美国务卿布林肯呼吁在可再生能源领域追赶中国：「我们落后了」，意味着什么

麻省理工学院的一项新研究显示，如果美国中西部和五大湖地区的10个州继续坚持目前的可再生能源标准，将在2030年获得47亿美元的健康效益。麻省理工学院能源与环境政策研究中心的高级研究员兼研究主要作者Emil Dimanchev告诉The Verge，“这项研究表明，可再生能源本身就能通过健康益处令其受益。”

目前已有许多关于与气候变化相关的潜在成本的研究 - 从保护沿海建筑到在更频繁和强烈的风暴之后的重建等。但这项于8月12日发表在《环境研究快报》上的研究分析了美国各州利用更多可再生能源带来的健康效益和财政激励措施。

为什么会有这么大的回报？除了导致地球变暖的的温室气体之外，非清洁能源也会影响空气质量。科学家量化的健康益处是限制接触来自发电厂的细颗粒物质的结果。并且有大量证据表明颗粒物或烟灰如何对呼吸和心血管健康产生不利影响。研究人员将研究重点放在宾夕法尼亚州、俄亥俄州、威斯康星州、密歇根州、伊利诺伊州、印第安纳州、西弗吉尼亚州、新泽西州、马里兰州和特拉华州的原因之一是因为该地区的空气质量往往较差，这主要是这些地区更加依赖于煤炭等传统能源。2016年，煤炭发电占铁锈地带（Rust Belt）电力构成的42％。

但如果这些州转向更多可再生能源，空气质量将会提高。这可能也会减少生活在那里的人们患肺癌，心脏病和中风的风险。研究人员说，如果目前的标准被采用，还可以减少与那些健康的影响，这预计将在2030年获得47亿美元的健康效益。一些医学研究人员称之为采取行动应对气候变化的协同效应。

为了达到47亿美元的数字，研究人员专注于各州目前的可再生能源组合标准，这些政策要求公用事业公司从可再生能源中产生一定比例的电力。这些州的平均目标现在设定为13％。但如果该地区的州将其可再生能源发电的比例提高到19.5％，那么2030年的健康效益将达到135亿美元，而成本将达到58亿美元。

麻省理工学院的团队战略性地利用当地的措施，即使特朗普政府取消了对燃煤电厂行业的严格监管也可以采取措施。特朗普政府正面临22个州和7个地方政府提出的大规模诉讼，质疑他的“负担得起的清洁能源法案”，这将削弱煤电厂的排放标准。

Dimanchev在六月份对俄亥俄州参议院的研究报告进行了分析，因为它在讨论是否推迟其可再生能源组合标准。从2030年开始，完全抛弃标准将导致每年平均50人过早死亡。俄亥俄州州长Mike DeWine最终签署了一项法案，该法案没有完全消除这些标准，但却显著放宽了限制。“这对健康的负面影响将是巨大的，并且与我们估计完全废除的数字相差不远，”Dimanchev说。

当地时间19日，美国国务卿布林肯在马里兰州发表了关于气候问题的首次演讲。布林肯声称，应对气候变化的“乏力”将对美国国家安全和经济“造成重大影响”。他发出警告说，美国在可再生能源方面已经落后中国，美国必须在气候问题上发挥领导作用，并在这一领域投入更多资源。 

目前国内新能源的发展情况如何？

首先，由于技术的限制,短期内电力行业没有替代品,电力行业生命周期的问题主要研究对象是各种具体的电源类型,比较的是这些电源类型之间的替代和生命周期。新能源由于具有清洁、可持续的特性,因此新能源行业的成熟期持续时间将较长,即使到了行业的饱和衰退期,其衰退速度也将很慢。 

发展新能源的意义是什么？

新能源和可再生能源是人类社会未来能源的基石，是化石能源的替代能源。新能源和可再生能源清洁干净、污染物排放很少，是与人类赖以生存的地球生态环境相协调的清洁能源。新能源和可再生能源是世界不发达国家的20多亿无电人口和特殊用途解决供电问题的现实能源。迄今，世界上不发达国家还有20多亿人口尚未用上电，其中我国约占6000多万人。由于无电，这些人大多仍然过着贫困落后、日出而作、日落而息、远离现代文明的生活。这些地方，缺乏常规能源资源，但自然能源资源丰富，人口稀少，并且用电负荷不大，因而发展新能源和可再生能源，是解决其供电问题的重要途径。

新能源的发展前景如何？

对于新能源的发展前景，新能源技术作为一种全新的能源利用方式，要想彻底取代传统的能源利用是不现实的，首先体现在人们对于此能源的重视度不够，认识不足，以生物质能源为例，作为传统的农业大镇，山东省青州市谭坊镇现有耕地面积15万亩，仅农业生产，每年都会产生约60万吨植物秸秆，经调查，50％的农民为图省事，会选择直接将秸秆燃烧，对于“变废为宝”的慨念相对陌生，根本没有意识到秸秆的能源高效利用效率，因此这是目前首先要解决的一个问题。

“该工作凸显了界面工程在全陶瓷电化学器件中的关键作用， 可帮助质子陶瓷电化学电池快速进军可持续能源基础领域 ，例如在受间歇性太阳能和风能发电影响的电网中，利用季节性储能的核热和电力驱动进行化学燃料生产，以及二氧化碳的捕获和利用。”对于自己近期发表在 Nature 的论文，美国爱达荷国家实验室吴巍博士表示。

对于该成果的应用前景，他说：“就改良后的电化学电池而言，高性能 PCEC（质子导体电池，Protonic ceramic fuel cell）使我们能够将高温电解水制氢的工作温度降低到 350 C。这个过程可以为许多‘清洁和绿色氢气’的应用打开大门。更重要的是， 该技术在与当前几个重要的工业过程（包括氨生产和二氧化碳减排）在相同的温度范围内运行 。匹配这些温度将加快该技术在现有行业中的采用。”

就界面工程技术而言，此次报道的技术可以广泛运用放到固态电化学器件当中，比如全固态锂电池。全固态锂电是前沿的锂电池技术，各个国家都在花大力气研发之中，界面润湿问题是它最主要的瓶颈之一。而酸处理技术可以有效改善全固态电池的界面润湿性能，从而提高其性能和稳定性。

正因为应用性极强，也让他对此次成果的商业孵化充满信心：“ 我们接下去的研究计划是两个方面， 一个是整合现有的一系列制备技术，将电化学器件扩大化、模块化、甚至商业化。另一方面是进一步拓展和深化与其他高校、研究机构在化学品电化学合成以及工业减碳等方向上的合作。”

350 下工作良好，数百小时内几乎没有性能衰减

据介绍，他和合作者在实验中证明， 酸处理电池在 600 C 下每面积产生的氢气比任何以前的电池都要多 150% ，并且在 350 C 下工作良好，在数百小时内几乎没有性能衰减。这种方法可以很容易地扩展和集成，用于大型电池和电池堆的制造。

马里兰州能源创新研究所材料创新中心主任胡良兵教授说，他没有参与这项工作，但其评价称：“作者报告了一种令人惊讶的，简单其极其高效的表面处理方式，以显着改善界面，将电池性能提升到‘卓越’程度。

4 月 20 日，相关论文以《酸蚀刻法活化质子陶瓷膜电池电解质表面》（Revitalizing interface in protonic ceramic cells by acid etch）为题发表在 Nature 上。

据吴巍介绍，可再生能源包括风能、太阳能、潮汐能等，给 社会 提供了越来越多的清洁电力。但这些可再生能源的一大特征是不稳定，随天气波动明显。所以 清洁电能一般首先要进行存储。

利用蓄电池进行电力存储的时间也非常有限，成本也很高。将这些清洁电能生产氢气和其他有机化学品和燃料，是另一种电能存储方式，即电能转化成化学能。

众所周知，氢气是一种绿色燃料，部分原因是当它燃烧时，产物仅仅是水。然而，纯氢没有天然来源。今天我们所用的氢气是绝大部分是通过蒸汽重整碳氢化合物（如天然气）获得的。这个过程需要碳氢原料气体并产生碳副产品，这使得它不太适合可持续生产。

因此，开发更高效的新型电化学电池， 比如固体氧化物燃料电解电池，可以实现低碳，甚至无碳排放的分布式发电和氢气化学品。全世界的科学家也一直在研发主要用于氢气生成的电化学电池。这些电池产生的氢气也可以用作热，车辆，化学生产或其他应用的燃料。

但前提是，科学家必须克服一系列材料和制备上的挑战，包括如何使电池更高效、更稳定、制造成本更低廉。

说到这里，吴巍做了个简短的科普： 电化学电解电池主要有三种类型 。

第一种类型在室温下工作，如质子交换膜电池。它们的主要问题是效率偏低，需要铂金等稀有金属。

第二种类型在 700ºC 以上的高温下运行，比如氧离子导体电池。它们有较高的电解效率，但金属在高温下很容易被氧化或者和其他元素反应形成腐蚀，从而设备需要严格的的密封和绝缘技术。

第三种类型，PCEC 是更具潜力的电化学电池解决方案。正如可充电电池使用化学来储存电力以供以后使用一样，PCEC 可以将多余的电力和水转化为氢气。PCEC 也可以反向运行，将氢气转化为电能。该技术使用称为钙钛矿的晶体材料，这些材料价格低廉，能够在很宽的温度范围内工作。与此同时，PCEC 主要的运行区间在 300 至 600ºC，进一步降低了运行和制造成本。

理论上说，质子导体具有高导电性和低活化能，PCEC 的性能自然会很优越。然而，吴巍和合作者长期观察到它们的表现低于理论模拟的预期。他和美国爱达荷国家实验室的同事们自 2017 年以来一直致力于了解其中的原因。

其表示：”经过抽丝剥茧一样的实验设计和观察， 我们发现质子（带正电的氢原子）在电极/电解质界面上的传输是问题所在 。具体来说，电极和电解质的结合不够理想。随后，我们在电池制备过程中，额外增加了一个简单的酸处理步骤，实现了电极与电解质的紧密结合，从而实现更有效的离子传输。”

经过一系列详细的表征，其发现酸处理增加了电极和电解质之间的接触面积。增加的表面积使得电极和电解质之间更紧密的键合，从而允许质子更有效地传输。此外，电池在某些极端条件下的稳定性也显着提高。

显著提高电池的性能、以及热力学和电化学稳定性

更详细地说， 论文的核心要点在于，质子陶瓷膜电化学电池有望在 350 以下运行。 虽然电解质的高质子导电性已经被证明，但由于未知的原因，它不能充分应用于电化学全电池中。在该研究中，吴巍等人揭示，这些问题起源于高温二次处理的氧电极-电解质界面之间的接触不良。

该研究证明了一种简单的酸处理，可以有效地修复高温二次处理的电解质表面，从而使氧电极和电解质之间产生反应性键合，提高电化学性能和稳定性。

此方法可以实现低至 350  C 的优异的质子陶瓷膜燃料电池性能，并能维持 600  C 时峰值功率密度为 1.6 瓦每平方厘米，450  C 时为 650 毫瓦每平方厘米，350  C 为 300 毫瓦每平方厘米，而在 1.4V 和 600  C 下的稳定电解操作与电流密度则超过 3.9 安培每平方厘米。

据悉， 质子陶瓷膜燃料/电解电池（PCFCs/PCECs）以其高效性和零排放性，有望在中温（300-600 ）应用领域实现化学能与电能可逆转换 。

它们的关键成分之一是钙钛矿结构的氧化物电解质，由于较小的活化能，其高质子电导率能够实现比基于氧离子导体的固体氧化物燃料/电解电池（SOFCs/SOECs）更低的温度运行。

然而， 仍存在一些与电解质相关的挑战限制了 PCFC/PCEC 的应用 。首先，尽管烧结体电解质显示出高质子电导率（例如，在 500 时>10mS cm 1），电化学电池中的欧姆电阻大于仅从体离子电导率估计的理论值，且具有“未知的来源”。这种不一致性被认为是由于氧电极和电解质之间的接触不良所致。其次，氧电极-电解质界面在力学性能上较弱，会导致层离和其他形式的损耗，特别是在高电流密度的电解电池循环下。

要知道，质子陶瓷膜燃料/电解电池通常是首先在高温 T1 下烧结氢电极-电解质双层结构，然后在氧电极层上丝网印刷或喷漆，然后在较低的温度 T2 下二次烧结。

然而，质子陶瓷膜电解质难以致密化，该过程需要高温烧结。虽然似乎与 400-600 C 下的全电池性能无关，但吴巍等人认为低真实接触面积和高界面阻抗与低速率质量输运导致的烧结性差具有相同的根源。

事实上，T2 烧结的情况更糟（大约 1000 C）：多孔氧电极必须扩散键合到已经充分退火的电解质表面（以单晶基底上的受限烧结为极端类比），T2 也必须足够低，从而避免多孔氧电极的粗糙化并允许气体输运和催化作用。

考虑到以上情况， 该团队提出了一种酸处理方法，在与氧电极结合之前活化修复高温退火电解质表面 。他们证明，这种方法可以完全恢复电化学电池中的理论质子电导率，并显著提高电池的性能以及热力学和电化学稳定性。

吴巍说，该项目从立项到成果发表，离不开所有团队成员的共同配合和付出。这项工作由三个单位合作完成，包括爱达荷国家实验室、麻省理工学院和内布拉斯加大学。团队之间每周都保持着视频会议沟通，遇到问题大家即时分享，讨论和研究对策。

和绝大多数科研工作一样，从观点提出到实现会遇到种种挑战和难题。很多时候，努力也不一定有回报。“我们只能尽自己所学、所能，依靠集体的力量来解决科学难题， 剩下的交给运气。这个工作有一定的成果，我们都很开心，运气这次站在了我们这边。”他说。

-End-

支持：王贝贝

参考：

1、Bian, W., Wu, W., Wang, B. et al. Revitalizing interface in protonic ceramic cells by acid etch. Nature 604, 479–485 (2022). https://doi.org/10.1038/s41586-022-04457-y

亚利桑那州企业委员会 (Arizona Corp. Commission)提议在凤凰城建垃圾发电站。

据悉，美国的24个州拥有共计87个垃圾发电站，而亚利桑那州却没有类似的发电设施。亚利桑那州企业委员会 (Arizona Corp. Commission)指出，凤凰城内每天都会产生10,000吨垃圾，但只有1/4的垃圾得到了回收利用，因此提议政府在凤凰城新建一座垃圾发电站(由Reclamation Power Group有限责任公司承建)预计每年能为2,750多户居民供电。上个月，马里兰州政府也签署了议案，同意将焚烧后垃圾归为可再生能源。

太阳能窗户科技公司（SolarWindow Technologies），是一家总部位于马里兰州的公司。它希望能够为世界提供一项生产大量清洁电力的技术，这个目标也是相当充满雄心的。该公司甚至还承诺，他们可以通过其顶尖技术——透明涂层法产生电力。

这项技术的发展始于2009年。在此之后，太阳能窗户科技公司还研发了一个液态有机光伏太阳能阵列，其主要由碳、氢、氧、氮组成，可应用于一些透明的表面，这个阵列在很多颜色或者中性的色调中都是透明的。而整个涂层产生的能量，一般可以通过一根导电电缆的透明网格传输到窗户的侧边，然后再从这里继续传输到输电线路上。

正如你可能已经知道的，如果没有什么环保效果那我们也就没什么意义了，所以我们也不会对任何人做出这样的承诺。就在刚刚，我们结束了与该公司首席执行官约翰·康克林（John Conklin）的通话，接下来，我们将具体告诉你们如何利用摩天大楼、房屋以及整个城市，得到我们离不开的能源。

电力涂层

约翰·康克林告诉ZME科学网站（ZME Science）来访的记者：“我们全球都正处于气候变化和自然资源枯竭的十字路口，一直以来人口不断增加，这也引起了人类对能源的需求不断增加，这也就是在这个十字路口中的主要问题。当然，我们可以充分利用过去或历史给我们的经验教训，然后在此之上加以总结和深化，为了更美好、更绿色的明天，我们要努力找寻解决方案，创造有利机会。我们目前的目标是，让太阳能窗户科技公司的透明发电涂层技术走进市场商业化。因为，要想远离自然资源枯竭带来的问题，我们需要一个绿色环保的未来，而透明发电涂层技术带来的能源增长，也有助于创造更绿色更美好的明天，两者互相依存。”

我不得不承认，即使在努力研究了太阳能窗户之后，我的第一反应就认为这是传统太阳能产业的一种延伸。在某种程度上，这种说法也并不是错误的，因为其最终的结果就是从光线中收集能量，只是每项技术采取的方式不同而已。

当人们说到“太阳能”的时候，脑中立刻浮现出的肯定是一块大型的蓝色太阳能光电池板，或用来装饰屋顶，或在炎炎烈日下收集能量。太阳能窗户科技公司想要对已经存在的太阳能光电池板的表面进行一定的创新和加工，使其亦能发电，而且这个表面还是彻底透明的，完全可以无缝集成到现在已经存在的建筑物中，并产生绿色的电力。

约翰早期对可再生能源有着浓厚的兴趣，并且在应用涂层化学反应过程的研究上也有着一定的造诣，所以在公司开发涂层时，约翰尽其所能提供了不少帮助，这个涂层可以粘贴在玻璃或者塑料上，每天当大量的光线穿过我们的窗户时都能发电。

你是如何开始对可再生能源的研究的？

约翰告诉我：“在我还算是个童子军的时候，大概也就是高中早期，我就开始和光电池打交道了。”

如果从那时算起，那么约翰的这条研究之路也已经走了很长了。当然，传统太阳能对环境的改善有着不可抹去的功劳，但是按照约翰对太阳能窗户这项技术的作用的解释，那这项技术的主要卖点也就很明显了。对于初学者而言，你不必为系统指定自由空间。如果是一扇窗户，只要你在其表面安上涂层，它就会开始发电，并不需要直接的阳光照射，甚至在阴影区域这个涂层也能产生能量，不过这时是周围的扩散光在起作用。

约翰说：“太阳能窗户，像普通的光电池板一样，并不直接依靠阳光，即使是只接收到扩散光，建筑物的任何涂层面都将会产生电力。”

也正因为如此，太阳能窗户可以将整座摩天大楼变成一个绿色能源发电厂。对于一个典型的50层楼高的建筑物，太阳能窗户制造出的功率比屋顶安装太阳能光电池板多出50倍。公司在为这项技术做宣传时，明确指出安装这个太阳能窗户系统在一年之内便能够回本。

但是我们大多数人都不住在摩天大楼里，那么这项技术又是如何为普通家庭用户提供服务的呢？约翰给我的答案是，太阳能窗户之所以能够为商业建筑制造出如此多的能量，一大部分原因是商业建筑一般都有很多的窗户。而在典型的房屋设计中，窗户一般较小，而墙壁占据了大部分面积，这意味着能够安上涂层的有效面积不多。不过即便如此，这个系统的优点确实还是会比典型的太阳能光电池板多一些。

约翰说：“我们不希望这只服务于富裕的人。太阳能窗户不仅仅在太阳光下，在自然光、人工光下都能很好地发电。比如在来自你的某个固定装置的光线下，它也可以发电。”

所以，尽管作为家庭用户你们看到的总收益可能并不会相同，但是不可否认，太阳能窗户确实可以帮助捕捉到一些我们周围未被开发的能量。如果你有房间，你甚至都可以把它安装在房间里。

比起摩天大楼里的窗户，普通家庭的窗户使用率更高，但是使用时也要注意不能损坏涂层和其他电线之间的连接器。目前该公司正致力于研发适用于任何类型窗户框架的连接器，对应于经典的铰链或者滑动窗户框架的系统已经可以投以使用了。如果将数个涂有涂层的玻璃叠加在一起，不用担心，所有层都会产生能量，这一点斯科特已经证实。在你的窗户窗格允许的情况下，你甚至可以得到三倍或者四倍的有效涂层面。

约翰透露，由于适用于太阳光窗户的光线与传统光电技术的并不相同，所以涂层在太阳光比较弱的寒冷地区产生的能量与那些有充裕阳光照射的区域一样多。

关于太阳能窗户涂层这项技术的前景，有一点很是振奋人心，我们都知道，大多数人都觉得传统太阳能电池不可靠，但涂层技术完全可以免去这点担忧。传统太阳能光电池板只能在白天工作（原因很明显），同时由于其工作的必要条件是存在太阳光，这也就意味着它们阴天完全失去作用了，而现在我们还不能改变天气。但是，任何类型任何强度的光都不能阻止太阳能窗户产生能量，自然也就无烦忧啦！

不可否认，这是一项非常有潜力的技术，同时又很富有创意，采用不太可能的来源产生电力。比如约翰告诉我，他们正在寻找一种方法，试图给现有的路灯安上涂层。但是，我们也可以看到，应用于太空或军事方面的涂层技术还未达到理想。

约翰总结说：“一切皆有可能。”

关于每平方米涂层的最终成本目前还没有任何说明，但约翰似乎下定决心使其价格尽可能为大多数人接受，他们也希望他们的产品能畅销全球，为更绿色更美好的明天建设添砖加瓦。

蝌蚪五线谱编译自zmescience，译者 sunshine，转载须授权

nyiso

和iso-ne。这七大iso只涵盖了美国大约60%的用电量。剩余的40%主要分布在美国的东南部和广大的西部地区。这些地区的电力工业依旧处于垂直一体化的传统管理模式，由当地的公共事业服务公司（utility

company）来统一调度、运营和收取费用。

iso是非营利性的独立机构，主要负责其管辖区域内市场的运行和调度、发电和输电规划以及系统的运行安全。iso不拥有电力资产，其运营成本和员工工资由各市场参与者分摊，最终会均摊到用户的电费中。iso的调度职能对应国内的“网调”。只不过，有些iso只包含一个州（如ercot，

caiso和nyiso），有些iso包含多个州（如pjm， miso，

spp和iso-ne）。跨州的iso下面没有相应的“州调”，即所有的调度指令直接发送到机组，不用经过（也不存在）州一级的调度机构。

批发侧的电价一般采用节点边际电价lmp。根据输电网络的结构按一定的规则把系统划分成很多的节点区域（cpnode）。发电机和负荷就连接在这些节点上。iso在进行调度时会运行相应的机组组合（scuc）和经济调度（sced）模型。lmp是这些模型运行完之后得到的结果。由于存在阻塞和损耗，每个节点上的电价都不一样。目前，美国所有的iso都以lmp模型作为批发侧电力市场的电价机制。

公共事业服务公司的发展历史和演化

在90年代中期，美国的电力都是由垂直一体化的公共事业服务公司提供的。公共事业服务公司在产权结构上分为两种：一种是由投资者所拥有的（investor-owned），这种占了大多数；另一种是由大众持有的市政公司（publicly-owned

municipal

utility），这种占少数。从1995年到2002年之间，电力工业的改革渐渐拉开了序幕，其主要成果就是打破垄断引入竞争，以及独立调度机构iso的成立。

从历史上看，电力改革主要发生在由投资者所拥有的公共事业服务公司身上。而由大众持有的市政公司，绝大多数至今依然没有什么变化。电力工业可以分做四个独立的部分：发电，输电，配电和零售。在美国20多年的电力市场化改革的过程中，逐渐形成了一个共识：发电、输电和零售侧是可以开放竞争的，而配电侧被认为是天然垄断的，因此要受到监管（对于由投资者所拥有的）或者大众持有股份（对于大众持有的市政公司）。

其中，发电侧的开放体现在大量的发电机组从以前的公共事业服务公司中独立出来，成立了商品化的独立发电商（independent

power

producer）。改革以前，是基于平均发电成本的办法对机组进行补偿。改革以后，这些机组参与到市场竞争中，是以市场的价格来获得相应的利润。输电侧的开放体现在允许第三方进入其输电网络，并为独立发电商提供非歧视性的输电服务。比如，在传统的垂直一体化状态下，公共事业公司自己拥有输电网，因此会优先调用自己的机组而对其他机组使用自己的网络具有排他性。改革以后，尤其是在成立了iso和rto（区域输电组织）之后，输电网络对市场中所有的独立发电商都是公平开放的。零售侧的开放体现在用户可以自由的选择供电商，而供电商之间则是相互竞争的关系。由于配电网是由公共事业公司所有的，供电商为用户提供电力服务时，需要向公共事业公司购买输电服务。这就使得，供电商只能在零售服务类型上提出创新的产品，而不能通过另建一套网络（比如中国联通、中国移动各自拥有自己的电信网络）的形式来相互竞争。例如，为了吸引用户跟自己签订用电合同，有的零售商提出凌晨0至2点用电免费，有的零售商保证自己的电力100%来自绿色清洁能源，而有的零售商提出跟用户签订一年的低价合同以规避电价波动的风险。

三张电费单

本节主要从美国三个不同地区的电费账单分析美国各具特色的配电侧（或零售侧）的电价制度。

a.

电费单1

第一张电费单来自印第安纳州某居民用户。该地区属于miso的调度管辖范围，但是具体的供电服务是由duke

energy这一公共事业服务公司来提供的，每个月的电费也由该公司来收取。其代表性在于，该地区存在批发侧的竞争（即发电机组竞价上网），但是不存在零售侧的竞争（即终端用户无法选择供电商，供电服务由区域的公共事业服务公司垄断）。这代表了美国目前大部分用户所面临的情况。

分析该地区2014年12个月的电费账单，发现其电费主要由三个部分组成：

1）居民服务费（residential

service）9.4美元/月。这个费用直接加在账单上，跟用电量多少没有关系。该费用基本保持固定，每月稍微有浮动。

2）基本用电费。采用阶梯电价的方式，但第二段的电价比第一段要低。每月用电量低于300度电的部分，电价为0.092945美元/度；高于300度电的部分，电价为0.054178美元/度。这个定价标准在一年内基本固定，不同的季度之间稍微有所浮动。

3）各种调整费。2014年1月份的收费标准如下表所示。一共有9项，但不同的月份，项数可能增加或减少一些。在不同的月份，每项费用的值也可能进行一些微调，但差别不大。

除了上面三项之外，还要加上7%的州税。举一个例子。如果某用户在该月用了622度电。那么交给公共事业公司的费用为：

9.4 +

（0.092945*300+0.054178*322） +

0.045378*622=82.95美元

再加上7%的州税，账单上显示的总费用为88.76美元。所平均下来，一度电的总费用为0.143美元，合0.885元人民币/度。

值得注意的是，在采用阶梯电价时，第二段的价格比第一段要低。这与国内很多人的思路相反，因为我们一般习惯第二段的价格要高一些。这是因为长久以来，在中国水、电等资源属于稀缺产品，把第二段的价格定的高一些有利于控制其用量。而在印第安纳州，电被认为是一般性的商品，买的越多价格自然更便宜。这更符合经济学的原理。

b.

电费单2

第二张电费单来自美国德克萨斯州某地区的用户。其代表性在于，该地区既存在批发侧的竞争，又存在零售侧的竞争。在批发侧，发电商通过ercot的交易平台竞价上网。在零售侧，用户可以选不同的售电商来为自己提供服务。虽然用户可以选择不同的零售商，但接入用户家里的只有一张电网，即当地的公共事业公司所拥有的电网。各零售商不可能建立自己的电网，因此只能通过租用当地公共事业公司的电网，向其支付一定的输配电费用。电网的维护和维修，以及电力系统的可靠性，都应该由公共事业公司来负责。

美国很多州是不存在零售竞争的，但有少数州走在了零售侧市场改革的前沿。目前，德州的改革是最充分的，电力销售的61%是在零售市场中完成的（也即39%的电力依然是公共事业公司垄断销售）。其他的州当中，在零售市场售电的比例分别为：缅因州45%，

宾夕法尼亚州38%，

康涅狄格州34%，俄亥俄州30%，伊利诺伊州32%，马萨诸塞州31%，新泽西州31%，马里兰州31%，新罕布什尔州26%，纽约州25%，蒙大拿州16%，加州8%，内华达州3%，俄勒冈州3%，华盛顿州2%。余下各州还没有形成零售市场，比例为0。

在德州，满足条件的人或公司都可以向德州公共事业委员会申请成为零售商。零售商的一般拥有如下职能：

从批发市场买电。

向输配电公共事业公司（transmission

and distribution

utilities）购买输配电服务并支付其相应费用。

以一定的价格把电力卖给用户。由于零售侧是竞争的，因此零售商在满足德州公共事业委员会对电价要求的基础上，可以自由设定卖给用户的电力价格。

当用户需要电力服务时（比如电力设备维修），可以直接跟零售商联系。零售商再跟当地的公共事业公司联系使其提供需要的服务并支付相应的价格。

必须为用户提供24小时免费咨询电话。

必须建立信息接口，与ercot和其他市场参与者交换电表数据和与用户选择其他零售商有关的信息。

以德州圣安吉洛市为例。虽然该市人口只有10万，但电力零售商却有十几家之多。用户除了可以向零售商买电之外，也可以直接向公共事业公司买电。它们之间是竞争的关系。每个零售商都向用户推出了不同的“用电套餐”。以下是几个不同公司的具体套餐标准：

套餐一：需与某零售商签订6个月的用电合同，每度电的价格固定为8.3美分，并保证100%的电力来自可再生能源。

套餐二：与某零售商签订12个月的用电合同，每度电的价格固定为7.1美分，大约有11%的电力是来自可再生能源。

套餐三：按月签合同，第一个月的电价为每度电9.1美分，此后每月电价需要根据零售商的标准做一些调整。保证6%的电力是来自可再生能源的。

该地区的用电套餐计划多达几十种，其中包括公共事业公司自己推出的套餐。用户根据的实际需求，选择最合适的零售商并与之签订用电计划。

一张德州圣安吉洛市的电费账单应该包含三部分。第一部分是按照套餐计划付给零售商的费用。第二部分是支付给当地公共事业公司的电力输送费用，这部分费用是受到德州公共事业委员会监管的。收费的标准规定得非常详细，相关的文件多达370页。用户可以随时对这些文件进行查阅。由于其条款过于繁琐，在这里笔者仅列举居民用户电费账单上出现的各种费率值，如表2所示。对其具体的含义和计算方法不做详细描述。第三部分是所缴纳的税值。

c.

电费单3

第三张电费单来自美国科罗拉多州的用户。其代表性在于，该地区没有成立iso，依旧处于垂直一体化的传统电力工业状态。公共事业服务公司负责调度机组为其管辖区内的用户供电。该州主要有四个大的公共事业服务公司：xcel

energy， black hills colorado， platte river power authority和public service co.。

虽然它们在各自的供电区域内是垄断地位，在批发和零售侧都不存在竞争，但各公司依旧有动力为用户提供更好的服务。比如，xcelenergy公司近几年在大力发展风电以降低用电成本，在2015年某时刻风电的发电量甚至超过总供电量的50%。

再如，上述后三家公司最近达成了一项协议，决定成立一个小型的电力库（pool）来对三个区域的发电资源进行统一的调度。预计2015年该项举措会使三个区域的供电成本降低770万美元至1330万美元，这些节省的成本最终会使得用户受益。另一方面，这些公共事业服务公司会受到州和联邦能源管理委员会的严格监管。其电费制定的标准都是基于一定回报率的合理水平。

以xcel

energy公司为例，在其网站上详细公布了电费收取标准手册。它向用户收取的电费，要严格按照手册中的规定来计算。该手册的条款非常复杂。总结起来，xcelenergy公司主要为用户提供了两种不同类型的用电选择：

1）类型r，即一般性服务类型，适合大多数用户的选择；

2）类型rd，即基于容量需求的服务类型，适合家里拥有许多大功率用电器的用户。此外，如果用户安装了小型光伏发电系统，还有一些特别的优惠政策和计价方式。下面分别予以阐述。

对于类型r，

其电费的收取标准如表3所示。由表可见，用户的电费主要由三部分组成：

1）

每月固定的服务和设备费；

2）基本用电费。在夏季的收费标准中，第二段（高于500度的部分）的价格比第一段高。这与印第安纳州相反。

3）各种调整费。此外，还要加上6.5%的税。

类型rd的电费收取标准如表4所示。它也主要由三部分组成，不过与类型r相比有如下的不同：1）其每月的服务和设备费要高；2）基本用电费包括容量和电量两部分。容量部分是基于用户该月的容量需求（billing

demand）来计算的。容量需求是基于用户电表实时测量数据而得来，它等于该用户在该月每15分钟的平均用电需求的最大值。电量部分的价格要远低于类型r。3）调整费当中，前四项是基于容量需求而不是实际用电量来计价的。

对于家里安装了小型光伏发电系统的用户，用户可以选择r或者rd服务类型标准，只不过基本电费是以“净用电量”作为计费基准的。也就是说，用户需要安装双向电表，“净用电量”等于电网为用户提供的电量减去光伏系统向电网提供的电量。如果“净用电量”等于负值，表明用户所发的电大于其所用的电，则把它折算到下一个月的账单中作为“credit”，以此类推。此外，为了鼓励光伏发电系统的安装，xcelenergy会向用户提供补贴，补贴的标准是根据该光伏发电系统的实际发电情况而事后确定的。xcelenergy与美国可再生能源国家实验室联合开发了一套pvwatts的系统专门用于计算补贴的标准。用户可以随时访问该网站进行核实。这些额外的补贴也会反映到用户每个月的账单中。

结语

美国的电力工业发展水平在各个地区都是不一样的，因此电价的制度也存在很大差异。看到印第安纳州账单所反映的居民用电价格约为0.885元人民币/度。其他两个地区的用电价格也与此差不多。考虑到美国民众的平均收入，这个电价相对中国是比较低的。其原因，除了是因为美国的能源供应充足，资源价格较低外，还因为通过改革提高了电力部门的运营效率，通过合理的机制设计（比如竞价上网调度）又进一步降低成本，通过提高透明度，使得电力公司的各项费用都有严格的标准和计算方法，接受社会大众的监督，从而使得收费更加规范。改革是发展的方向。改革必然会带来红利，为整个社会的经济发展带来好处。比如，美国20多年的改革过程中，遇到了很多问题，也出现了很多新的需求。相应的，就出现了一大批依附于电力工业的咨询公司、软件公司和科技公司如雨后春笋般出现了。甚至有很多人从原来的垄断企业中跳出来，成立了自己的公司。这为美国社会增加了不少的就业岗位，也为传统的电力工业注入新的活力。

在古代，人类和自然是不平等的关系，人类是弱者，处处受到大自然的限制却无力改变自然。于是人类把大自然视为敌人，战天斗地成为一项难得的品质，愚公精神千百年来受到不断颂扬。

随着工业时代的来临，人类科学技术水平的不断提高，人与自然的关系发生了逆转，人成了强者，而“温和的自然”却成了容易受伤的对象。高度提纯的化学制剂，如杀虫剂、油漆、洗涤剂等对自然环境构成了重大威胁；大规模的能源消耗改变了大气的构成，进而改变了地球气候；卫生条件的改善使人口急剧增加，人类活动大量破坏了地球的森林和湿地资源。于是，“温和的自然”变为“凶恶的自然”，人类施加给它的，它最终都要归还人类。被高度提纯的化学制剂污染了水和土壤的地区，畸形儿和绝症的出现比率大大高于正常；石油资源一旦枯竭，人类的生活质量和社会的正常运转必定遇到问题；气候异常必定带来水灾或干旱，饥荒也将伴随着种种天灾降临人间。“凶恶的自然”将再一次让人类成为弱者，人类和自然的关系又将回到起点。

要想改变这种状况，人类就必须保护“温和的自然”，不让它继续恶化，保护环境就是保护人类自身，这是人类经历工业化，在自信心极端膨胀之后的可贵共识。

世界各国也都意识到这个问题。10年前，178个国家的领导人在巴西城市里约热内卢聚集，共同商讨保护环境的问题。与会领导人计划保护地球环境，减少温室气体排放，促进人类的福利和发展。1997年，160个国家在日本京都签订了旨在减少二氧化碳排放的《京都议定书》。但由于减少排放阻碍经济发展，美国这个二氧化碳头号排放国却拒绝执行。去年，在南非城市约翰内斯堡举行的“地球峰会”上，各国领导人和科学家继续商讨改善环境的计划。

10年过去了，人类在保护环境问题上虽取得了一些进步，但分歧仍然严重。地球现在到底处在怎样的状态呢？我们又应该以怎样的态度去迎接未来呢？

7个可喜进步

环保意识在增强

经过长期的宣传，环保意识已经为很多人和政府所接受，人们开始关心人类活动对大自然的影响，并希望这种影响不会恶化自然环境。政府间开始通过合作来处理环境问题，1992年里约热内卢峰会、1997年京都气候会议和去年的约翰内斯堡峰会都体现出了世界环保意识的加强。虽然，美国因为自身利益拒绝执行《京都议定书》，对未来跨国环境合作造成重大损害，但国际环保努力的进程却是不可逆转的潮流。

清洁汽车问世

汽油电动混合型汽车已经问世，并且已经在日本、西欧和美国的道路上行驶，这种汽车可以大大减少二氧化碳的排放量。而美国克罗拉多州的“超级汽车”公司的发明家们正在研制零排放的汽车。其中一种汽车设计是以氢气作为燃料，发明者声称，开这种汽车外出度假可以不带饮用水，因为这种汽车排出的就是100%的纯净水。而电动汽车的前景也十分看好，它很有可能成为下一代个人代步工具。

封杀12个“环境杀手”

2001年在瑞典城市斯德哥尔摩举行的联合国会议上决定在全球范围内限制使用12种碳、氯制剂的化学药品。此举是为了保护空气、水和土壤资源不受污染。会议呼吁限制或完全消除顽固的有机污染物如氯气、DDT农药和PCB农药等等。1987年通过的禁止使用氟里昂(CFC)的协议已经发挥作用，地球臭氧层的破坏速度变缓。

生态旅游的发展

总部设在美国的“国际生态旅游社会”把生态旅游描述为“保护环境和支持当地人民福利的负责任的旅游”。生态旅游和它所产生的利润在世界范围内已经成为支持发展中国家政府财政收入来源的重要渠道，它以每年30%的速度在急速增长。自然环境同文化传统一样成为吸引旅游者的重要动力。但环境主义者仍然担忧，生态旅游市场经济的作用远远大于保护环境的意义。

企业的环保运动

大公司日益意识到，环境保护能够帮助它们吸引更多的客户。施乐公司的“无废物计划”回收了该公司工厂2002年产生的80%的无危害固体废料。它还把6万多吨的已填埋电子废料取出，重新回收利用。施乐公司的这个举动一年可节约数百万美元。施乐公司的这种可持续发展的做法受到环保团体的欢迎。很多大公司也都意识到环保回收的巨大作用，壳牌、IBM这些世界知名大公司都纷纷推出自己的“清洁计划”。

更环保的建筑

环保建筑物最重要的标准就是减少能量消耗。欧洲一些民宅的屋顶开始安装吸收太阳光能量的瓷片，而美国加利福尼亚的“壕沟”公司也开始在办公室的屋顶安装高性能的隔热玻璃。而位于美国马里兰州安纳波利斯市的Chesapeake Bay基金会总部的办公楼的环保设计更是超出一筹，利用特殊贮水装置，办公楼的抽水马桶采用收集的雨水冲洗；使用太阳能电池板来向办公室提供电力供应。相对普通的同样面积的建筑，这栋办公楼只消耗了三分之一的电力和十分之一的纯净水。

酸雨危害的减少

美国和欧洲已经证明了减少的二氧化硫和二氧化氮排放对地球表面环境有相当大的改善。在上个世纪80年代，发达国家开始控制二氧化硫的排放来减少酸雨对环境的巨大危害。它们开始禁止在工厂中使用炭作为燃料，转而使用更加清洁的能源例如天然气和净化炭来发电。汽车也被改造，所用汽油的标号更高，燃烧后二氧化氮的排量大为减少。酸雨在美国和西欧的危害已经大为减轻，以英国为例，酸雨危害在过去15年里减轻了一半。

7个值得忧虑的迹象

地球变暖

科学家已经发出警告，日益增加的温室气体的排放会使气候急剧变化，海平面上升。据美国全国气象局的统计报告，美国2001年11月到2002年1月这3个月的平均气温是自1895年以来最高的。同样，全球范围内这3个月的平均气温也是自1895年以来最高的。气温上升的直接威胁是海平面上升，同时会引发其他的极端气候现象，造成自然灾害。

对石油无节制的需求

地球上有很多河流，但还有一条河流是我们没有意识到的，那就是石油形成的河流。每天石油形成的河流都围绕在我们身边，而这条河流的流量是每秒钟1100立方米。自上个世纪90年代以来，世界石油的消耗量增加了14%，而且还在不停地增加。在每年向大气排出的240亿吨二氧化碳中，有40%来自石油的燃烧。在人类历史上，目前大气中温室气体的含量是42万年来最高的。世界上三分之二的石油储备聚集在中东地区，这也成为该地区政治和经济不稳定的最重要因素。有的时候，人们会认为上天太厚爱中东地区，给它如此集中和富裕的液体黄金，但是石油虽好，却也给该地区带来永不结束的冲突和纷争，在这些石油耗尽之前，这种冲突和纷争似乎没有结束的时候。

逐步消失的湿地

很多人其实不知道湿地的重要性。湿地为鱼类，许多鸟类和两栖类动物提供了栖息场所，成为生态系统里重要的环节。另外，湿地有很强的消化污染物的能力。但是在世界范围内，湿地的面积正在高速缩减。从美国的亚马逊盆地到伊拉克，湿地都逃不过悲剧命运。湿地消失的根源是人类的农业活动、水利活动和其他发展活动。开垦更多的耕地，修建更多的大坝使湿地逐渐消失。科学家们估计，在过去的一个世纪里，湿地面积已经缩减了50%。31年前，132个国家曾在伊朗签定了《保护湿地条约》。但是实际上条约的约束力和作用是相当有限的。

超级大坝不断增加

人们以为修建超级大坝显示了自己改造自然的能力。的确，大坝改造了自然，提供了电力，但也给环境带来很多不利影响。大坝改变了河流的自然流向，改变了洪水自然泻洪的方向。大坝在地面上形成非天然的蓄水库，这样影响了鱼类的自然分布。在1950年，世界范围内的大型大坝大约有5000个，但到了2000年，超级大坝的数量激增到45000个，而且规模不断加大，对自然的改造作用也越来越大。平均来说，每天都有2个高度超过15米的大坝建成，新建大坝基本上都位于发展中国家。有些巨型大坝高度超过180米，宽度超过1500米。修建这样的大坝的代价是惊人的，要淹没大面积的土地，无数物种要另择栖息地。

越来越少的珊瑚礁

在所有的海洋生物中，有四分之一的栖息地是珊瑚礁。但是在过去的50年内，珊瑚礁的数量已经减少了27%。光是在1998年发生的厄尔尼诺现象中，世界珊瑚礁的数量就一下子减少了16%。造成珊瑚礁死亡的最直接原因是海水变暖。当然，海洋中来自太阳的辐射增加和渔民野蛮的捕鱼方式也是珊瑚礁消失的重要原因。

过度捕鱼

人类科学技术使捕鱼速度和数量都超过了海洋的天然补给能力，这样的结果是很多鱼类的数量正在锐减，甚至到了灭绝的边缘。现在每年海洋中鱼类的总量正在以每年1%的速度减少。科学家们提出把特定的海洋区域划为保护区，停止捕鱼，让大自然有时间和机会重新积蓄。但人类似乎不愿意给自然这样的机会。限制捕鱼会直接影响渔民的收入和生活质量。而鱼类市场只讲究价格和利润却从不考虑物种保护。

核废料的处理

2003年全球超过440个商用核反应堆会产生超过11000吨的核废料。如何处置这些核废料给人类提出了难题。首先这些核废料很可能会有泄漏的危险，其次这些核废料很可能被恐怖分子获得，从而用于可怕的目的。美国有超过100个核反应堆，产生的核废料占世界总量的25%左右，而处理核废料的核垃圾场就更多了，共有131个。共有超过一亿人生活在核垃圾堆附近100公里以内的范围内。无论将核废料运到哪里，都不可避免地给当地造成污染。利用核能越多，类似的污染就会越多。在享受核能的超级动力时，人类千万不要忘记核废料的隐忧。

7个震惊的声音

“目前人类对保护地球资源的意识空前地提高，但大规模、大范围破坏野生动植物的栖息地的行为并没有减缓。我对人类在科技上的成绩感到鼓舞，但是，这些科技成果对物种多样性的破坏又使我绝望。”

――――E.O.威尔逊，哈佛大学社会生物学家

“在环境保护方面，对海洋的保护是相对落后的。因为人类一直都认为海洋是这样的巨大而丰富，难以想象人类的活动会对这样的巨人产生怎样的影响。不幸的是，我们已经对海洋造成不可弥补的破坏。”

――――简?卢布彻科，美国俄勒冈大学海洋生态学家

“我们必须承认在过去10年里，人类对大气化学构成的认识进步了很多。现在几乎所有的人都知道‘温室气体’这样的名词，也知道工厂和汽车排放的废气造成地球气候变暖。但是人们对‘温室气体’的其他危害还一无所知，就像10年前一样无知。”

――――雪莉?罗兰，加州大学埃文分校大气化学家

“人类种植农作物的同时也破坏了土壤的表土。大量的表土被刨起，然后随河流被冲到海洋里。在海洋里，农药和杀虫剂不断积聚，对海洋生态造成的危害在逐日增加。解决这个问题的关键是人类要改变种植的农作物的种类，要多种深根植物，这样有利于保持水土。”

――――韦斯?杰克森，农作物遗传学家 “温室气体使大气的温度升高，同时也使海洋的水温升高。一旦海洋的水温升高就是全球性的灾难，因为洋流的运动会使全球各地海洋的水温一样高。”

――――理查德?巴伯，杜克大学海洋地图学家

“合成化学制剂给人类的生活带来方便，但是它们也是干扰荷尔蒙的元凶。合成化学制剂在地球上无处不在，影响了人类和所有野生动物的繁殖和发展。但是没有一个国家能够禁止合成化学制剂在商场里出现，我们还要继续承受它们带来的副作用。”

――――柯尔朋，世界野生动物基金会野生动物与污染物部主任

“在人类对待自然的态度问题上，‘地球峰会’可以说是一次转折点。希望人们能意识到，对物种多样性的保护，对湿地、森林等自然环境的保护将影响未来地球的运作机制。”

――――哈尔?穆尼，斯坦福大学环境生物学家

7个善意的警告

“如果人类持续现在的行为而不做任何改变，那么到21世纪结束的时候，地球上的物种会减少一半。如果这些数据都不能改变人类的行为，还有什么会使人类警醒呢？”

―――E.O.威尔逊，哈佛大学社会生物学家

“当被问到‘你从自然得到什么东西？’时，大多数人的回答是食物、纤维、药物和基因。但是绝大多数人不知道生态系统为我们提供的其他服务。它净化着空气和水源，调节着气候，使贫瘠的土壤肥沃，控制着害虫和病原体。只有当我们失去这些服务时，才会意识到它们的可贵。”

――――简?卢布彻科，美国俄勒冈大学海洋生态学家

“厄尔尼诺现象使人们开始警觉，但是谁也说不清下一次厄尔尼诺什么时候再来。没有人知道，它的恶果是渐变的还是突变的。如果是突变的，那自然就是不准备给人类任何机会了。”

――――雪莉?罗兰，加州大学埃文分校大气化学家

“农业和野生动物的关系已经得到重视，但农业和海洋的关系却还远没有得到足够的重视。以前曾经有人警告过，再不控制农业，野生世界就要完蛋。现在我要警告，如果再不控制农业，海洋就要完蛋。”

――――韦斯?杰克森，农作物遗传学家 “100年前，当飓风袭击人类时，当时的人们只会问政府：‘这到底是怎么回事。’现在政府已经能够预报飓风，了解飓风的力度和方向，为人们尽量减少损失。100年以后我们需要的是政府同样了解其他极端的自然灾难。”

――――理查德?巴伯，杜克大学海洋地图学家

“现在已经有足够的证据证明化学制剂能够进入子宫，影响人类的大脑发育、影响免疫系统的形成和发挥作用。人类需要聪明的后代，也需要明智的政策制订者。”

――――柯尔朋，世界野生动物基金会野生动物与污染物部主任

“历史证明，少数人的意见可以唤醒公众的关注，进而改变社会发展的方向。现在科学家们前所未有地团结在一起，我们将提出更多的、更明确的证据使公众和政策制订者改变想法。”

―――哈尔?穆尼，斯坦福大学环境生物学家

7个生态天堂

Kruger国家公园

位于南非的Kruger国家公园由一望无际的大草原和灌木丛组成，是世界上哺乳动物最集中的地方。Kruger国家公园的历史可以追溯到1898年，当时这里是一个狩猎区，为了狩猎的方便放养了147种野生的哺乳动物，包括猎豹、白犀牛。另外还有超过500种鸟类。后来，处于当时一种相当创新的观念，Kruger被简称国家公园。

Tubbataha礁石国家公园

这是位于太平洋偏远海岸的生态保护区，目的是保护海洋鱼类。Tubbataha礁石国家公园于1988年成立，为了限制当地毫无节制的捕鱼活动。Tubbataha礁石国家公园的面积为330平方公里，有超过450种海洋鱼类安逸地在这里生活。在Tubbataha礁石国家公园中，任何的捕鱼活动都是违法的。可遗憾的是，在世界范围内，这样的海洋保护区实在很少。

Prespa公园

Prespa公园是一个跨国自然保护区，于2000年成立。2000年，阿尔巴尼亚、希腊和马其顿签署协议成立跨三国的自然保护区。Prespa公园保护的主要是区域内的湿地资源，在这里生活着超过160种鸟类，有另外几百种鸟类路过这里，或者会在这里做短暂停留。现在Prespa公园已经成为很多珍稀鸟类最后的乐园。

Bahuaia Sonene国家公园

在秘鲁的Bahuaia Sonene国家公园是世界上最大的森林资源保护区。Bahuaia Sonene国家公园的占地面积是1万平方公里，在这里有着茂密的森林。而在保护区里，所有的破坏行为被严格禁止。另外Bahuaia Sonene国家公园也保护着流过公园的3条河流的水资源，自2000年开始，在这些河流里捕鱼也被禁止。在这个绿色的世界里，生活着超过200种哺乳动物、900种鸟类和1200种蝴蝶。

Nahanni国家公园

在加拿大的西北部，占地4760平方公里的Nahanni国家公园保护着加拿大最崎岖不平、最天然的土地。在Nahanni国家公园里没有一条道路，没有任何人类活动的痕迹。这里有很多自然的奇观，包括天然大峡谷，落差为92米的宏伟大瀑布(这个瀑布的落差比举世闻名的尼亚加拉大瀑布高一倍)。但是加拿大政府禁止将这里天然的美景开发成旅游资源，每年只有大约900个探险者进入Nahanni国家公园。成立于1976年的Nahanni国家公园于1978年被联合国评选为世界自然遗产。这在诸多国家公园和自然保护区中，Nahanni国家公园是惟一的。

皇家Chitwan国家公园

在尼泊尔和印度交界，皇家Chitwan国家公园是南亚地区非常有特色的自然保护区。在这里，鳄鱼自由地游在河里，还有包括孟加拉虎在内的珍稀哺乳动物生活在这里。自1973年成立以来，属于尼泊尔皇家的皇家Chitwan国家公园已经成为当地的一个旅游项目，游客从1973年的每年1000人发展到现在每年超过10万人。不过这对自然保护区不是一件好事，但幸运的是，在这里的哺乳动物的种类和数量都在逐年增加。

Goualougo三角地带

Goualougo三角地带是个商业和自然保护成功结合的保护区。这个非洲著名的森林保护区同样也是大伐木公司表演的舞台。伐木公司向世界证明，他们并不是在所有时候都扮演破坏者的角色，事实上，在Goualougo三角地带，伐木公司获得利益的时候，森林资源的再生也得到了保障。Goualougo三角地带是民主刚果最大的自然保护区，在这里，大猩猩和黑猩猩的密度是世界最高的。

地球资源

地球资源指的是：地球能提供给人类衣、食、住、行、医所需要的物质原料，也称为"自然资源"（Natural Resources）。

陆地上重要的自然资源有六种，它们是：1）淡水、2）森林、3）土地、4）生物种类、5）矿山、和6）化石燃料（煤炭、石油和天然气）

地球上的自然资源分为"可再生"与"不可再生"两大类。

可再生的自然资源指的是在太阳光的作用下，可以不断自己再生的物质。最典型的可再生资源有植物、生物质能、太阳能、风能等。

地球上不可再生的自然资源主要有石油、煤炭、天然气和其它所有矿产资源。它们经过了上亿年才得以形成，因此不可再生。这些资源的储量随着人类的消耗而越来越少。

地球上的生物物种也是宝贵的不可再生自然资源。任何一种生物的灭绝意味着地球永久性地丢失了一个物种独特而珍贵的基因库。因此，如果是由人的活动造成的物种灭绝，其损失将无法估量。

阿尔哈贾尔山脉疲惫、摇摇欲坠的山峰正在像一块腐烂的肉一样慢慢腐烂。微妙的腐烂迹象无处不在。易燃氢气有时会从地下水中冒出。来自天然泉水的水通常富含矿物质。当它流过地面时，这些水会留下一层结霜的白色晶体。只有少数几种植物可以在这种外来土壤中生长。

在这里，在沙特阿拉伯东部的沙漠国家阿曼，山脉包含了地球表面通常不存在的奇异矿物。它们在下方数十公里（英里）处形成——比人类为寻找石油或黄金所钻的深度还要深。现在暴露在地球表面的空气和水中，这些矿物质被证明是化学不稳定的。

下雨时，它会滴入岩石的裂缝中，携带空气中的气体。水和气体与岩石发生反应，形成新的、五颜六色的矿物质。这些由黑色、白色和蓝绿色石头组成的锯齿状脉络越来越深入基岩。就像缓慢而有力的手指一样，矿物质扩大了裂缝，将岩石撬开。

在阿曼的这些碱性泉水中，水从富含溶解钙的地下涌出。钙与空气中的 CO 2迅速反应，形成可在 24 小时内出现的碳酸钙（方解石）薄膜。当水流过岩石时，会留下一层冰冷的方解石晶体涂层。 D.福克斯

Peter Kelemen 认为，这些正在腐烂的岩石可以帮助人类解决一个重要问题：气候变化。

Kelemen 纽约州帕利塞德市 Lamont-Doherty 地球观测站的地质学家，他指出，白色碳酸盐脉是雨水中的二氧化碳 (CO 2 ) 形成的，附着在岩石中的镁和钙原子上。换句话说，这些新矿物捕获的气体与人类燃烧化石燃料时释放的气体相同。正是同样的温室气体使我们的星球变暖。

这些不寻常的岩石分布在阿曼大约马里兰州大小的地区。Kelemen 认为，它们每年自然石化 50,000 至 100,000 吨 CO 2 。与人类每年释放的能量 300 亿吨 CO 2相比，这微不足道。但 Kelemen 和他的同事们相信，这些岩石有朝一日每年可固化多达 10 亿吨 CO 2。散布在世界各地的其他岩层每年可再捕获 100 亿至 200 亿吨 CO 2。“你正在寻找可能对人类全球碳预算产生影响的东西，”他在阿曼的一个下午告诉我。

在阿曼的这些天然泉水中，水从富含溶解钙的地下涌出。它与空气中的CO 2迅速反应生成碳酸钙（方解石）。在很长一段时间内，矿物质会形成美丽的阶梯状梯田，称为石灰华。 D.福克斯

近 20 年来，Kelemen 和他的合作者 Juerg Matter 一直致力于这个想法。Matter 是英国南安普顿大学的地球化学家。2018 年前我在阿曼拜访他们时，他们的团队正忙着在岩石上钻几个洞。他们计划从地下 400 米（1,300 英尺）深处挖出石头。这些核心将帮助他们更好地理解他们希望加速的自然过程。

从空气中去除 CO 2曾经看起来很奇怪。然而，在过去的 20 年中，随着气候变化的紧迫性变得越来越明显，它获得了动力。

许多科学家现在认为，人们不会以足够快的速度减少温室气体的排放，以防止地球升温超过 1.5 摄氏度（2.7 华氏度）。人们认为，这种变暖限制将避免气候变化的最危险影响。这些影响包括失控的海平面上升、亚马逊雨林的消失和频繁的灾难性风暴。

科学家们现在建议人们采用一种称为“负排放”的策略。其中包括每年从空气中吸收数十亿吨 CO 2的大型项目。他们需要使用许多策略，例如重新种植森林。或者给海洋施肥以刺激光合作用促进浮游生物的生长。森林和浮游生物自然会从空气中吸收 CO 2。

几家公司也在建造“直接空气捕获”机器以从空气中提取 CO 2 。然后可以将捕获的气体泵入地下。

自 1980 年代以来，能源公司已将少量 CO 2泵入空的油箱。在那里，气体被困在砂岩等沉积岩层之间。但如果气体泄漏出去，可能会导致问题，Gregory Nemet 警告说。他是威斯康星大学麦迪逊分校的能源科学家。“这不需要太多，”他说道。“如果是 1% 或 2% 的泄漏，那真的会给我们稳定气候的计划带来漏洞。”

但不同的岩石，如阿曼的岩石，可以更永久地捕获 CO 2。它们含有高含量的钙和镁硅酸盐。在这些矿物质中，钙和镁原子与氧和硅原子簇结合，称为二氧化硅。这些矿物在地球表面不常见，但在地下深处的岩石中含量丰富。科学家们怀疑这些矿物会与 CO 2发生反应并将其锁定为碳酸盐矿物。这个想法引诱 Matter 参与其中。他想测试一下。

这些被称为橄榄岩的地幔岩石样本是从阿曼钻孔的不同部分切割下来的。白色斑点显示碳酸盐矿物，它是由岩石中的镁和钙原子锁定在溶解在地下水中的 CO 2分子上形成的。 于尔格物质/大学。南安普敦

2001 年，Matter 在 Lamont-Doherty 工作时刚刚获得博士学位。校园坐落在纽约市附近的一片森林中。这些建筑物矗立在悬崖之上，悬崖落入哈德逊河 100 米（325 英尺）。那些巧克力色的棕色悬崖是由被称为玄武岩的石头制成的。它是由数百万年前从地球深处喷发的熔岩形成的。

玄武岩含有硅酸钙和硅酸镁。聘请 Matter 的地球物理学家 David Goldberg 希望他尝试将 CO 2注入其中。

“每个人都认为我疯了，甚至是愚蠢的，”为了尝试这个，Matter 回忆道。其他科学家也做过实验室实验。他们的数据表明碳酸盐矿物需要数百年才能形成。这对于应对当今的气候变化威胁来说太慢了。

但在 2004 年，Matter 和 Goldberg 还是尝试了。他们在玄武岩中的一口井下注入了 230 米（750 英尺）的水。那水含有几公斤（也许5磅）的CO 2。

每周更新以帮助您在学习环境中使用 面向学生的科学新闻

电子邮件地址* 去

一周后，当 Matter 将水抽回时，CO 2已经消失了。这种气体在水中形成弱酸。酸溶解了岩石中的一些钙和镁硅酸盐。它们与气体反应形成碳酸盐。而这发生的速度比实验室测试快 300 到 3,000 倍。该团队早在 2007 年就发表了其研究结果。

“回想起来，我们所做的事情风险很大，”马特说。它有很大的机会不起作用。“我们只是相信它，”他说。而且，他补充说，“我们真的很幸运。”

随后，Matter 和其他几位科学家开始寻找将 CO 2转化为石头的其他地方——而且规模要大得多。2012年，他们得到了机会。

这个地热发电厂和 Carbfix 站点位于冰岛的 Hengill 火山附近。与热水一起出现的火山 CO 2被注入回玄武岩中，以将 CO 2石化（变成石头）作为碳酸盐矿物。 ÁRNI SÆBERG，CARBFIX

冰岛是北大西洋的一个岛国。那里的雷克雅未克能源公司在该国众多火山之一附近经营着一座地热发电厂。该公司想处理 CO 2。它的工厂使用从地下涌出的热水发电。火山经常喷出 CO 2。当水从地下涌出时，它也将这种气体释放到空气中。

但是有一个明显的解决方案。冰岛几乎完全由玄武岩构成。将 CO 2注入该玄武岩应将其锁定。

2012 年，工人们在发电厂附近的一片草地上钻了一个洞，将 400 米（1,300 英尺）的水注入 下面的玄武岩中。这种水的 CO 2含量是苏打水的六倍。为了防止它在气体逸出时剧烈嘶嘶作响，必须将水保持在高压下。数周后，该团队将 71 公吨（78 美吨）的 CO 2注入岩石中。

与此同时，Sandra Snæbjörnsdóttir (SNY-byorns-DOT-er) 从附近的另一个洞里抽水。她是一名地质学家，正在从事这个名为 Carbfix 的项目。她发现当注入的水中渗入岩石时，CO 2正在消失。“它发生的速度实际上比我们想象的要快，”她说。

如该钻芯所示，在冰岛 Carbfix 注入玄武岩的CO 2迅速凝固成白色碳酸钙矿物。 SANDRA SNÆBJÖRNSDÓTTIR，CARBFIX

超过 95% 的 CO 2在两年内形成了矿物——固体岩石。该团队钻了一个新孔并从注入点附近取回了石芯。灰黑色玄武岩的圆柱体带有白色斑点。这些斑点是由注入的CO 2形成的碳酸盐矿物。这些结果出现 在 2016 年的《科学》杂志上。

该项目现在每年石化 10,000 吨 CO 2。Carbfix 已成为一家独立的公司，并计划扩大其业务。

“实际上，你可以将相当多的 CO 2填充到这些岩石中，”现在为新公司工作的 Snæbjörnsdóttir 说。她估计一立方米的玄武岩（一块洗碗机大小的块）可以吸收超过 100 公斤（220 磅）的 CO 2。玄武岩也位于世界大部分海底之下。并非所有这些岩石都适合石化 CO 2。但其中一些似乎是。Snæbjörnsdóttir 预测 Carbfix 最终会尝试将 CO 2注入冰岛海岸附近的这些海洋玄武岩中。

白色碳酸盐脉在阿曼的地幔岩石露头上纵横交错。 KATIE PRATT，深碳观测站/维基共享资源 ( CC BY-SA 2.5 )

物质监督了最初的 Carbfix 实验。但即使在第一次注射之前，他就已经在寻找更多的地方来固化 CO 2。

2007 年，他和 Kelemen 开始研究阿曼的岩石。这些岩石来自地幔。那是我们星球的中间层。人类从未直接见过它。地幔从海底以下约 10 公里（6 英里）处开始，到达地球 2,900 公里（1,800 英里）处。阿曼岩石是被推到地表的一小块地幔。它发生在数百万年前的一次罕见的地质剧变中。

地幔是熔岩和玄武岩的来源。它的岩石含有比玄武岩更高水平的钙和镁硅酸盐。正因为如此，Matter 和 Kelemen 认为，阿曼的岩石每立方米可能能够比冰岛的岩石捕获更多的 CO 2 。

Al Hajar 山脉表面的地幔岩石与白色碳酸盐脉纵横交错。Matter 和 Kelemen 使用放射性碳测年法表明其中一些静脉的年龄不到 5000 年。这表明这些岩石不仅在200万年前吸收了二氧化碳——它们现在也在这样做。Matter 和 Kelemen 在 2008 年发表了这些发现。

这两位科学家仍然需要更多地了解地表下发生的事情。所以在 2017 年和 2018 年，他们和一大群研究人员在阿曼钻了几个洞来取回石核。2018 年 1 月，当他们在偏远的山谷 Wadi Lawyni (WAH-dee Lah-WAY-nee) 钻探时，我和他们一起度过了一周。

阿曼的 Al Hajar 山脉是一块巨大的岩石板的一部分，它长 500 公里（310 英里），宽 60 公里（37 英里），形成于地幔中。2017 年和 2018 年，研究人员钻了几个孔。他们深入地下 400 米（1,300 英尺）以提取岩芯。科学家们正在研究这些岩石如何自然地吸收 CO 2并将其锁定在固体碳酸盐矿物中。 于尔格物质/大学。南安普敦

傍晚时分，几只骆驼漫步经过，咀嚼着参差不齐的灌木。柴油发动机轰鸣。由该发动机驱动的金属钻杆每秒旋转数千次，切入我们脚下的岩石。

时不时地，戴着安全帽的工人们将发动机怠速运转，发出低沉的咆哮声。然后他们从孔中举起钻头，拆下一根金属管，滑出 3 米（9.8 英尺）厚的取芯岩石。

石柱和棒球棒一样厚。将它们放在桌子上后，Kelemen、Matter 和其他几位科学家对它们进行了检查。

科学家们检查了从阿曼钻孔中取出的岩心部分。中间的白色条纹是碳酸镁的脉络。 D.福克斯

灰色的石头中，白色、黑色、橙黄色和蓝绿色的矿物纵横交错。这些静脉标志着从裂缝中渗出的水和气体与石头发生反应的地方。

氧气与岩石中的铁发生反应——字面意思是“生锈”——形成黄色和橙色的脉络。黑色、蓝色和绿色的静脉通常是一种叫做蛇纹石的矿物。它是在水与硅酸盐反应时形成的。白色的矿脉通常是碳酸盐矿物——尽管并非总是如此。我看着 Elisabetta Mariani 对矿脉进行快速测试以识别矿物。

Mariani 是英国利物浦大学的地质学家。她用打火机在血管上点燃了几秒钟。然后，她手里拿着一个塑料瓶，在上面挤了几滴酸。静脉受热的部分像苏打水一样嘶嘶作响了几秒钟。当它与酸反应时，岩石释放出微小的 CO 2气泡。

“这是菱镁矿，”她说——碳酸镁。

这些碳酸盐岩脉在岩心顶部 15 米（50 英尺）处很丰富。它们通常像手指一样粗。再往下，它们变薄并且变得不那么频繁。在 100 米（330 英尺）以下，没有。

这证实了 Matter 长期以来的怀疑。“所有的 CO 2都在非常浅的部分矿化，”他说。一旦雨水渗入，它可能会在地下呆很多年。但是它的所有CO 2在一开始就被消耗掉了。

Matter 和 Kelemen 现在认为碳酸盐的形成速度可以提高——而且提高很多。有一天，他们设想将 CO 2以雨水自然浓度的 125 倍（约为苏打水的 6 倍）压入水中。然后将这种混合物泵入地下三公里（近两英里）。那里的岩石温度接近 100 C (212 F)。高温和高压会加速将 CO 2转化为石头的化学反应。

这是很多年以后的事了。

碳酸镁（一种称为菱镁矿的矿物）的矿脉通常沿着岩石的天然裂缝形成。这些裂缝为地下水渗入岩石提供了通道。该水从空气中携带溶解的CO 2 。该CO 2的分子将与岩石中的镁原子配对形成固体碳酸盐矿物。这使得静脉可以在地下生长数千年。 D.福克斯

但是第一步已经开始了。2020年底，一家名为44.01的阿曼公司成立。（它以 CO 2分子的平均重量命名。）该公司的目标是在阿曼的地幔岩石中捕获 CO 2。

“我们的目标是达到 1 亿吨，”在 44.01 形成后不久，Talal Hasan 说道。他是公司的创始人。他所说的“十亿吨”是指每年十亿吨。

当然，第一次现场测试非常小。去年 9 月，工人们将大约 240 公斤（530 磅）的 CO 2注入 Wadi Lawyni 的一个钻孔中。一个月后，Matter 从几米外的另一个洞里取出了一些水样。

物质仍在分析那水。但他希望找到证据证明 CO 2和水的混合物正在与岩石发生反应。“这项测试只是为了在现场规模上证明反应足够快，”他说。稍后，更大的测试将观察新形成的碳酸盐是否像预期的那样将岩石撬开。Matter 和 Kelemen 都在为公司提供科学建议。

但他们愿景的长期成功不仅仅取决于科学结果。这也将取决于世界各国政府的决定。

像 44.01 和 Carbfix 这样的公司只能将 CO 2变成石头，前提是有人愿意付钱给他们这样做。

在将 CO 2注入地下之前，首先必须从空气中捕获它。捕获 CO 2的技术并不便宜。尽管如此，Nemet 预测直接空气捕获的成本将随着时间的推移而下降（就像其他技术一样，如风力发电）。

即使有人愿意出钱，将CO 2变成石头也需要大量的工作。Carbfix 和 44.01 等公司可能需要 20 年的时间才能达到每年注入数十亿吨 CO 2的水平。这样做所需的操作将非常庞大。

Kelemen 估计，每年在阿曼捕获 10 亿吨 CO 2可能需要 5,000 口注入井。这些井每年需要将 23 立方公里的水泵入地下。这大约相当于密苏里河年流量的四分之一。因为阿曼是一个沙漠国家，所以这些水必须来自海洋。

每年从空气中收集 10 亿吨 CO 2需要数千台机器，每台机器大约有一辆卡车那么大。它们加在一起每年可以消耗多达 1.3 万亿千瓦时的电力。这是整个德克萨斯州耗电量的三倍。为了避免将更多的 CO 2排放到空气中，这种电力需要来自可再生能源——例如风能或太阳能——而不是化石燃料。

幸运的是，阿曼阳光充足。大约 600 平方公里（230 平方英里）的太阳能集热器可以提供所需的电力。这大约是阿曼国土面积的五分之一。“这并非不可克服，”Ajay Gambhir 说。“但这有点挑战，”这位能源经济学家指出。他在英国伦敦帝国理工学院工作。

到 2050 年，人们每年需要从天空中清除多达 200 亿吨的 CO 2 。这将需要在全球范围内开展 20 个这样的大规模行动——或数百个较小的行动。

Gambhir 将这些技术视为一项重要的“保险政策”。完善它们将需要数年时间。但如果到了 2040 年，CO 2排放量仍然很高，那么到那时开始研究它们就为时已晚，他说。“现在这样做是正确的做法。”

在古代，人类和自然是不平等的关系，人类是弱者，处处受到大自然的限制却无力改变自然。于是人类把大自然视为敌人，战天斗地成为一项难得的品质，愚公精神千百年来受到不断颂扬。

随着工业时代的来临，人类科学技术水平的不断提高，人与自然的关系发生了逆转，人成了强者，而“温和的自然”却成了容易受伤的对象。高度提纯的化学制剂，如杀虫剂、油漆、洗涤剂等对自然环境构成了重大威胁；大规模的能源消耗改变了大气的构成，进而改变了地球气候；卫生条件的改善使人口急剧增加，人类活动大量破坏了地球的森林和湿地资源。于是，“温和的自然”变为“凶恶的自然”，人类施加给它的，它最终都要归还人类。被高度提纯的化学制剂污染了水和土壤的地区，畸形儿和绝症的出现比率大大高于正常；石油资源一旦枯竭，人类的生活质量和社会的正常运转必定遇到问题；气候异常必定带来水灾或干旱，饥荒也将伴随着种种天灾降临人间。“凶恶的自然”将再一次让人类成为弱者，人类和自然的关系又将回到起点。

要想改变这种状况，人类就必须保护“温和的自然”，不让它继续恶化，保护环境就是保护人类自身，这是人类经历工业化，在自信心极端膨胀之后的可贵共识。

世界各国也都意识到这个问题。10年前，178个国家的领导人在巴西城市里约热内卢聚集，共同商讨保护环境的问题。与会领导人计划保护地球环境，减少温室气体排放，促进人类的福利和发展。1997年，160个国家在日本京都签订了旨在减少二氧化碳排放的《京都议定书》。但由于减少排放阻碍经济发展，美国这个二氧化碳头号排放国却拒绝执行。去年，在南非城市约翰内斯堡举行的“地球峰会”上，各国领导人和科学家继续商讨改善环境的计划。

10年过去了，人类在保护环境问题上虽取得了一些进步，但分歧仍然严重。地球现在到底处在怎样的状态呢？我们又应该以怎样的态度去迎接未来呢？

7个可喜进步

环保意识在增强

经过长期的宣传，环保意识已经为很多人和政府所接受，人们开始关心人类活动对大自然的影响，并希望这种影响不会恶化自然环境。政府间开始通过合骼创�砘肪澄侍猓?992年里约热内卢峰会、1997年京都气候会议和去年的约翰内斯堡峰会都体现出了世界环保意识的加强。虽然，美国因为自身利益拒绝执行《京都议定书》，对未来跨国环境合作造成重大损害，但国际环保努力的进程却是不可逆转的潮流。

清洁汽车问世

汽油电动混合型汽车已经问世，并且已经在日本、西欧和美国的道路上行驶，这种汽车可以大大减少二氧化碳的排放量。而美国克罗拉多州的“超级汽车”公司的发明家们正在研制零排放的汽车。其中一种汽车设计是以氢气作为燃料，发明者声称，开这种汽车外出度假可以不带饮用水，因为这种汽车排出的就是100%的纯净水。而电动汽车的前景也十分看好，它很有可能成为下一代个人代步工具。

封杀12个“环境杀手”

2001年在瑞典城市斯德哥尔摩举行的联合国会议上决定在全球范围内限制使用12种碳、氯制剂的化学药品。此举是为了保护空气、水和土壤资源不受污染。会议呼吁限制或完全消除顽固的有机污染物如氯气、DDT农药和PCB农药等等。1987年通过的禁止使用氟里昂(CFC)的协议已经发挥作用，地球臭氧层的破坏速度变缓。

生态旅游的发展

总部设在美国的“国际生态旅游社会”把生态旅游描述为“保护环境和支持当地人民福利的负责任的旅游”。生态旅游和它所产生的利润在世界范围内已经成为支持发展中国家政府财政收入来源的重要渠道，它以每年30%的速度在急速增长。自然环境同文化传统一样成为吸引旅游者的重要动力。但环境主义者仍然担忧，生态旅游市场经济的作用远远大于保护环境的意义。

企业的环保运动

大公司日益意识到，环境保护能够帮助它们吸引更多的客户。施乐公司的“无废物计划”回收了该公司工厂2002年产生的80%的无危害固体废料。它还把6万多吨的已填埋电子废料取出，重新回收利用。施乐公司的这个举动一年可节约数百万美元。施乐公司的这种可持续发展的做法受到环保团体的欢迎。很多大公司也都意识到环保回收的巨大作用，壳牌、IBM这些世界知名大公司都纷纷推出自己的“清洁计划”。

更环保的建筑

环保建筑物最重要的标准就是减少能量消耗。欧洲一些民宅的屋顶开始安装吸收太阳光能量的瓷片，而美国加利福尼亚的“壕沟”公司也开始在办公室的屋顶安装高性能的隔热玻璃。而位于美国马里兰州安纳波利斯市的Chesapeake Bay基金会总部的办公楼的环保设计更是超出一筹，利用特殊贮水装置，办公楼的抽水马桶采用收集的雨水冲洗；使用太阳能电池板来向办公室提供电力供应。相对普通的同样面积的建筑，这栋办公楼只消耗了三分之一的电力和十分之一的纯净水。

酸雨危害的减少

美国和欧洲已经证明了减少的二氧化硫和二氧化氮排放对地球表面环境有相当大的改善。在上个世纪80年代，发达国家开始控制二氧化硫的排放来减少酸雨对环境的巨大危害。它们开始禁止在工厂中使用炭作为燃料，转而使用更加清洁的能源例如天然气和净化炭来发电。汽车也被改造，所用汽油的标号更高，燃烧后二氧化氮的排量大为减少。酸雨在美国和西欧的危害已经大为减轻，以英国为例，酸雨危害在过去15年里减轻了一半。

7个值得忧虑的迹象

地球变暖

科学家已经发出警告，日益增加的温室气体的排放会使气候急剧变化，海平面上升。据美国全国气象局的统计报告，美国2001年11月到2002年1月这3个月的平均气温是自1895年以来最高的。同样，全球范围内这3个月的平均气温也是自1895年以来最高的。气温上升的直接威胁是海平面上升，同时会引发其他的极端气候现象，造成自然灾害。

对石油无节制的需求

地球上有很多河流，但还有一条河流是我们没有意识到的，那就是石油形成的河流。每天石油形成的河流都围绕在我们身边，而这条河流的流量是每秒钟1100立方米。自上个世纪90年代以来，世界石油的消耗量增加了14%，而且还在不停地增加。在每年向大气排出的240亿吨二氧化碳中，有40%来自石油的燃烧。在人类历史上，目前大气中温室气体的含量是42万年来最高的。世界上三分之二的石油储备聚集在中东地区，这也成为该地区政治和经济不稳定的最重要因素。有的时候，人们会认为上天太厚爱中东地区，给它如此集中和富裕的液体黄金，但是石油虽好，却也给该地区带来永不结束的冲突和纷争，在这些石油耗尽之前，这种冲突和纷争似乎没有结束的时候。

逐步消失的湿地

很多人其实不知道湿地的重要性。湿地为鱼类，许多鸟类和两栖类动物提供了栖息场所，成为生态系统里重要的环节。另外，湿地有很强的消化污染物的能力。但是在世界范围内，湿地的面积正在高速缩减。从美国的亚马逊盆地到伊拉克，湿地都逃不过悲剧命运。湿地消失的根源是人类的农业活动、水利活动和其他发展活动。开垦更多的耕地，修建更多的大坝使湿地逐渐消失。科学家们估计，在过去的一个世纪里，湿地面积已经缩减了50%。31年前，132个国家曾在伊朗签定了《保护湿地条约》。但是实际上条约的约束力和作用是相当有限的。

超级大坝不断增加

人们以为修建超级大坝显示了自己改造自然的能力。的确，大坝改造了自然，提供了电力，但也给环境带来很多不利影响。大坝改变了河流的自然流向，改变了洪水自然泻洪的方向。大坝在地面上形成非天然的蓄水库，这样影响了鱼类的自然分布。在1950年，世界范围内的大型大坝大约有5000个，但到了2000年，超级大坝的数量激增到45000个，而且规模不断加大，对自然的改造作用也越来越大。平均来说，每天都有2个高度超过15米的大坝建成，新建大坝基本上都位于发展中国家。有些巨型大坝高度超过180米，宽度超过1500米。修建这样的大坝的代价是惊人的，要淹没大面积的土地，无数物种要另择栖息地。

越来越少的珊瑚礁

在所有的海洋生物中，有四分之一的栖息地是珊瑚礁。但是在过去的50年内，珊瑚礁的数量已经减少了27%。光是在1998年发生的厄尔尼诺现象中，世界珊瑚礁的数量就一下子减少了16%。造成珊瑚礁死亡的最直接原因是海水变暖。当然，海洋中来自太阳的辐射增加和渔民野蛮的捕鱼方式也是珊瑚礁消失的重要原因。

过度捕鱼

人类科学技术使捕鱼速度和数量都超过了海洋的天然补给能力，这样的结果是很多鱼类的数量正在锐减，甚至到了灭绝的边缘。现在每年海洋中鱼类的总量正在以每年1%的速度减少。科学家们提出把特定的海洋区域划为保护区，停止捕鱼，让大自然有时间和机会重新积蓄。但人类似乎不愿意给自然这样的机会。限制捕鱼会直接影响渔民的收入和生活质量。而鱼类市场只讲究价格和利润却从不考虑物种保护。

核废料的处理

2003年全球超过440个商用核反应堆会产生超过11000吨的核废料。如何处置这些核废料给人类提出了难题。首先这些核废料很可能会有泄漏的危险，其次这些核废料很可能被恐怖分子获得，从而用于可怕的目的。美国有超过100个核反应堆，产生的核废料占世界总量的25%左右，而处理核废料的核垃圾场就更多了，共有131个。共有超过一亿人生活在核垃圾堆附近100公里以内的范围内。无论将核废料运到哪里，都不可避免地给当地造成污染。利用核能越多，类似的污染就会越多。在享受核能的超级动力时，人类千万不要忘记核废料的隐忧。

7个震惊的声音

“目前人类对保护地球资源的意识空前地提高，但大规模、大范围破坏野生动植物的栖息地的行为并没有减缓。我对人类在科技上的成绩感到鼓舞，但是，这些科技成果对物种多样性的破坏又使我绝望。”

――――E.O.威尔逊，哈佛大学社会生物学家

“在环境保护方面，对海洋的保护是相对落后的。因为人类一直都认为海洋是这样的巨大而丰富，难以想象人类的活动会对这样的巨人产生怎样的影响。不幸的是，我们已经对海洋造成不可弥补的破坏。”

――――简?卢布彻科，美国俄勒冈大学海洋生态学家

“我们必须承认在过去10年里，人类对大气化学构成的认识进步了很多。现在几乎所有的人都知道‘温室气体’这样的名词，也知道工厂和汽车排放的废气造成地球气候变暖。但是人们对‘温室气体’的其他危害还一无所知，就像10年前一样无知。”

――――雪莉?罗兰，加州大学埃文分校大气化学家

“人类种植农作物的同时也破坏了土壤的表土。大量的表土被刨起，然后随河流被冲到海洋里。在海洋里，农药和杀虫剂不断积聚，对海洋生态造成的危害在逐日增加。解决这个问题的关键是人类要改变种植的农作物的种类，要多种深根植物，这样有利于保持水土。”

――――韦斯?杰克森，农作物遗传学家 “温室气体使大气的温度升高，同时也使海洋的水温升高。一旦海洋的水温升高就是全球性的灾难，因为洋流的运动会使全球各地海洋的水温一样高。”

――――理查德?巴伯，杜克大学海洋地图学家

“合成化学制剂给人类的生活带来方便，但是它们也是干扰荷尔蒙的元凶。合成化学制剂在地球上无处不在，影响了人类和所有野生动物的繁殖和发展。但是没有一个国家能够禁止合成化学制剂在商场里出现，我们还要继续承受它们带来的副作用。”

――――柯尔朋，世界野生动物基金会野生动物与污染物部主任

“在人类对待自然的态度问题上，‘地球峰会’可以说是一次转折点。希望人们能意识到，对物种多样性的保护，对湿地、森林等自然环境的保护将影响未来地球的运作机制。”

――――哈尔?穆尼，斯坦福大学环境生物学家

7个善意的警告

“如果人类持续现在的行为而不做任何改变，那么到21世纪结束的时候，地球上的物种会减少一半。如果这些数据都不能改变人类的行为，还有什么会使人类警醒呢？”

―――E.O.威尔逊，哈佛大学社会生物学家

“当被问到‘你从自然得到什么东西？’时，大多数人的回答是食物、纤维、药物和基因。但是绝大多数人不知道生态系统为我们提供的其他服务。它净化着空气和水源，调节着气候，使贫瘠的土壤肥沃，控制着害虫和病原体。只有当我们失去这些服务时，才会意识到它们的可贵。”

――――简?卢布彻科，美国俄勒冈大学海洋生态学家

“厄尔尼诺现象使人们开始警觉，但是谁也说不清下一次厄尔尼诺什么时候再来。没有人知道，它的恶果是渐变的还是突变的。如果是突变的，那自然就是不准备给人类任何机会了。”

――――雪莉?罗兰，加州大学埃文分校大气化学家

“农业和野生动物的关系已经得到重视，但农业和海洋的关系却还远没有得到足够的重视。以前曾经有人警告过，再不控制农业，野生世界就要完蛋。现在我要警告，如果再不控制农业，海洋就要完蛋。”

――――韦斯?杰克森，农作物遗传学家 “100年前，当飓风袭击人类时，当时的人们只会问政府：‘这到底是怎么回事。’现在政府已经能够预报飓风，了解飓风的力度和方向，为人们尽量减少损失。100年以后我们需要的是政府同样了解其他极端的自然灾难。”

――――理查德?巴伯，杜克大学海洋地图学家

“现在已经有足够的证据证明化学制剂能够进入子宫，影响人类的大脑发育、影响免疫系统的形成和发挥作用。人类需要聪明的后代，也需要明智的政策制订者。”

――――柯尔朋，世界野生动物基金会野生动物与污染物部主任

“历史证明，少数人的意见可以唤醒公众的关注，进而改变社会发展的方向。现在科学家们前所未有地团结在一起，我们将提出更多的、更明确的证据使公众和政策制订者改变想法。”

―――哈尔?穆尼，斯坦福大学环境生物学家

7个生态天堂

Kruger国家公园

位于南非的Kruger国家公园由一望无际的大草原和灌木丛组成，是世界上哺乳动物最集中的地方。Kruger国家公园的历史可以追溯到1898年，当时这里是一个狩猎区，为了狩猎的方便放养了147种野生的哺乳动物，包括猎豹、白犀牛。另外还有超过500种鸟类。后来，处于当时一种相当创新的观念，Kruger被简称国家公园。

Tubbataha礁石国家公园

这是位于太平洋偏远海岸的生态保护区，目的是保护海洋鱼类。Tubbataha礁石国家公园于1988年成立，为了限制当地毫无节制的捕鱼活动。Tubbataha礁石国家公园的面积为330平方公里，有超过450种海洋鱼类安逸地在这里生活。在Tubbataha礁石国家公园中，任何的捕鱼活动都是违法的。可遗憾的是，在世界范围内，这样的海洋保护区实在很少。

Prespa公园

Prespa公园是一个跨国自然保护区，于2000年成立。2000年，阿尔巴尼亚、希腊和马其顿签署协议成立跨三国的自然保护区。Prespa公园保护的主要是区域内的湿地资源，在这里生活着超过160种鸟类，有另外几百种鸟类路过这里，或者会在这里做短暂停留。现在Prespa公园已经成为很多珍稀鸟类最后的乐园。

Bahuaia Sonene国家公园

在秘鲁的Bahuaia Sonene国家公园是世界上最大的森林资源保护区。Bahuaia Sonene国家公园的占地面积是1万平方公里，在这里有着茂密的森林。而在保护区里，所有的破坏行为被严格禁止。另外Bahuaia Sonene国家公园也保护着流过公园的3条河流的水资源，自2000年开始，在这些河流里捕鱼也被禁止。在这个绿色的世界里，生活着超过200种哺乳动物、900种鸟类和1200种蝴蝶。

Nahanni国家公园

在加拿大的西北部，占地4760平方公里的Nahanni国家公园保护着加拿大最崎岖不平、最天然的土地。在Nahanni国家公园里没有一条道路，没有任何人类活动的痕迹。这里有很多自然的奇观，包括天然大峡谷，落差为92米的宏伟大瀑布(这个瀑布的落差比举世闻名的尼亚加拉大瀑布高一倍)。但是加拿大政府禁止将这里天然的美景开发成旅游资源，每年只有大约900个探险者进入Nahanni国家公园。成立于1976年的Nahanni国家公园于1978年被联合国评选为世界自然遗产。这在诸多国家公园和自然保护区中，Nahanni国家公园是惟一的。

皇家Chitwan国家公园

在尼泊尔和印度交界，皇家Chitwan国家公园是南亚地区非常有特色的自然保护区。在这里，鳄鱼自由地游在河里，还有包括孟加拉虎在内的珍稀哺乳动物生活在这里。自1973年成立以来，属于尼泊尔皇家的皇家Chitwan国家公园已经成为当地的一个旅游项目，游客从1973年的每年1000人发展到现在每年超过10万人。不过这对自然保护区不是一件好事，但幸运的是，在这里的哺乳动物的种类和数量都在逐年增加。

Goualougo三角地带

Goualougo三角地带是个商业和自然保护成功结合的保护区。这个非洲著名的森林保护区同样也是大伐木公司表演的舞台。伐木公司向世界证明，他们并不是在所有时候都扮演破坏者的角色，事实上，在Goualougo三角地带，伐木公司获得利益的时候，森林资源的再生也得到了保障。Goualougo三角地带是民主刚果最大的自然保护区，在这里，大猩猩和黑猩猩的密度是世界最高的。