地球质量不会因为汽油、原煤的燃烧而减少。就是因为质量并没有减少,人类从农业革命进入工业革命后,我们每天消耗大量的汽油,原煤获取能量,再加上过度的开采利用,所以地球才会出现冰川融合、温室效应的问题。
要搞清楚这个问题,就需要了解石油、原煤这类化石能源的形成和燃烧时物质的产生与消失。
化石能源热值高
人类之所以大量开采利用石油、原煤这类化石能源,是因为这类化石能源的热值高。
石油每公斤可以放出大约4300万焦耳能量。
原煤每公斤大约可以放出2000万焦耳的能量。
树木每公斤大约在500万焦耳。
在农业社会时,我们获取能源主要是以森林资源为主,造成了大量的乱砍乱伐。瓦特的蒸汽机的发明大大提高了从化石燃料获取能量的效率,把人类带入了工业时代。目前化石能源占据了能量来源的90%,核能、风能、太阳能等等占据了10%,这也是美国为什么一直对石油情有独钟的原因之一。
石油、原煤的形成
化石能源是生物资源在几亿年中积累出来的,而森林资源是在最近几十年积累下来的,所以化石能源的数量远远多于森林资源。
石油来源主要是以远古时代水中的生物尸体为主,水里的生物死亡,接触不到氧气,不容易被氧化分解,所以尸体中的蕴含的能量被大量的保存下来,经过几亿年演化形成。
煤主要是陆生生物的尸体形成的,因为尸体被暴露在空气中跟空气的氧气发生反应,还有会被各种动物、微生物、细菌蚕食分解,只有少数的能量被保留下来,所以同质量的原煤所蕴含的能量远不如石油。
判断能量
有一个很容易判断蕴含能量高低的办法,就是看物质分子碳与氢结合的数量。我们可以把碳氢元素的组合理解为一个被压缩了的弹簧,只要碳和氢越多,弹簧的环数就越多,当弹簧一旦打开,弹簧弹射,能量就被释放出去了,环数越多释放的能量就越多。
石油、原煤的燃烧
石油和原煤在空气中燃烧,主要的反应是与空气中的氧气结合,碳原子和氧原子结合成二氧化碳,氢原子与氧原子结合成水蒸气,还有部分燃烧不充分的结合成一氧化碳以及一些杂质二氧化硫等等,还有一个是最容易被忽略的能量。所以能量、水、碳、氧、氢就像一个不可分割的组合。需要能量了就把氧、把碳氢拆开,分别与氧结合。
地球循环
地球是一个庞大的系统,这个系统是由很多循环组成。
例如水可以通过物理降温变成冰,通过升温变成水蒸气,也可以通过化学反应生成水蒸气,水蒸气通过降雨会到流入江河湖海,这是水循环的一部分呢。
但是水循环不是独立的,比如石油和原煤燃烧时产生的二氧化碳可以溶解到雨水里形成碳酸。随着水一起流入海洋,再经过地壳移动流入到地球内部,而火山的爆发和板块的移动又会缓慢地把碳再带出地表,这是碳循环的一小部分。
水循环和碳循环还需要随时调节地球温度。地球上的温度是由两种热量决定的,一种来自太阳,另一种来自地球深处,而大气层决定了多少热量会留在地球表面,又有多少会消散到宇宙中去,其中最关键的是我们讲的的温室气体,二氧化碳,如果温室气体多了,温度变高,降水就会增多,如果温室气体不够,降水会变少。反之如果温室气体太少,氧气太多,地球温度太低,地球将进入冰封时代。
碳循环、水循环、氧循环是密不可分的。氧气的产生就是二氧化碳和水通过光合作用生成蕴含能量的有机物和氧气,能量可以多种途径利用,比如说成为食物。
石油和原煤的形成和燃烧,都是在碳循环、水循环、氧循环、能量循环之中。除了能量循环涉及到太阳,其他循环都发生在地球的内部,所以地球质量不会因为汽油、原煤的燃烧而减少。