摘要：地球生命是碳基生物，碳基能量主要来自光合作用，是生命最主要能量来源。光合和呼吸作用构成了自然界中最基本的两种反应类型，与此对应的能量过程主要为吸热和放热反应，这也决定了自然界中最主要的两种生物类型生产者和消费者，一个吸热聚能，另一个放热耗能。碳基能量中碳和热是孪生关系，气候变暖是放热反应增加的结果，大气CO₂增量只是放热反应的附属品。并不能控制一个减少另一个，而是共同存在或者共同消失的过程，本质就是碳热同源。

关键字：碳热同源；气候变暖；反馈机制；CO₂浓度

当研究气候变化的热点问题时，我们往往会去文献中寻找答案，当问题达到一定高度后，能够参考的东西少之又少，这就需要从基本原理出发，深入理解事物的本质，才能找到问题的关键。错综复杂的气候模型，增加了气候科学固有的混乱，但气候变化无论怎么包装渲染，科学自有其不变的底层逻辑。关于气候变暖和大气CO₂关系，我们应该清醒地认识到“相关关系”与“因果关系”完全是两回事。CO₂引起的气候变暖是一个伪学术的墙，其底层逻辑值得商榷。气候变暖和大气CO₂增多从基本原理来看是个孪生的关系，本质就是“碳热同源”。气候变暖的根源在于吸热反应（生产者）和消费者（放热反应）比例失衡，或者说消费者消耗能量速度大于生产者能量的积累量。碳热同源是气温与大气CO₂升高同向变化的根本原因。至于大气环流，风，洋流、各种天气系统都是叠加在气候变化上的干扰因素，可以理解为地球接受太阳辐射不均匀，为了地球表面温度均衡而产生的运动，这些运动本身不会导致全球变暖，而是变暖导致了上述运动发生变化。

1两种曲线的逻辑关系

气候变暖的主流思想是人类活动排放的CO₂问题，但从逻辑关系上上看。气候变暖不是大气CO₂浓度升高的结果，理论上碳和热是一个共同体，一种孪生关系。气温的峰值变化要早于CO₂，确切地说CO₂浓度变化滞后于气温变化^1-3，CO₂浓度的变化受控于气温的变化（图1）⁴，其共同点是具有相同的变化曲线。大气CO₂浓度和气候变暖之间并不能控制一个减少另一个，而是共同存在或者共同消失的过程。相关关系和因果关系是两个概念。

图1气温与二氧化碳的变化趋势

Fig.1. the relationship between atmospheric CO₂ concentration and atmospheric temperature

2 基础类型

地球生命是个碳基生物，碳水化合物和碳基能量是生命最主要和广泛利用的能源。而这一切又主要来自太阳光合作用。与之对应的生命呼吸作用就是释放能量过程。光合和呼吸作用构成了自然界中最基本的两种反应类型，与此对应的能量过程主要为吸热和放热反应。光合作用为吸热过程，呼吸作用为放热过程。这也决定了自然界中最主要的两种生物类型生产者和消费者，生产者的生命历程吸热大于放热，只有死亡分解才会是热源，而消费者任何时候都是热源。一个吸热聚能，另一个放热耗能，中间载体就是有机质能量。

3 变暖的本质（碳热同源）

生物质是自然界主要能量来源，生产者通过光合作用利用太阳能和CO₂制造生物有机质，消费者通过呼吸作用氧化利用有机质，放出热量和CO₂。气候变暖不是大气CO₂浓度升高的结果，理论上碳和热是一个共同体，具有相同变化曲线。从基本反应类型来看，气候变暖是放热反应增加的结果，大气CO₂增量只是放热反应的附属品。复杂的气候变暖问题可以简化为呼吸与光合、吸热与放热反应等类型。人类活动对地球生物圈的影响已经开启了新的地质时代—人类世纪。人类和牲畜生物量远远超过野生哺乳动物，家禽生物量是野生鸟类两倍多，水产养殖超过海洋捕捞量，人类完全改变了动物总量的自然格局，消费者热源属性增加。因为相互制约的关系，消费者繁荣必然会导致生产者的降低，植物总生物量相对于人类文明开始前下降了大约2倍^[6]。以前的家畜还具有减排的作用，比如农耕、运输、出行和食用等，家畜养殖会减少其他能源的使用。随着科技的发展，畜牧业失去减少其他能源消耗的作用，反而因为工厂化养殖，饲料加工、运输、屠宰、冷冻运输不断消耗着其他能源，养殖效率提高对气候变暖的贡献具有翻倍效应，并不断减少可持续光合的面积和累积量。

如果把气候无限简单化，地球上进化出藻类和植物，如果他一直吸收CO₂和热量，地球就会进入封冻期。换个角度如果地球生物（消费者）大量繁荣，不断呼出CO₂和热量，地球就会持续变暖。他们之间的比例失衡就是气候变化的根本原因。根据联合国粮农组织提供的数据1961—2019年近60年的时间里，人口增加2.5倍，羊增加了2倍，牛增加了1.5倍，猪增加了2.5倍，鸡鸭更是增加了6倍。一万年前，99%的生物量（即动物群）是野生动物。今天人类和其饲养的动物占动物总数的98%。每年消耗世界肉类总量已经翻了3倍多，同期森林面积减少了1.2%（其中天然林面积减少了3.3%，人工林面积增加3.5%），耕地和永久性作物面积增加了2.6%，光合的累积效应明显减弱。碳热同源是气温和CO₂同方向变化的根本原因。

4气候反馈机制中气温与CO₂前后波动的原因

消费者数量持续上升，人类物质生活又快速提高的条件下，即使清洁能源也需要一次性能源向二次型能源转换加工，过程也无法避免碳和热的排放，碳中和本质上有很多局限性。人类社会的高度发展导致能量利用和转换不断增强^[7]，而能量转换过程中的涉及的热排放问题是导致气候变暖的关键。所以从气候冷暖交替的基本原理（图1），可以得出CO₂作为气候变暖的主要原因存在逻辑的混乱^[8]，从基本原理来看碳和热是一个孪生关系。目前碳中和政策减少化石能源消耗，植树造林方向上是正确的，但需要从减少碳排放过渡到减少放热反应和呼吸作用的思想转变，减少能量利用和转换与控制消费者数量尤为重要。解析基本类型之间的关系，气候变暖跟生产者和消费者比例有极大关系，吸热反应对应光合作用，而放热反应不仅与呼吸作用直接相关，而且与生活中的能量转换存在关系，包括一次性能源、二次性能源、包括清洁能源、可再生能源等各种能源转换过程中热排放问题，所以CO₂浓度与气温变化曲线上都是气温在前，CO₂在后，CO₂浓度随气温的变化而变化。

      图1气候冷暖交替基本原理

Figure 1 Basic principle of climate alternation between cold and warm

5结论与讨论

1、从基本原理来看，光合和呼吸作用、吸热和放热反应、生产者与消费者是不同的三种不同的表达方式。其平衡波动是气候变化的根本原因。

2、碳基能量为地球主要能量来源，气候变暖不是大气CO₂浓度升高的结果，理论上碳和热是一种孪生关系。

3、放热反应大于“碳热同源”效应， 同时生产者的灭绝程度和恢复程度都快于消费者，所以大气CO₂浓度总会滞后于气温变化。

4、气候变暖的部分原因就是人多导致牲畜需求多，人类生活质量提高消费能源多，从而导致呼吸和放热反应增多。

很多文献中都将现在全球变暖完全归因于人类排放 CO₂的增加，却无法解释1940—1978 年的降温事件，这一阶段的降温并不会与二氧化碳和气温的变化相矛盾，仔细观察就会发现是1941-1944年气温偏高的那几年正好是二次世界大战爆发的那几年，他的前后几年都是正常升温的过程，战争导致气温升高，灾难导致碳排放没有气温反应剧烈。在重大事件发生的短期几年会出现二氧化碳和气温增幅波动异常情况，但长时间序列上不会出现这种情况的发生。另外，水蒸气的温室效应问题，大气中水汽来源于地表水的相变，水分子在大气和地表之间循环，相变过程中的吸热和放热也会相互抵消，这不是气候变暖的根本原因。最后，放热反应是否大于“碳热同源”效应，能量转化的放热反应是指在化学反应过程中，系统向环境释放热量的反应。这类反应通常伴随着化学键的形成和能量的降低。放热反应释放的能量表现为热能、光能等形式。而文中“碳热同源”效应，是指利用光合作用产物有机质时释放碳和热的过程，当我们比较两种过程对气候变暖的影响时，能量转换过程的附属热能排放对变暖的贡献较大，同时“碳热同源”效应又是放热反应主要来源，所以从理论上讲，大气CO₂增多会滞后于气温的变化^[6]。总结来说，能量转化的放热反应是一个广泛的概念，包括了所有能够释放热量的化学反应；而“碳热同源”效应是其中的一个特定现象。因为生物质能源是社会最主要和最广泛利用的能源，所以碳热同源效应在众多能源领域具有主导性地位。

参考文献

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