大氣甲烷的神秘穩定可能為阻止全球變暖的競賽爭取時間

自1978年以來,加州大學歐文分校的化學家們一直在從阿拉斯加北部到紐西蘭南部的40個地點收集空氣。科學家們使用氣相色譜法測量了我們大氣最底層中甲烷(CH4)的含量。雖然甲烷的含量遠不及二氧化碳(CO2),但它仍然是第二重要的溫室氣體,這既是因為大氣中每分子CH4捕獲的熱量是二氧化碳的23倍,而且它還有助於在大氣中產生更多的臭氧——另一種溫室氣體。在長達二十年的測量過程中,甲烷作為我們大氣的一種成分經歷了兩位數的增長,從1978年的1520 ppb(十億分之)增長到1998年的1767 ppb。但最近的測量表明,甲烷水平幾乎不再上升——原因尚不清楚。

化學家伊莎貝爾·辛普森領導了對1998年至2005年樣本的研究,發現甲烷水平實際上已經停止上升,在2005年達到1772 ppb。根據發表在11月23日出版的《地球物理研究快報》上的論文,在此期間,有些年份確實出現上升,而有些年份實際上略有下降。透過同時測量乙烷(C2H6)和全氯乙烯或全氯乙烯(C2Cl4)的含量,研究人員確定,在此期間甲烷水平的這些脈衝可能與重大森林火災有關,例如1997年末至1998年初印度尼西亞的大規模燃燒。“這三種分子都是透過相同的過程——與大氣中水形成的羥基自由基的反應而被去除的,”參與這項研究的諾貝爾獎得主化學家弗蘭克·舍伍德·羅蘭解釋說。“甲烷和乙烷都是在生物質燃燒中產生的,而全氯乙烯是一種工業溶劑。如果生物質燃燒是來源,那麼全氯乙烯[水平]應該與兩種碳氫化合物的表現非常不同,而這正是我們觀察到的。”

但這並不能解決大氣中甲烷似乎已經達到穩定水平的更大問題。“科學界一致認為,這種停頓是源驅動的,而不是匯驅動的,也就是說,是由甲烷排放量的減少引起的,”辛普森說。“我不認為我們在哪些來源減少了以及減少了多少這個問題上達成了共識。”主要的假設包括:蘇聯解體,導致俄羅斯和其他前蘇聯共和國的能源使用量下降;修復油氣管道以防止洩漏;煤礦排放量減少;廣泛的乾旱導致天然溼地的排放量減少;以及水稻產量下降。“過去二十年裡,水稻田和牛等主要人為來源的趨勢已經大大放緩,”波特蘭州立大學的物理學家阿斯拉姆·哈利勒指出。“由於這些——水稻和牛——曾經是重要的來源,它們持續增長的缺乏也會導致大氣甲烷停止增長。”


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它也沒有預測這種趨勢是否會繼續。“沒有理由相信甲烷水平在未來將保持穩定,”辛普森說。“例如,未來甲烷水平可能會因天然氣和能源使用量的增加、氣候變化反饋和/或大氣中化學去除甲烷的羥基自由基的全球丰度下降而增加。”潛在的災難性數量的甲烷以所謂的燃燒冰或甲烷水合物的形式被困在北極苔原下的永久凍土中——根據辛普森的說法,仍被困的甲烷高達 10,000,000 太克,而目前大氣中只有 5,000 太克。

無論如何,甲烷穩定是個好訊息,因為它為我們爭取更多的時間來應對氣候變化背後的主要罪魁禍首:CO2。“相比之下,2005 年大氣中的二氧化碳含量約為 380,000 ppb——因此二氧化碳對逃逸紅外輻射的吸收更為重要,”羅蘭補充道。“減少甲烷和[氯氟烴]等氣體的濃度可以緩解[氣候變化]的擔憂,但與燃燒煤炭、天然氣和石油釋放的二氧化碳相比,這些貢獻很小。”穩定——並最終消除——這種氣體的排放將是避免災難性氣候變化的關鍵。“從長遠來看,二氧化碳排放將決定氣候變化的速度和嚴重程度,”美國國家海洋和大氣管理局的艾德·德魯戈肯基說。“甲烷增長放緩為我們爭取了一些時間來尋找減少二氧化碳排放的方法。”

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