“很显然,涌入大气的二氧化碳多得简直难以计算,但无需担心动物会被闷死,无论是现在还是将来。大气随时在被污染,却随时在被净化:二氧化碳中的碳一旦进入大气中就被固定了。植物是负责管理整个自然福利和安全的卫生官员。它以二氧化碳为生,不仅使我们免于窒息造成的死亡,还能制造食物,维持我们的生存。所有腐败物中都含有的大量的二氧化碳,而它正是植物主要的食物。植物有着非常奇特的胃,尤其喜好腐败物。死亡所破坏的东西,植物可以把它重建起来。
“由此可知,我们吸入的空气中也含有二氧化碳。有人可能会认为它在空气中的含量很多,事实并非如此,它的含量很少,不会危及人的生命。我昨天给这个碟子倒了一些石灰水,刚倒出来是澄清的。现在你们看,它的表面结有一层透明的薄膜,如果用一根针尖刺一下,就会立即裂开,就像一块薄冰一样。它到底是什么呢?答案很简单:空气遇到石灰水后,其中的二氧化碳与石灰石化合生成了碳酸钙,这种碳酸钙与白垩粉不同,是一种透明的结晶薄膜。”
朱尔斯说道:“在制作砂浆的时候,我经常见到调制熟石灰的水面上有这种白色的薄膜。我刚开始以为是冰,后来发现它在夏天也不会融化,因此我想它一定是别的什么东西。”
“它就是碳酸钙,跟这个盘子里的一样,是空气中的二氧化碳和溶解在水中的石灰化合而成的。既然我们已经谈到了这个主题,让我们再谈谈建筑的砂浆。你们知道砂浆是如何制作出来的吗?烧石灰的工人先将大量的碎石灰石放在石灰窑内加热至很高的温度,将其中的二氧化碳驱赶出来,最后只剩下石灰。泥水匠把这种石灰用水熟化,然后和沙子混合,这样就制成了砂浆,然后用泥刀涂抹到砖石缝上,增强建筑的稳定性。砂浆刚制成时是柔软的糊状,很容易用来填补缝隙,由于砂浆中的沙粒非常疏松,里面逐渐充满的二氧化碳与石灰化合,形成坚硬牢固的石灰石。一段时间后,砂浆会全部硬化,砖石和砂浆结构就结合成了坚实的整体,如果有人想拆掉石头时,必须先敲碎粘在上面的砂浆。空气中的二氧化碳遇到砂浆中的石灰后,会将石灰还原成石灰石,这样砂浆就被固化了。
“我已经说过,我们周围的空气中就含有二氧化碳:砂浆的固化以及石灰水表面生成的薄膜,就充分说明了这一点。但二氧化碳在空气中的含量并不多,化学家已经通过精密的实验测定,两千升的空气中二氧化碳的含量不会超过一升。当然,我们的实验设备非常寒酸,根本做不了这种实验。那么,持续不断地释放到大气中的巨量的二氧化碳到底到哪里去了呢?我们马上就会看到,是植物吸收了二氧化碳,所以二氧化碳才会消失不见。
“在叶子的表面,有无数多个细孔,称为叶孔。一片叶子的叶孔何止百万,却都密集地分布在很小的面积上,所以叶孔非常微小,只有用显微镜才能看出来。至于它们的自然状态,我无法展示给你们看,只能用这张图来说明。植物便是通过这些小孔来呼吸的,他们吸入的不是纯净的空气,而是对动物有害却对植物有益的二氧化碳。逸散在大气中的二氧化碳,通过这无数的气孔进入植物叶子中,在太阳光的作用下,发生了非常复杂的反应:在太阳光的刺激下,叶子开始工作,夺取了二氧化碳中的碳。换句话说,叶子还原了碳燃烧生成二氧化碳的过程,将二氧化碳重新分解成了碳和氧。
“经过燃烧或氧化的两种物质,要将它们分离开来是非常困难的。如果想要把二氧化碳还原成碳和氧,化学家必须极尽所能,使用最有效的药品、最复杂的方法和最复杂的化学设备。植物则完全不同,仅在太阳光照下就能轻松即时地完成这一分离。
“如果失去了太阳光照,植物就无法利用二氧化碳。它会处于半饥饿状态,极力伸展以获取急需的阳光,然后它的枝干会失去健康的绿色,直至最后死亡。由于缺少光照引起的病态称为黄化或者褪色。在商业蔬菜种植中,这种方法可以使蔬菜变得柔软,口感变得清新。制作沙拉时,人们通常会把植物的茎杆捆在一起,这样中间植物就得不到光照,因此会变白变软。同样,人们通常会给洋蓟和芹菜的茎杆盖上泥土,经过这种遮光处理后,就可以除去它们浓烈的味道。将一块瓦平放在草上,或者将一个花盆倒扣在植物上,过几天后你就会发现,瓦下面的草和花盆下的植物都变成了黄色。
“相反,如果植物接收到了充足的阳光,它就会立即将二氧化碳分解成碳和氧,使碳和氧恢复各自的本性。与碳分离后,氧被还原成可呼吸气体,从叶孔中释放出来,然后与氮混合,再次参与燃烧和呼吸。进入叶子的是致命的二氧化碳,而离开叶子的却是富有生气的氧。氧重新与其他碳化合后,又变成了二氧化碳,进入植物,其中的碳存储在植物的仓库里,氧则再次变成氧,如此不断循环。蜜蜂来往于蜂巢和田野之间,时而带着满载而归的喜悦,时而带着寻找新鲜花蜜的急切,满载花蜜,飞回巢穴。氧好比是蜜蜂,而植物好比是蜂巢:氧从动物的血管、燃料的燃烧或正在腐烂的物质中获取了碳,然后以二氧化碳的形式带回植物的叶孔,植物得到碳后,又释放出了氧,如此循环往复,不休不止。
“至于与氧分离的碳,则会继续留在植物中,参与组成植物的汁液,转化成糖类、树胶、油类、淀粉、木质或其他植物性物质。最后这些物质经过腐蚀作用或动物营养物质中的更缓慢的氧化,其中的碳再次变成二氧化碳,回归到大气中,为另一代的植物提供食物,然后把其中的碳制造成食品,为供动物食用。
“我曾经说过,树桩中的碳,可以制成面包和黄油,橡树中的碳可以制成一块白面包或者其他的食物。今天我们吃的黄油面包,很可能是我们某天在炉子上烧的木柴中的碳构成的。埃米尔,你还记得这些话吗?”
埃米尔回答道:“当然记得。那天你告诉我们,这些东西可以变成我们吃的面包和黄油,对此我感到非常困惑。现在我明白是怎么回事了。木柴在炉子中燃烧后,里面的碳与空气中的氧化合生成了二氧化碳,逸散到了空气中。接着植物吸收了这种气体,接下来发生的事情我们都知道了,碳转化成了小麦颗粒中的面粉,或者可能变成了草,又被牛吃进体内,然后制成了黄油。这样,我们就得了到面包和黄油。而这些来自于木柴中的碳,通过空气的传递,有可能变回木柴,再次在炉子里燃烧,它可能循环了很多次,但到底循环了几次,却是无人知晓。”
“是的,它可能会循环无数次,因为同样的碳可以从大气传递给植物,从植物传递给动物,再从动物传递给大气,如此循环不息。大气是公共的仓库,所有生物都从中获取主要的物质,然后制造出它们需要的各种物质。氧就是这种物质的公共载体。动物从植物或其他动物中获取食物中获取碳,然后与氧化合,生成二氧化碳,释放到空气中。植物吸收了二氧化碳后,将它还原成纯净的氧,利用碳制造出食物,以供人类和动物食用。所以,动物界和植物界是相互依存的,前者制造二氧化碳提供给后者,后者用二氧化碳制造氧和营养物质提供给前者。”
朱尔斯简直被这些奇妙的转化所折服了,便说道:“到现在为止,这是你告诉我们的最奇怪的事。当你告诉我们几个小瓶子使厨师的鼻子变青的故事时,我本来以为这只是一个笑话,做梦也没有想到它竟然如此有趣而又严肃。”
“是的,我告诉你们的故事既有趣又严肃,也许对于你们这样的小伙子太过严肃了。不过植物和动物之间相互依存的关系实在是太美妙了,所以我忍不住要告诉你们这一点。
“现在先撇开这些严肃的话题,让我们来做另外一个实验吧。我们现在要证明,植物的确分解了二氧化碳。最简单的方法是在水下进行操作,这样我们就能观察到释放的气体——也就是氧——然后把它收集起来。普通的水通常溶有少量的二氧化碳,无论是来自于土壤,还是来自于大气。因此,我们无需为浸在水中的植物提供二氧化碳。
“在一个广口玻璃瓶中装满普通的水,然后往里面投几片新摘下来的完整叶子。最好选用水生植物,因为用它能获得更迅速更持久的实验结果。然后把广口瓶倒扣在水盆中,将整个装置放在太阳光下。不一会儿,叶片表面生成了很多小气珠,上升到倒立广口瓶的顶部,然后聚集成气层。它可以使已经熄灭但还留有火星的火柴复燃,因此它就是氧。这说明,叶子分解了溶解在水中的二氧化碳,释放出了氧,并把碳留在了叶子中。
“先把实验装置摆到一旁,我们还可以找到简单的证明方法。去最近的水塘看看,在水塘延伸出来的死水中,可以看到里面生活着很多蝌蚪,无论是躺在水边晒太阳的蝌蚪,还是在较深处游泳的蝌蚪,无不活泼欢快,自由自在。在这个水塘里,还有许多软体动物在缓缓蠕动,小型贝壳类动物在摇尾前行,另外还有包裹在细沙水霉中的幼虫、等待猎物的黑色水蛭和棘鱼(因其脊背上长满漂亮的刺而得名)等。
“这一切生物,无论哪一种,都需要呼吸溶解在水中的氧。如果水塘中没有氧,各种的动物会全部死去。同时还有另外一个威胁:在水塘的底部的黑色淤泥中,聚集着残枝败叶、水生动物的排泄物、各种小型生物的尸体以及其他废弃物等。这些腐败物质随时都在分解释放二氧化碳,这对于刺鱼、蝌蚪以及我们人类都是致命的。那么,水塘中的二氧化碳是如何被消除的呢?这维持动物生命的氧又是从哪里而来的呢?
“正是水生植物担任了这一工作。在太阳光的照射下,水生植物会吸收溶解在水中的二氧化碳,然后释放出氧。腐败物养活了植物,而植物又养活了动物。在各种担任死水卫生工作的植物中,我想说一下丝藻。它是一种柔软的绿色丝状植物,生长在水塘的底部或者其他淡水水体中,就像一条厚实的绒毯,又像漂浮的胶状物。把丝藻放进一瓶水中,暴露在太阳光下一段时间后,你会看到丝藻表面有无数的小气泡。这些气体便是二氧化碳分解得来的氧。陷在粘性丝藻网眼中的气泡越聚越多,最后将植物浮到了水面。
“这个实验不需要特殊的装置。从水生植物上摘一片绿叶,投入装水的玻璃瓶中,把玻璃瓶放到太阳光下,不一会儿,你们就能看见这个制氧的小工厂开始全面运作了。在制氧过程中,如果将玻璃瓶放到阴凉处,它就会立即停止释放氧,但如果重新放回太阳光下,它又会立即产生气泡。由此证明,这奇异的作用必须要有太阳光才能进行。这个实验简直太美妙、太明显了。同时,它也非常简单,我会留给你们自己做的。
“绿色水生植物放在太阳光下可以产生氧。这一事实使你们明白,跟陆生植物对空气的净化作用一样,大型水体中的水生植物也能完成卫生工作。一切生长在静止的淡水中的绿色植物,只要受到太阳光的照射,都会放出氧泡,这氧溶解在水中,赋予水新的生命。因此,在静止的水中,只要有植物,便能保持水体的卫生并产生氧,维持无数水生动物的生命。
“如上所述,你们也许可以学到一些有用的知识。关于如何使鲫鱼在玻璃瓶中存活,你们已经尝试过很多次了,但每次都失败了。如果不及时换水,只要水中的氧被消耗殆尽,鲫鱼就会立即死亡。如果你们想养鲫鱼,往瓶中放一簇丝藻即可。植物和鱼会相互帮助,植物会给鱼提供氧,而鱼会给植物提供二氧化碳,所以即使不换水,两者仍然可以生存。总之,如果你们想让鲫鱼活命,别忘了用水生植物给它们做伴。”