化石源二氧化碳的“自白”
发表日期:2018年11月20日 【字体:
化石源二氧化碳的“自白”

编著:中科院地球环境研究所 熊晓虎     来源:https://mp.weixin.qq.com/s/k6wzijJZVhIo2gBfSa7v0g

我和二氧化碳的区别在哪里?

由于我无色无味,看不见也摸不着,所以很容易被忽略,多数人对我感到很陌生,不知道我与二氧化碳(CO2)的区别何在。其实我就是二氧化碳,之所以贴有“化石源”的标签,只是由于我来自于煤、石油和天然气等化石燃料的燃烧过程。

图1 化石源二氧化碳的主要来源:工业活动和汽车尾气(配图源自互联网)


我凭什么来吸引眼球?

或许有人会说,二氧化碳又不属于大气污染物,多一点少一点对大众生活又没影响。我确实不愿与PM2.5、CO、SO2沆瀣一气,但并不意味着我无足轻重。气候变暖都知道吧,主要原因在于温室效应的增强(参见老庄的气候变暖的前世今生),而二氧化碳是最主要的温室气体之一。大气中二氧化碳的浓度工业革命前约为280ppm(ppm-parts per million,相当于微摩尔每摩尔),目前已超过400ppm(图2),主要是由于人类活动使用大量化石燃料所致(IPCC Fourth Assessment Report)。所以毫不谦虚的说,我是气候变暖的重要推手,当然你们可以说我是罪魁祸首。

图2 1980年以来全球月平均大气CO2浓度变化

(图片源自https://www.esrl.noaa.gov/gmd/ccgg/trends/gl_trend.html)


如何在芸芸众生中找到我?

想通过常规的物理、化学方法逼我现身几乎是不可能的,但我还是有“弱点”。由于我的碳源物质—化石燃料埋藏的实在太久,而14C半衰期只有5730年而已(参阅风锐的自然界的“标准时钟”:碳十四),以至于它们所含的14C衰变殆尽,因此我也没有14C,而自然界大气中的CO2是含有较多14C的,正应了那句老话—没有对比就没有伤害。只要借助高灵敏度的加速器质谱仪(AMS)一下便能把我“拎”出来(Levin et al., 2008;Zhou et al., 2014 )。


我还有什么“本领”?

由于我不含14C,因此我进入到大气中后在导致CO2浓度增加的同时,会导致大气14CO2浓度的降低,即苏斯效应(Suess effect,Suess,1955)。通俗的讲,就是现在的大气CO2与工业革命前相比,14C年龄较“老”。植物在进行光合作用会吸收大气中的CO2,在这过程中我也会化身为植物有机质,结果植物也会“变老”。城市中由于化石源CO2排放强度大,这种情况更加严重,现生植物的14C年龄已经在百年以上!

图3 化石源二氧化碳会使植物“变老”


我最后的一点担忧

科学家们早就意识到如果任由我自由发展,温室效应继续增强的后果将是灾难性的。从1997年的《京东议定书》到2009年的哥本哈根世界气候大会,到2012年多哈世界气候大会,再到2015年巴黎世界气候大会,越来越多的国家加入到碳减排行动中,纷纷做出减排承诺。人们步步紧逼,确实让我感到了丝丝凉意,但减排并非不排,我在大气中的量还是会增加,这只是延缓了我的步伐。当然如果你们完全使用清洁能源(核能、太阳能、风能等)代替化石燃料,那我只能说算你们狠!还好目前这并不现实。其实对我来说最让我担忧的是碳捕集和封存技术(Bruckner et al., 2014),因为这种技术将使我葬身于地底,彻底失去自由…  


参考文献

Bruckner T. Bashmakov I.A. Mulugetta Y. et al. (Eds.), Climate Change 2014: Mitigation of Climate Change. Contribution ofWorking Group III to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge University Press, United Kingdom and New York.

IPCC Fourth Assessment Report:http://www.ipcc.ch/pdf/assessment-report/ar4/syr/ar4_syr_spm.pdf

Levin I, Hammer S, Kromer B, et al. Radiocarbon observations in atmospheric CO2: determining fossil fuel CO2over Europe using Jungfraujoch observations as background[J]. Science of the Total Environment: 2008, 391(2): 211-216.

Suess HE. Radiocarbon concentration in modern wood[J]. Science: 1955, 122(3166): 415-417.

Zhou W, Wu S, Huo W, et al. Tracing fossil fuel CO2 using Δ14C in Xi’an City, China[J]. Atmospheric Environment: 2014, 94: 538-545.

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