温室气体成因、来源及对环境的影响

2019-10-03

    在应对全球变暖和气候变化的斗争背后,是我们大气中温室气体的增加。温室气体是大气中任何能够吸收红外线辐射的气体化合物,从而捕获并保持大气中的热量。通过增加大气中的热量,温室气体负责温室效应,最终导致全球变暖。

    01 太阳辐射与“温室效应”

    其实,全球变暖在科学上并不是一个新概念。早在一个多世纪前,诺贝尔奖获得者、著名物理化学家斯万特·阿雷尼乌斯(Svante Arrhenius)在1896年就提出了这种现象的基本原理。他的论文发表在“哲学杂志”和“科学杂志”上,首次量化了二氧化碳对科学家现在所称的“温室效应”的贡献。

    温室效应的产生,是因为太阳用大量的辐射轰击地球,这些辐射以可见光、紫外线、红外线和其他肉眼看不见的辐射形式撞击地球大气层。撞击地球的辐射大约有30%被云层、冰和其他反光表面反射回太空。剩下的70%则被海洋、陆地和大气吸收。

    当海洋、陆地和大气吸收辐射和升温时,它们也以红外热辐射的形式释放热量,这些热量会从大气中进入太空。据美国国家航空航天局称,吸收和流出辐射之间的平衡,使地球的整体平均温度保持在大约15摄氏度。

    这种使地球变暖的传入和传出辐射交换被称为温室效应,因为温室的工作原理与此大致相同。入射的紫外线很容易穿过温室的玻璃墙,被室内的植物和坚硬的表面吸收。然而,较弱的红外辐射则很难通过玻璃墙传递出去,并被困在里面,使温室变暖。

    02 温室气体如何影响全球变暖

    大气中吸收辐射的气体被称为“温室气体”(有时缩写为GHG),因为它们在很大程度上是温室效应的罪魁祸首,而温室效应又是导致全球变暖的主要原因之一。根据美国环境保护署(EPA)的数据,最主要的温室气体是水蒸气(H2O)、二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)和一氧化二氮(N2O)。虽然氧气(O2)是地球大气中含量第二丰富的气体,但O2并不吸收热红外辐射。

    尽管,有些人认为全球变暖是一个自然过程,温室气体一直存在,但近年来大气中的温室气体数量急剧增加。在工业革命之前,大气中CO2一直在冰河时期的180 ppm与间冰期暖期的280 ppm之间波动。 然而,根据美国国家海洋和大气管理局(NOAA)的数据,自工业革命以来,二氧化碳的增长速度是上一次冰河时代结束时的100倍。

    氟化气体,也就是添加了氟元素的气体(包括氢氟碳化物、全氟碳化物和六氟化硫),是在工业生产过程中产生的,也被认为是温室气体。虽然,它们的浓度非常低,但它们能更有效地捕捉热量,使它们成为“全球变暖潜力”(GWP)很高的气体。

    氯氟烃(CFCs)曾被用广泛作制冷剂和气溶胶推进剂,也是温室气体,直到它们被国际协议淘汰。

    有三个因素关乎温室气体对全球变暖的影响程度:

    1. 它在大气中含量的丰富度。

    2. 它在大气中停留的时间。

    3. 它的全球变暖潜力。

    温室气体中,二氧化碳对全球变暖有重大影响,部分原因是它在大气中含量丰富。根据美国环保署的数据,2016年,美国温室气体排放总量为65.11亿吨二氧化碳当量,相当于所有人为温室气体的81%,比前一年下降了2.5%。此外,二氧化碳会在大气中停留数千年。

    然而,根据美国环境保护署的数据,甲烷吸收辐射的效率是二氧化碳的21倍,这使得甲烷的全球变暖指数更高,尽管它在大气中的停留时间只有10年左右。

    03 温室气体的来源

    一些温室气体,如甲烷,是通过农业生产,包括畜禽粪便产生的。其他的,如二氧化碳,主要是由呼吸等自然过程和煤、石油和天然气等化石燃料的燃烧造成的。

    根据研究,二氧化碳释放的第二个原因是森林砍伐。当树木被砍伐用来生产商品或取暖时,它们会释放出通常为光合作用而储存的碳。根据2010年全球森林资源评估,这一过程每年会向大气排放近10亿吨碳。

    根据美国环保署的说法,林业和其他土地利用方式可以抵消部分温室气体排放。

    植树造林工作绝对有助于减少大气中二氧化碳的积累,因为树木生长可以通过光合作用吸收二氧化碳。然而,森林并不能储存我们通过燃烧化石燃料排放到大气中的所有二氧化碳,因此,减少化石燃料排放仍然是必要的,以避免在大气中不断积累。

    在世界范围内,温室气体的排放是一个令人严重关切的问题。根据数据统计,从工业革命开始到2009年,大气中的二氧化碳含量增加了近38%,甲烷含量增加了148%,其中大部分是在过去50年里增加的。根据世界气象组织(World Meteorological Organization)的数据,由于全球变暖,2016年是有记录以来最热的一年,2018年是第四热的一年,有记录以来最热的20年都在1998年之后。

    科学家们不无担忧的表示,我们观察到的气候变暖影响了大气环流,从而影响了全球的降雨模式。这将给全球人民带来巨大的环境变化和挑战。

    04 我们地球的未来

    如果,目前的趋势继续下去,科学家、政府官员和越来越多的公民担心,全球变暖的最坏影响:极端天气、海平面上升、动植物灭绝、海洋酸化、气候的重大变化和前所未有的社会动荡 —— 将不可避免!

    为了解决温室气体造成的全球变暖问题,根据《联合国气候变化框架公约》(UNFCCC), 2016年4月,来自73个国家的代表签署了《巴黎协定》,这是一项通过投资于一个可持续、低碳的未来,来应对气候变化的国际公约。美国是2016年同意该协议的国家之一,遗憾的是,2017年6月开始它退出了巴黎协议。

    根据美国环保署(EPA)的数据,2016年温室气体排放量比2005年减少了12%,其部分原因是由煤炭转向天然气导致化石燃料燃烧大幅减少。那些年冬天的温暖气候,也减少了许多家庭和企业增加供暖的需求。

    不管怎样,世界各地的研究人员将继续致力于寻找降低温室气体排放并减轻其影响的方法。科学家们正在研究的一种可能的解决方案是,从大气中吸收二氧化碳,并将其无限期地埋在地下。

    科学技术纵然能缓解一定的气候变化危机,但最根本的办法还是尽量减少碳排放,从根本上使温度变化降到最低。然而,时不我待,挽救行动的窗口正在迅速关闭中。


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