可怕的温室气体：甲烷去哪了？

        吉林大学：杨学祥，杨冬红

      财联社（上海，编辑阿乐）讯，联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）周一（8月9日）对日益加深的气候紧急情况发出了有史以来最严厉的警告，并预测未来几十年全球所有地区的气候变化将加剧。

      这份报告警告称，“如果不立即、迅速和大规模地减少温室气体排放，将全球平均气温较前工业化时期上升幅度控制在1.5°C至2°C之内（《巴黎协定》）的目标将无法实现。”

      IPCC报告明确指出，不仅仅是温度问题，气候变化正在给全球不同地区带来不同的变化。这些变化包括更剧烈的降雨和洪水、更剧烈的干旱、沿海地区持续的海平面上升、永久的冻土融化、海洋酸化等等。

      甲烷是最重要的温室气体。

      甲烷从哪来？

      最常见的温室气体是二氧化碳，但最危险的却是甲烷气体，它保留许多热量。科学家发现，近年来它的浓度在显着增加。

      据网上数据，甲烷的主要来源是农业、供暖系统和石油生产。根据研究人员的计算，地球上每头牛每天向空气中释放多达500升的甲烷——这种气体存在于它们的消化系统中。甲烷也被积极地用作各种熔炉的燃料。最后，甲烷是溶解在石油中的气体之一——提取“黑金”也会释放出大量的温室气体。

      全球碳项目团队研究了从2000年至2017年的甲烷排放量——在这段时间里，他们获得了最完整的数据。事实证明，在二十一世纪初，每年约有3.24亿吨甲烷排放到大气中。2017年，排放到空气中的二氧化碳数量显着增加——平均而言，人类产生了约3.64亿吨甲烷。根据科学家们的计算，在过去20年间，甲烷排放量增加了12%。最危险的来源是农场、垃圾填埋场和矿物燃料的开采。

       大多数甲烷产自于非洲、中东、南亚和大洋洲。据报道，近年来，这些地区向大气排放的甲烷量增加了100-150万吨。当然，随着时间的推移，甲烷的排放量将继续增加，那么地表的气温也将上升得更快。

       可燃冰（Methane ice，也称作甲烷水合物、甲烷冰、甲烷气水包合物或天然气水合物）是由天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状的结晶物质，分布于深海沉积物或陆域的永久冻土中。因其外观像冰一样而且遇火即可燃烧，所以被称作“可燃冰”（Combustible ice）或者“固体瓦斯”“汽冰”。它是一种燃烧值高、清洁无污染的新型能源，分布广泛而且储量巨大。

       天然气水合物在自然界广泛分布在大陆永久冻土、岛屿的斜坡地带、活动和被动大陆边缘的隆起处、极地大陆架以及海洋和一些内陆湖的深水环境。在标准状况下，一单位体积的天然气水合物分解最多可产生164单位体积的甲烷气体。

       世界上海底天然气水合物已发现的主要分布区是大西洋海域的墨西哥湾、加勒比海、南美东部陆缘、非洲西部陆缘和美国东海岸外的布莱克海台等，西太平洋海域的白令海、鄂霍茨克海、千岛海沟、冲绳海槽、日本海、四国海槽、中国南海海槽、苏拉威西海和新西兰北部海域等，东太平洋海域的中美洲海槽、加利福尼亚滨外和秘鲁海槽等，印度洋的阿曼海湾，南极的罗斯海和威德尔海，北极的巴伦支海和波弗特海，以及大陆内的黑海与里海等。

       在地球上大约有27%的陆地是可以形成天然气水合物的潜在地区，而在世界大洋水域中约有90%的面积也属这样的潜在区域。已发现的天然气水合物主要存在于北极地区的永久冻土区和世界范围内的海底、陆坡、陆基及海沟中。由于采用的标准不同，不同机构对全世界天然气水合物储量的估计值差别很大。

       天然气水合物在给人类带来新的能源前景的同时，对人类生存环境也提出了严峻的挑战。天然气水合物中的甲烷，其温室效应为CO₂的20倍，而全球海底天然气水合物中的甲烷总量约为地球大气中甲烷总量的3000倍，若有不慎，让海底天然气水合物中的甲烷气逃逸到大气中去，将产生无法想象的后果。

       全球变暖，极地冻土融化，将面临甲烷大量释放的风险。即使我们控制了CO₂的人为排放，我们能控制天然气水合物的开采、使用和自然排放吗？

       甲烷去哪了？

       无论是二氧化碳还是甲烷，都在大气圈、海洋圈和岩石圈之间不断循环。集中在大气圈的温室气体，通过循环可以转移到海洋圈和岩石圈，也可以从海洋圈和岩石圈转移到大气圈。

       路径之一：海底藏冷效应

      赤道热两极冷是太阳能量纬度不均匀分布造成的。由于大气热容量低，大气热对流不能改变这一基本规律。海水则不同，其热容量大，热对流的传热效果十分显著。计算表明，每立方米的水和空气温度降低一度所释放的能量分别为4180000焦尔和1290焦尔，前者是后者的3240倍。这个巨大差别可从海洋性气候和大陆性气候的比较中看到。瓦伦西亚岛和赤塔同在北纬52度附近，前者位于爱尔兰的大西洋岸，属于海洋性气候，后者位于亚洲大陆内部，属于大陆性气候。虽然纬度相近，但温差在一年内的分布相差悬殊。一年内最冷和最热月份温度的差值，在瓦伦西亚只有7.9度，在赤塔则为46.1度，大于前者5.5倍之多。前者年均温度为摄氏10.3度，后者为零下3度，差值为13.3度。这说明海洋的内能多于大陆，海洋是大气热量的重要供应者。

　　海水因为含有平均约3.5%的盐分，所以它的最大密度约出现在摄氏负2度左右，恰好与海水开始结冰的温度很接近。两极临近结冰的海水密度最大，源源不断地沉入两极海底，自转离心力使较重的海水向赤道海底运动，形成全球巨厚的海底冷水层。由于太阳辐射不能进入这个领域，“冷”被安全地封存在海底，冷水领域还不断扩大。赤道海水表层热水在上、冷水在下，垂直方向只有热传导、没有热对流。随着海洋冷水区的不断扩大和赤道海洋表层热水区的不断缩小，赤道和两极的温差也不断加大，形成中、高纬度地区的冰盖和冰川。我们称这个过程为海底藏冷效应。它是海气相互作用的典型范例，大气中的“冷能”由此而进入海洋。冰雪反射太阳辐射，随着冰雪面积的不断扩大，地表接受到的太阳能量越来越少，使大气和海洋越来越冷，冰期有一个长期的“冷积累”过程。

       温室气体在海水溶解度随温度降低而升高，冷水在沉入海底时携带大量温室气体，在低温高压下形成干冰和甲烷冰。

       路径之二：海洋锅炉效应

      由于内核相对地壳地幔的差异旋转，太阳辐射达到最大值时使核幔角动量交换达到高峰，部分旋转动能转变为热能积累在核幔边界赤道区（此处核幔速度差最大，积累的热能最多）。超级热幔柱（羽）由核幔边界赤道热区升起，在海底赤道区喷发，加热了底层海水，并引发赤道和两极之间的海洋整体热循环，降低了赤道和两极大气的温差，使两极的海温和气温逐渐上升到冰点以上，消除了海洋藏冷效应的“冷源”，形成全球无冰温暖气候，产生晚白垩纪赤道海洋表层低温之谜（当时温度为摄氏21度，比现代低6.5度）。我们称这个过程为海洋锅炉效应。

      有证据表明，随着热幔柱喷发强度的减弱，近一亿年间海洋底层水冷却了摄氏15度，大气冷却了10~15度。这是典型的地、海、气相互作用。计算表明，一亿二千万年前形成翁通爪哇海台的海底热幔柱喷发，其释放的热量可使全球海水温度增高33度，喷发过程经历了几百万年时间。

      有证据表明,在古新世末不到6000年的时间内大洋底层水增温4度以上。海底火山活动引发的深海热对流在全球气候变化中的作用不容忽视[2-8]。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-736985.html

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-521283.html

       海洋锅炉效应加热了海底冷水，形成全球海洋热循环，将温室气体释放到大气圈。这一方式包括二氧化碳和甲烷。事实上，煤炭自燃，沼气释放，冻土融化，可燃冰自燃等自然排放的温室气体不可避免。

 图1 海底藏冷效应和海洋锅炉效应

      地球气候存在不可否认的自然循环：海底藏冷效应——温室气体贮存在海洋中和岩石中——冰期形成——海平面下降海洋地壳上升导致海底张裂地震和火山活动——海底火山喷发造成海洋锅炉效应——海洋温室气体释放到大气——全球变暖导致的冰盖融化和海平面上升——地壳均衡导致挤压地震发生——降水增大形成酸雨使海洋酸度增大——在大陆地表和海洋底层增大二氧化碳形成碳酸盐的机会——温室气体浓度降低导致气候变冷。

相关报道

联合国发出最严厉气候变化警告：这是全人类的红色警报”

2021-08-09 18:28:18　来源: 财联社举报

      财联社（上海，编辑阿乐）讯，联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）周一（8月9日）对日益加深的气候紧急情况发出了有史以来最严厉的警告，并预测未来几十年全球所有地区的气候变化将加剧。

      这份报告警告称，“如果不立即、迅速和大规模地减少温室气体排放，将全球平均气温较前工业化时期上升幅度控制在1.5°C至2°C之内（《巴黎协定》）的目标将无法实现。”

      1.5°C的门槛是一个关键的全球目标，因为超过这个水平，就可能到达所谓的气候“临界点” （Tipping point）。20年前，IPCC提出了气候“临界点”的概念，即全球或区域气候从一种稳定状态到另外一种稳定状态的关键门槛，临界点事件可能是不可逆的。

      模型显示，如果气温升高1.5°C，格陵兰冰盖就会消失。

      报告还说，全球变暖2°C的情况下，极端高温往往会达到农业和健康的关键容忍阈值。

      IPCC的最新研究结果于上周五得到195个成员国的批准，为全球领导人在11月初的第26届联合国气候变化大会（COP26）之前提供了一份现代气候科学的“黄金标准”总结。这是IPCC在当前评估周期下发布的四份报告中的第一份，后续报告定于明年发布。

      联合国秘书长古特雷斯说：“今天IPCC公布的第一份报告对全人类来说是一个‘红色警报’。警钟震耳欲聋，证据无可辩驳。”他补充称，“化石燃料和砍伐森林产生的温室气体排放正在扼杀我们的星球，并使数十亿人面临直接风险。”

       报告具体表达了什么

       IPCC的气候科学家说，显而易见的是，人类的影响已经使全球气候系统变暖，气候变化已经影响到地球上的每个地区。

       报告显示，自工业化（1850年-1900年）以来，人类活动产生的温室气体排放造成了大约1.1°C的变暖，并发现未来20年的平均温度预计将达到或超过1.5°C。IPCC称，将温度升幅维持在1.5°C以内对人类和自然生态系统都有明显好处。

       IPCC报告明确指出，不仅仅是温度问题，气候变化正在给全球不同地区带来不同的变化。这些变化包括更剧烈的降雨和洪水、更剧烈的干旱、沿海地区持续的海平面上升、永久的冻土融化、海洋酸化等等。

       最近，全世界已经发生了一系列令人匪夷所思的极端天气事件：洪水在各地造成了严重的破坏，有毒的烟尘笼罩了西伯利亚，森林火灾在美国、加拿大、希腊和土耳其失去了控制。

       报告说，持续的、强有力的减排措施能限制气候变化，改善空气质量等好处将很快出现。不过，看到全球气温稳定可能还需要20至30年。即使全球领导人承认向低碳社会过渡的必要性，世界对化石燃料的依赖性预计会变得更加严重。

       IPCC之前已经指出，摆脱化石燃料的必要转型是一项宏大的事业，需要在社会的各个方面进行“快速、深远和前所未有的变革”。

      比较悲观的是，联合国今年早些时候发表的分析报告发现，为遏制温室气体排放，世界各国所做的承诺与的措施相比仍然“非常遥远”。

https://www.163.com/dy/article/GGVRLRGM05198CJN.html?f=post2020_dy_recommends