

兩個原子組成的分子,像是氮分子與氧分子,缺乏大分子那種可以彈跳、卡緊、延伸跟彎曲的結構;紅外線能量會直接穿過這些分子,丁鐸爾在一百五十年前就知道這些了。水跟二氧化碳能夠翻轉,在吸收光子的時候也會以數種方式震動。水分子被塑造得像是個分子回力棒。氧原子坐在頂點,兩邊夾著氫原子,回力棒就成形了。分子可以伸展,當一個氫原子滑向氧原子的時候,另一個氫原子就會被引開。兩個氫原子可以朝著彼此彎過去,縮短兩者之間的鍵結角度。全部三個原子都可以比正常狀況下延伸得更遠一點。二氧化碳分子在吸收熱能的時候,會以數種方式顫動。兩個氧原子可以朝著彼此的方向彎過去,違反二氧化碳的一百八十度線性排列。碳可以卡在兩個氧原子中間,伸長或縮短鍵結的長度。二氧化碳分子彎曲時的震動,吸收能量的波長跟水是一樣的。遲早這些分子會把能量以熱的形式釋放出來,可能是回到地球或者往外散放到太空中,以便開始一個新的循環。

 (摘自《為什麼是碳?碳文明與碳毀滅》 

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