2009年12月30日 星期三

勝天?由氮說起

聖經有個巴別塔的故事。話說巴比倫人好大喜功,打算建築一座巴別塔與天比高;神不喜愛他們自大狂妄,便運用神力使他們操不同語言,「雞同鴨講」的巴比倫人溝通不成,各散東西,塔也就建不成了。故事的教訓:我們應該敬畏神,永不要挑戰祂的無上權威。至少基督徒如是說。

我,卻有另一番解讀。我懷疑,神只是在試探巴比倫人的決心。你看哥本哈根氣候峰會那些即時傳譯,便知語言根本不是什麼障礙。巴比倫人因為言語互異而四散,與其說是上天的懲罰,不如說他們沒有建塔的決心,遭遇少許波折便輕言放棄。這樣看來,那 193 個國家願意在哥本哈根熬至最後一刻,對解決氣候暖化的承擔,比巴比倫人建巴別塔好了一大截。此外,以神的胸襟,看見自己的創造能夠有日超越自己,這種青出於藍的喜悅,不是遠勝至高無上的寂寞嗎?我認為,巴別塔半途「峻工」,神應該感到萬分失望。

數千年後的今天,由於言語不通而作罷的事例,我再沒聽聞。人類也再不會興建巴別塔這類「大白象」,我們嘗試以更實際的手段去主宰自然,在這過程中,我們靜悄悄地「超越」了大自然而不自知,本文將會談及一個例子。

氮是生命的要素,是 DNA 和很多蛋白質的主要成份之一。大氣層接近八成是氮氣,然而大部份生物都不能直接從大氣中汲取,氮氣必須經過「固氮」(nitrogen fixation)的過程方能被吸收。氮氣是 N2,是兩粒緊扣的氮原子,「固氮」過程就是要分開這兩粒氮原子,再接上氧或氫,即最終產物是「氮-氧」或者「氮-氫」。這個過程可視為把大氣中不能直接吸收的氮氣「固定」在另一可供吸收的狀態,遂名「固氮」。自然界中,某些細菌和海藻擁有固氮的機能,另外還有些專門固氮的微生物與大豆(soybean)和榿木(alder)共生,生於其根部。

十九世紀中期,科學家發現氮對農作物的重要性。十九世紀末,歐洲有人意識到,若果找不到足夠的氮資源,便不可能種植充足的糧食支持人口的不斷增長,幸好後來在一些太平洋島嶼和南美發現大量鳥糞,成為當時肥料的重要來源。1913 年,發明了 Haber-Bosch process 人工固氮,把氮氣轉化為阿摩尼亞(NH3),從此想製多少肥料便有多少肥料,想製多少炸藥便有多少炸藥,「氮危機」從此不再。此後全球人口快速增長,或多或少與糧食供應充足有關。今日,世上超過一半食物都是來自 Haber-Bosch process 生產的氮肥料。

從前人類倚靠微生物天然固氮和動物糞便獲得氮源,Haber-Bosch process 發明後人工固氮大行其道;二十世紀後期,以人工方法「固定」的氮氣經己超過所有陸上生態系統天然固氮的份量,這便是人類靜悄悄超越大自然的例子,沒有壯麗的景觀,沒有紀念的時刻,沒有故意的規劃,只有填飽一個又一個的肚子。上世紀五、六十年代的綠色革命使全球糧食產量急增,新品種的稻米和小麥固然應記一功,Haber-Bosch process 所製的氮肥料也功不可沒。

氮肥料的廣泛使用也有其害處,例如增加土壤的酸性,減少生物的多樣性等,氮肥料流失至河水更會造成污染,不但導致有毒海藻滋生,還會影響健康。不說不知,原來肥料中所含的氮,只有大約 10% 會進入我們的身體,其餘的去了哪裡?讓我們看看整個流程。假設化工廠剛剛製成一堆肥料,內含 100 粒氮,真正落田的只有 94 粒,因為小部份會在運送和儲存中途流失掉。落田的 94 粒之中,只有一半被農作物吸收,其餘的可能被水沖走,也可能化成 NH3、NO 或 N2O 等氣體揮發掉。47 粒被吸收的氮,農作物生長時流失少許,收割時又流失少許,最終只有 31 粒被收割。收割後,食物可能腐爛,製作過程中又會消耗少許,食客更會浪費不少,最後進入體內的只有 14 粒氮;這是假設你吃植物。吃肉的話,收割的那 31 粒氮會首先用來餵飼禽畜,再如以上東減減西減減,進入人體內的氮只有 4 粒。換句話說,如果你吃素,86% 的氮在進食前經已流失掉;如果你吃肉,這比例更會高至 96%。我們吃氮,想不到竟是如此低效率。

以上只說固氮及其對農業的重要,但地球的「氮循環」還有另一方面,就是那些氧化氮氣體如 NO、N2O 和 NO2 等。人類廣泛使用化石燃料之前,這些氣體的來源主要是閃電。化石燃料普及之後,人類活動當然成為氧化氮的主要來源了。燃燒化石燃料會產生氧化氮,一來是因為燃燒過程令空氣中的氧和氮給合,二來是因為燃料中含有氮的原故。告訴大家一件比較少為人知的事,一般以為只有那些含有 Chlorine 或 Bromine 的氣體才會侵蝕臭氧層,其實 NO 和 NO2 也有相同效果。事實上,由於蒙特利爾協定成功控制 CFC 等氣體的排放,氧化氮現已成為侵蝕臭氧層的氣體之中排放量最高的。

我們雖然沒有再建巴別塔,但從我們靜悄悄超越大自然的例子和主宰天地萬物的程度來看,「人定勝天」似是不爭的事實。然而,勝天帶來的後果,我們能否完滿解決?我們需要戰勝或超越的,是「天」還是「天性」?

(2009 年 12 月 30 日 信報副刊)

本文主要資料來源:
Ambio Vol. 31 No. 2, March 2002
James N. Galloway and Ellis B. Cowling
Reactive Nitrogen and The World: 200 Years of Change

1 則留言:

  1. 現在最易稀缺的已經變成磷礦了。

    理論上當然是以植物固氮比較無污染,不過恐怕趕不上生產需要。也許還是用水耕之類的方法把農作物關起來養比較方便。

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