為什麼是碳？碳文明與碳毀滅

推薦序　碳的故事　　汪中和
前言　碳是生命中無所不在的建築設計師

第一部　自然界

第一章　大霹靂之後的碳
第二章　碳和生命起源
第三章　分子化石與溫室大崩潰
第四章　獵食者、防禦與海洋的碳循環
第五章　二氧化碳與生命之樹
第六章　體內的一把火

第二部　非自然界

第七章　碳與汽車
第八章　碳科學中的藝術
第九章　比子彈還快的碳防彈衣
第十章　人類與碳循環的百倍加速
第十一章　生物燃料的潛力
第十二章　沒有碳的文明？

推薦序

碳的故事

中央研究院地球科學研究所研究員 汪中和

　　”碳”是生命的基礎元素之一。它與水一樣，是造物主雕塑大地的主要組成元素，也是生命中不可或缺的原料；”碳”是地球這個大家庭中忠實的一份子，總是默默地盡著自己的本份，提供大家的需要，在平凡中顯露它的不凡。

　　老子曾這樣描述水：”上善若水。水善利萬物而不爭，處眾人之所惡，故幾於道。居善地，心善淵，與善仁，言善信，政善治，事善能，動善時。夫唯不爭，故無尤。”借用這些話，用來讚美”碳”的功能，也是一樣貼切。

　　我研究生涯從研究生的日子開始，就與”碳”結了不解緣。在玻璃管滿布的實驗室裡，我們利用各種地質材料裡的”碳、氫、氧”的同位素組成變化（像分辨孿生兄弟間的微小差異），盡情探索地球的奧祕，驚詫大自然的奇妙。

　　當讀到羅斯頓的這本書時，就好像在回顧一個家人過往生活的點點滴滴，是那麼熟悉，又十分親切。羅斯頓的確是一個寫故事的高手，不，應該說是寫傳記的好手。他把”碳”的出生、成長，它的特徵，它的優異，利用時空穿梭機，一一向我們娓娓道來，既生動又活潑。

　　讀這本書，好像觀看張大千所畫的長江萬里圖，氣勢磅”，變化萬千。地球從洪荒混沌中，歷經千辛萬苦孕育出生命，從前寒武紀的簡單、原始，再一路經由古生代、中生代、新生代的層層演進，終於造成今日豐富多彩的生命繁華。人類只不過是這個漫長歷程中最後踏進來的一份子，卻得天獨厚的享受著已經準備好的一切豐盛，我們是多麼的幸運！

　　很不幸的是，由於工業革命的發展，人類的貪婪自私，我們正以前所未有的奢侈，揮霍著大地億萬年來為我們儲蓄的資源，”碳”就是其中最關鍵的一項。遠古以來，安靜深埋在地層裡、儲藏在森林中的含碳資源，正快速的被我們毫不留情的開發燃燒，釋放到大氣層中，將原本調配得非常精準的大氣組成，一下子全然改觀。

　　過去二百萬年來，地球表面海陸的分布，經過恐龍時代以來的劇烈變遷，終於塵埃落定。氣候的冷暖交替，主要由地球與太陽之間的相對位置來制約，因著地球繞著太陽公轉軌道的變動，以及地軸的傾斜與擺動，氣候變化以十萬年的周期在寒冷的冰期和溫暖的間冰期之間循環擺盪。

　　隨著氣候在冷暖之間上下波動，地球大氣層裡的溫室氣體含量也高低起伏，二氧化碳就是其中主要的角色。如今我們知道，氣候溫暖時（間冰期），大氣層中的二氧化碳含量大約是二八○ppm；氣候寒冷時(冰期)，大氣層中的二氧化碳含量大約只有一八○ppm。

　　原來地球有一個神祕的自我調節機制，藉著大氣層裡的溫室氣體含量的多寡，搭配天文軌道的遠近變動，讓地球表面有個不會太冷，也不會太熱的生態環境。冷熱的交替，就像季節的變換、日夜的更迭一樣，是大地及萬物休養生息的必要過程。

　　然而，自從工業革命以來，短短的二百多年裡，我們在大氣層中增加了超過一○○ppm的二氧化碳；以前，要達到這樣的增加量需要一萬年以上的時間。如今，我們像在進行一個可怕的科學實驗，將自然界的增加率升高了百倍以上，看看地球能忍受的限度是多少。

　　地球為了因應這麼快速的改變，也手忙腳亂地想盡辦法調節因溫室氣體大量累積所造成的熱能失衡；因此，大氣的流動、海洋的運行、地殼的作用也以前所未有的幅度在相互運作調節。好像一個家庭的母親，正努力收拾一群任性孩子頑皮搗蛋所闖的禍。

　　如今，我們在世界各處所看到的極端氣候變化，此起彼落的自然災害，都是自己恣意妄為所造成的惡果。原本地球應該開始邁向下一個冰期的循環周期，因為我們的錯誤，卻反向朝著更高溫的方向加速前進。地球花了八千萬年的時間且好不容易降下來的溫度，照目前的趨勢看來，我們很有可能在二、三百年的時間裡，就回復到恐龍時代高溫潮濕的場景。

　　回顧過去，認清現在，才能掌握住正確的未來。這本書真是一本好書，可以幫助我們認清人類所面臨深沉危機的起源與本質。我們真的需要改變了，改變要從我們自己開始。願讀者都能藉這本書的啟發，了解我們當前的險惡情勢，從深切反省中，帶出正確有效的行動，認真關懷我們的大地環境，積極拯救我們自己的未來。祝福大家！

汪中和

　　現為中央研究院地球科學研究所研究員。美國夏威夷州立大學地質及地球物理系博士，專長領域為全球暖化及台灣環境變化、同位素水文學及台灣水文變化、同位素地球化學。曾任教於國立台灣大學、國立政治大學及國立中央大學，也是美國地球物理聯盟、美國地球化學學會、中國地質學會、中國貝類學會會員。