前沿观点

双碳科普系列 06 - 碳循环的基本概念与原理

2021-12-30 17:29:29 mana 180

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碳排放的急剧增加,使温室效应持续加强,导致全球平均气温不断攀升。


北极海冰面积减少,使全球气候变化进入正反馈进程,如同推倒了第一张多米诺骨牌,进而引起更加复杂和剧烈的气候变化,引发更加频繁和更具破坏性的自然灾害。


世界各国科学家通过长期的持续观测和探索研究,证实温室气体排放与全球气候变化之间存在直接关系。


根据数据统计,目前全球每年排放的CO2已接近400亿吨,是1950年的7倍左右,其中绝大部分来自化石燃料燃烧。


CO2浓度的急剧增加,使地球系统原有热量平衡被打破,地球气候系统出现了以变暖为主要特征的显著变化。


人类向大气中排放的CO2等温室气体逐年增加,大气的温室效应也随之增强,引发了气候变化并带来一系列严峻挑战。


今天,我们开始第二章节的气候变化与碳排放的科普首先,第六期将讲述碳循环的基本概念与原理。

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06 碳循环的基本概念与原理

1

碳循环的基本概念


自然生态系统的碳循环


自然生态系统的绿色植物

将吸收的CO2通过光合作用

转化为植物体的碳水化合物,

并经过食物链的传递

转化为动物体的碳水化合物。


而植物和动物的呼吸作用

又把摄入体内的一部分碳

转化为CO2释放入大气,

另一部分则构成了生物的有机体,

自身贮存下来;


在动、植物死亡之后,

大部分动、植物的残体

通过微生物的分解作用

又最终以CO2的形式排放到大气中,

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少部分在被微生物分解之前

被沉积物掩埋,

经过漫长的年代转化为

化石燃料(煤、石油、天然气等),

当这些化石燃料风化或作为燃料燃烧时,

其中的碳又转化为CO2排放到大气中。


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大气、海洋、陆地之间的碳循环


大气和海洋、陆地之间也存在着碳循环。

CO2可由大气进入海水,

也可由海水进入大气,

这种碳交换发生在大气和海水的交界处;


大气中的CO2也可以溶解。

在雨水和地下水中成为碳酸,

并通过径流被河流输送到海洋中

这些碳酸盐通过沉积过程

又形成石灰岩、白云石和碳质页岩等;


在化学和物理作用下,

这些岩石风化后所含的碳

又以CO2的形式排放到大气中

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总结一下


碳循环指的是:

大气中的二氧化碳 (CO2

被陆地和海洋中的植物吸收,

然后通过生物或地质过程以及人类活动,

又以二氧化碳的形式返回大气中。

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2

人类排放的温室气体与地球温升

人类排放的温室气体和温升之间的关系非常复杂,特别是温室气体排放量、温室气体浓度和温升之间并不存在一一对应的同步变化关系;

但全球气候变暖的幅度与全球CO2的累积排放量之间存在着近似线性的相关关系全球CO2的累积排放量越大,全球气候变暖的幅度就越高。

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IPCC第五次气候变化评估报告指出:

 如果将工业化以来全球温室气体的累积排放量控制在1万亿吨碳,那么人类有三分之二的可能性能够把全球升温幅度控制在2°C以内 (与1861—1880年相比);


如果把积排放量放宽到1.6万亿吨碳,那么只有三分之一的概率能实现2°C的温控目标。

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如果用一个游泳池里面的水量来代表大气中的CO2含量,用水位高低的变化来代表大气中CO2总量的变化。


那么,在没有人为碳排放的情况下,这个游泳池水位也会发生变化。因为有雨水进入(代表地球自然生态系统排放的CO2) 使水位增加,而水面蒸发 (代表地球自然生态系统吸收的CO2) 又使水位降低。

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如果把大气中十亿吨的CO2 换算成1立方米的水,则大气中所有的CO2就组成了这个面积为25*15平方米、深度为1.57米的游泳池。


在没有人为碳排放的情况下,每年有110立方米的雨水流进了泳池,由于泳池的表面蒸发,每年泳池损失的水量也差不多,因此在自然状态下泳池的水位是基本上保持稳定的(水位在1.57米左右),也就是说,这种稳定状态下的水池并不会引起全球温升。


但是,由于工业化以来产生了人为碳排放,相当于在泳池上面安装了一个“水龙头”,水龙头向游泳池中流人的水量代表人为CO2排放量。

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目前水龙头大约每年向水池中增加10立方米的水,但其中有5.7立方米通过蒸发又流出去了,只有4.3立方米留在了水池中。


这相当于每年的人为排放使水位增加1.1厘米,工业化以来的人为碳排放已经累计使泳池水位增了64厘米,则现在的水位已经达到2.21米。


也就是说,正是1750年以来增加的这64厘米的水位造成了目前全球相比工业化前超过1°C的温升。

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未来如果泳池水位继续升高,全球气温也将继续升高;只有当水位保持稳定的情况下(人为碳排放为净零,即碳中和),全球温升幅度才会稳定在一定的水平上。



持续关注



碳无处不在,

碳循环无时无刻不在进行,

人类活动也持续不断地在排放着CO2


下一期我们将

【看看全球碳排放的现状如何】

欢迎大家持续关注!


以下是双碳知识体系,

请大家拭目以待!

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