化石燃料的功过和替代品
煤炭、石油、天然气，是远古时代的植物和水生动物在地壳内经高压、高温作用下转化而成，统称做化石燃料。它们的总储量是有限的。
中国早在2000多年前就发现了石油，石油一词源于宋朝沈括所著《梦溪笔谈》一书。但是大规模使用化石燃料的历史极短，最初的蒸汽机是以木柴为燃料，后来才改用煤炭；19世纪后期才用石油产品驱动内燃机。较大规模地消耗化石燃料是从20世纪初开始的。
化石燃料的应用给人类文明带来质的飞跃。但化石燃料给人类带来的灾难也十分深重。露天采煤大面积占地，矿井采掘易使地表沉降，外排酸性矿井水和瓦斯污染环境；钻井采油产生大量泥浆、含油污水、含盐污水和伴生气污染环境；煤炭运输会发生撒落和扬尘；海洋石油污染常使当地海岸生态几十年难以恢复；炼焦厂和炼油厂以及各类煤化工、石油化工都是排污大户。相当多的致癌物质和高毒性物质都来自煤炭和石油。煤炭燃烧造成的大气污染及伦敦型烟雾曾导致约2万人死亡。化石燃料中的硫的燃烧，是酸雨的元凶。大量的汽油、柴油燃烧，导致了光化学烟雾、氮氧化物污染和铅污染。总之，化石燃料从开采和运输到加工和使用，每个环节都产生严重的污染。
在未使用化石燃料之前，人和动物呼吸、植物燃烧、所有的生物体死亡后腐烂都放出CO2，植物光合作用吸收CO2，使得地球上的碳循环维持平衡状态。自从大规模地使用化石燃料之后，排出的CO2量剧增，破坏了几十万年以来的碳循环的平衡。从南极冰山钻取冰梢测定证明，从16万年前至19世纪，地球大气中CO2浓度在1.8×10－4～2.9×10－4之间，而20世纪后期则上升到3.4×10－4。
太阳的能量以紫外线、可见光和红外线的形态射向地表面，把地表加热。地表则全部以红外线的形式把热量放散给宇宙，以维持地球大气平均温度的恒定。大气中的CO2、CH4、水气、O3、N2O等气体能吸收红外线，它们像温室的玻璃一样，保护地表在夜间不至于温度太低。这些气体被称做温室气体。大气中温室气体的含量自古以来基本恒定，唯有CO2因大量化石燃料燃烧而在近数十年内剧增。
1969年，前苏联学者布特克提出了“冰雪反馈机制”：大气中CO2，浓度提高，气温上升，冰山和冰川融化，因而被反射的阳光减少，射到地表的阳光能量增加，则气温进一步升高。如此恶性循环，直至两极的冰盖和高原冰川全部融尽。一旦出现这样的后果，将给人类带来巨大的灾难。冰山冰川全部融化将会使海平面升高80.4米。水温升高，海水密度减小。全部海水平均密度减少，又会使海平面升高3.71米。世界上许多珊瑚礁岛国将不复存在，很多位于沿海的大城市也将被海水淹没。对流层大气流动规律和海洋的洋流规律都将改变，降雨带和干旱地带也将变更……人类必须倾其所有重新构筑水利设施。CO2浓度增加也许会使某些农作物增产，但这点好处是微不足道的。
有些人不赞成上述预见，反对的理由也很多。例如：100年来大气中CO2浓度在逐步增加，但平均气温却不是一直同步增加；太阳黑子变化对地球气候影响甚大，而太阳黑子变化规律至今尚未掌握；工业交通迅速发展，大气中颗粒物增加，阻挡阳光有降温作用（称作拉波特效应）；气温上升，水蒸气量增加使得云层增加，云层反射阳光使气温下降；气温上升使雨量增加，两极冰盖和高原冰川也许反而扩大，反射阳光使气温下降；气温上升，水中藻类繁殖旺盛，光合作用增强，吸收CO2加快，藻类尸体沉入海底固定了CO2；某些预测的数学模型中有许多难以确定的因子等。
工业发达国家消耗化石燃料数量非常大，据印度1990年公布的资料，一个美国人一年排放的温室气体，相当于8150个印度人的排放量。故发达国家有许多人士不承认温室效应增强可能造成的危害。这一争论持续了二三十年，到了20世纪末，有些珊瑚礁岛国如斐济、图瓦卢等国，在涨潮时大面积国土被淹没。全球平均气温升高、大气中水气含量增加已成为事实。南极已有三座大的冰山断裂离开南极，其中一座长130千米，宽20千米，另一座长295千米，宽37千米。北极极点的冰盖已经融化成水。显然，温室效应增强的恶果已开始显露。直到这时那些反对温室效应增强危害的意见，才逐渐减少了。青年朋友们：在解决温室效应增强这一重大难题中，你有什么设想呢？
化石燃料的功与过都是巨大的，然而它能供人类继续使用的时间已经不长了。煤炭能继续开采的时间较长一些，约能维持100～200年，或更长一些时间。石油和天然气则仅能继续利用几十年。今天的中学朋友，你们可能会看到石油和天然气枯竭的那一天。请你想一想：没有了汽油和天然气，你能用什么办法来开动喷气式飞机呢？
能做化石燃料“接班人”的能源有很多。
第一大类是太阳能的各种形态，包括水力能、风能、生物质能、海洋潮流能、海水温差能和波浪能以及直接利用太阳能。利用这些能源都受许多客观条件的制约。
水力能自古就被人类所利用，近代水力发电更是电能的重要动力之一。但是，水力落差大的地点都距人口稠密的沿海城市很远，电力传输要耗巨资并耗损许多能量。建水库又会改变当地生态环境：水坝以上大片陆地生态系统转入水下；水坝以下大片水生生态变为陆地生态。水库出现会诱发地震、改变当地气候、大批移民要安置、淹没许多历史文物、水库中泥沙逐渐沉积使库容日益减小。尤其在战争爆发时，水库将成为巨大的隐患。而且，水力资源有限，只能满足能源的一小部分需求。
风能、海洋潮流能（不是潮汐能。浩瀚的海洋中有许多和陆地江河一样的固定流向而流速很大的潮流）、海水表面与深处的温差能、海水波浪能以及太阳能的直接利用，更是受许多条件制约。这些能源可以转化为电能，但电能的大量蓄存技术至今尚未解决。也可以利用这些能源所发的电把水电解为氢和氧进行蓄存，而液态的氢和氧的储存和运输又面临诸多困难。
生物质能即利用光合作用，把太阳能固定在各种植物当中供人利用。植物燃烧放出CO2，但此CO2与光合作用吸收的CO2相平衡，不会增加大气中的CO2浓度。生物质能的主要缺陷是光合作用只能固定照到叶绿体上的太阳能的极小一部分能量，效率太低。
第二大类能源是核能，包括核裂变能和核聚变能。核能的利用也面临着各种巨大困难。
核裂变能目前正被广泛利用。一是利用天然放射性的铀235，主要难题有二：铀235储量不多，使用的年代不会很久；用过的核废料具有很强的放射性，威胁人类安全，核废料处理十分困难。人类至今只会使无放射性的元素转变为有放射性的元素，而没有办法使放射性元素停止放射。
核裂变能的另一能源是增殖核材料，即利用铀238。铀238的储量比铀235多139倍！但铀238必须通过人工增殖，使之转化为钚239（即铀238吸收1个中子，放出2个B粒子，由92号元素变成94号元素）才能利用。但钚239是极强的致癌物质，又是制造原子弹的材料。广泛推广使用钚239，安全性很难保障。
核聚变能即利用氘和氚发生核聚变反应，转化为氦，放出中子和巨大的能量。普通水中6500个氢原子之中就有1个氘；氚只能人工制造。氘的储量极其丰富，1升海水中氘的能量与330升石油相当，所以说核聚变能源是取之不尽，用之不竭的。从20世纪的中叶起，人类就会制造氢弹，可是，经五六十年的刻苦研究，人类还不会和平利用核聚变能。到20世纪末，受控核聚变的研究虽有了很大进展，可是距离安全地和平利用，路仍漫长。即使人类掌握了受控核聚变技术，氘与氚的核聚变反应同时放出中子流，会使非放射性物质转变成放射性物质，仍存在着难于克服的危害。然而氘与氦3发生的核聚变反应，只放出质子，没有中子流放出，是安全的。所以利用氘与氦3作核聚变能源，是一诱人的前景。可是地球上氦3资源很少，而月球表面由于太阳风所累积而形成的月壤中，有丰富的氦3，可以运回地球作能源。显然，这中间需攻克的技术难点有许许多多，正等待青年朋友去探索。
第三大类能源是地热能和潮汐能。地热资源分布很不均匀，只有150℃以上的高温地热田喷出的干蒸汽能直接用来发电。90℃～150℃的中温地热田和90℃以下的低温地热田，其热能的利用均受一定的限制，低温地热田很难用来发电。大量开采地热是否会导致地面下陷或诱发地震？地热水中可能含有重金属，会造成重金属污染。地热的热能利用率较低，利用不当会导致地表水体的热污染。
潮汐能是由地球－太阳－月球之间的引力而衍生出来的，可以利用。筑坝拦蓄潮水，退潮后放水发电。潮汐能能源有限，潮水带来大量泥沙，将很快把坝内填平而难于持久使用。
总而言之，选定化石燃料的“接班人”已迫在眉睫。可以取代化石燃料的能源有许多种，然而每种能源都有其严重的局限性或缺陷。青年朋友们：你认为哪几种能源最有前途？你对其中哪几个最感兴趣？
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