原创《甲烷气候变化引爆器》：此文是一篇气候变化论文范文,为你的毕业论文写作提供有价值的参考。
南极洲的冰盖并不是乍看上去那样单调和静止,它的底部隐藏了为数众多的河流和湖泊,以及丰富的生态系统.在3月15日美国地球物理联合会(AGU)召开的一个南极洲冰下水环境会议上,英国爱丁堡大学地球科学学院的安德鲁·怀特(Andrew Wright)博士公布了最新的测量结果:目前已知的南极洲冰下湖的数量达到386个.这个数字大幅更新了2002年首次提出的77个.
科学家们相信,南极洲冰盖和冰川下的水世界中生活着大批的微生物.他们还推测,这些微生物可能在漫长的时间里制造出了大量的甲烷(CH4),通常情况下甲烷被冰封在那里,但是如果上升的气温使冰川和冰盖融化,甲烷则有可能外泄到大气之中.
甲烷是大气中继水蒸气、二氧化碳之后最为重要的温室气体.一些科学家担心,南极和北极地区冰封的甲烷如果随着全球变暖而被释放出来,将会对气候形成正反馈的循环,进一步加剧全球变暖.
英国布里斯托大学的地球化学家杰玛·沃德姆(Jemma Wadham)的研究小组分别在南极和北极的冰川采了样本,拿到实验室里进行研究.他们发现,冰里面存在高浓度的甲烷,以及大量的产烷生物.在南极的样本中,每克冰里有1000万个产烷生物,在格陵兰的样本中,每克里面有10万个.
他们还将这些产烷生物放在瓶子里培养.南极洲的样本在起初的250天里都没有什么动静,接下来却突然产生了大量的甲烷.格陵兰的产烷生物一直到今年3月15日都没有出现任何释放甲烷的迹象,但沃德姆认为它们也许只是需要更多一点的时间.
在沃德姆等人得到的样本中,产烷生物的含量和深海沉积物中的含量不相上下,生物的种类也和北极地区泥炭和冻土中的产烷生物非常相似.
甲烷的“温室效应”
2008年发表在英国《自然》杂志上的一篇文章曾指出,6.35亿年前,由于甲烷的释放,地球迅速升温,炎热的气候取代了冰河期.论文第一作者、美国加州大学滨河分校教授马丁·肯尼迪(Martin Kennedy)认为,同样的事件可能在今天再次发生,而且变化会来得异常迅速——不是在几千年或几百万年里,而是在短短一个世纪中.
“这是一个重要的忧虑因素,因为也许只要一点点的升温就能让禁锢着的甲烷释放出来.”肯尼迪表示.
根据科学家的估计,湿地、永久冻土,包括北冰洋下的永久冻土里,以甲烷形式存在的碳的量是现在大气中以二氧化碳形式存在的碳的至少两倍.在大气里,甲烷的含量已经是工业革命前的两倍.这种增加中有人类活动的作用,包括能源生产和使用等,但也有大约百分之四十来自于自然界.
甲烷作为一种温室气体的效力是二氧化碳的23-25倍.地球上的甲烷水合物(俗称“可燃冰”)如果在几年中有10%释放到大气中,那么它对地球辐射的影响就相当于二氧化碳增加了十倍.
在联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)的报告中,气温的曲线总是随着二氧化碳的水平平滑上升,这是因为图示是根据线性数学模型做出来的.但是肯尼迪和其他一些地质学家认为甲烷能够在短短几十年里造成非线性的气候变化.
在他对远古气候的研究中,存在于较低纬度的甲烷水合物首先变得不稳定,释放出甲烷气体.这些甲烷气体所造成的升温使得甲烷水合物的去稳定化向着更高的纬度发展,最终成为一种失控的反馈效应传播到全球.
尽管肯尼迪等人研究的是几亿年前发生的情况,但是他们看到今天发生的状况和那时是类似的.在定量评估温室气体排放对气温变化的贡献时,IPCC报告引用了“辐射强迫”的概念,它指的是某种因子造成的太阳辐射的变化.肯尼迪也用这个概念来考察.
“如果我们将二氧化碳水平翻一倍或是翻两倍,会发生什么情况呢?”肯尼迪担心,二氧化碳增加所造成的全球变暖会让储藏在自然界的甲烷在一代人的时间里释放出来.
美国加州大学圣塔芭芭拉分校的地质学和古生物学教授吉姆·肯尼特(Jim Kennett)同意肯尼迪的看法,认为他的思路是正确的.肯尼特甚至认为,如果地球的气候能够在短短几十年里发生巨大的变化,那么甲烷的释放是唯一可能的引爆器.
正在释放的甲烷
“甲烷从永久冻土冒出来是一件正在发生的事情.今天我们面临的挑战是我们无法测量它,所以我们就无挂虑地忽略它.”肯尼迪在2008年说.
现在他所说的无法测量的情况正在发生改变.一些科学家在近些年开展了艰苦的野外测量工作,以期查明自然界中的甲烷究竟在以多大的速度向外释放.
来自美国、俄罗斯和瑞典研究机构的一组科学家从2003年-2008年每年均乘坐俄罗斯的破冰船,到东西伯利亚北极大陆架(ESAS)探测甲烷.他们还在2006年做了一次直升机考察,在2007年冬天做了一次冰面考察.在这些考察中,他们取得了至少5100个海水样本.然后他们在这个基础上分析ESAS甲烷释放的情况.这样的行动艰苦又周期漫长的研究工作被一些科学家称为“灰姑娘科学”.
ESAS由西伯利亚的海岸线向北延伸1000千米,海床中包含了从上一次冰期遗留下来的永久冻土.这里海底的年平均温度为-1.8到1摄氏度,比地面上的永久冻土的年平均温度高出12-17摄氏度.
美国阿拉斯加大学国际北极研究中心的娜塔莉亚·沙克霍娃(Natalia Shakhova)及其合作者经过数年的艰苦探测得出的结果是,ESAS每年以甲烷形式向大气中释放出的碳的量约为8×1012克(8TgC).他们在直升机上的测量结果也在大气中记录到四倍于北极其他地区的甲烷浓度.
“海底甲烷最后也影响大气甲烷的浓度,问题就是人们对甲烷,包括二氧化碳,在大气里面的收支还是了解得很不够,数字不准确.”北京大学物理学院大气科学系教授王绍武评论说,“现在这项研究加了一个甲烷的源,那么以后在计算甲烷收支的时候它是可以纳入考虑的.”
在1月15日的《科学》杂志上,英国爱丁堡大学地球科学学院安东尼·布鲁姆(Anthony Bloom)等人还从另一个角度考察了甲烷的释放情况.他们分析了2003年-2005年的卫星资料,从中寻找湿地释放甲烷的量级和分布.
他们的研究显示,赤道地区的湿地为全球的甲烷释放贡献52%-58%.他们还估计,在2003年到2007年期间,由于中纬度的北极地区的升温,湿地的甲烷排放增加了7%.用另一个数字来说,是每年增加大约6TgC.
“这些变化对于全球甲烷循环来说有多重要?”黑曼在评论中写道,“考虑到全球每年排放的甲烷有大约440TgC,西伯利亚的北冰洋海域和北半球湿地的甲烷排放变化是微不足道的.“但是在持续的变暖之下,这种状况会持续吗?”黑曼继续自问自答,“我们不知道.”
一些科学家和肯尼迪等人持有不同的观点,他们认为甲烷的释放并不是灾难性的.美国芝加哥大学的地球科学教授大卫·阿彻(David Archer)指出,大部分甲烷水合物都深埋在地下和海洋里,那些地方人为造成的升温和甲烷的释放都会是在千年尺度里发生的事情.
他认为甲烷带来的影响是“长期的但并非灾难性的”.他在一篇文章中写道,“从地质的时间尺度来说,可以想象的是甲烷水合物会向大气和海洋中释放的碳和我们化石燃料燃烧所释放的一样多.”
(4月8日《南方周末》,作者为该报记者)
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