人類碳排放的驚人規模

本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定反映《大眾科學》的觀點

天體生物學中的一個主要問題是，我們將如何測量和解讀我們在系外行星中發現的任何地球類似世界的 атмосферное состав. 我們幾乎瞭解技術要求：大型望遠鏡、出色的光譜儀器、合適的附近行星目標以及大量的耐心。但解讀部分在很大程度上是未知的領域。

我們當然可以對假設的大氣化學成分進行大量建模——包括氣候模擬、光化學甚至生物圈的抽象模型。訣竅在於理清所有這些三維、晝夜、季節和化學變化。有時存在顯著的“退化”，即類似的天文衍生資料（如穿過行星大氣層的星光光譜）會在截然不同的物理環境下呈現出來。例如，氧氣可以由生命產生，但也可能由非生物大氣化學產生。

二氧化碳是另一種棘手的化合物。例如，行星可以透過火山向大氣中注入二氧化碳。它也可能在這種氣體中表現出強烈的季節性變化。地球和火星都這樣做，但原因卻大相徑庭。在地球上，是生物圈驅動了二氧化碳濃度的年度振盪。在火星上，是極地地區的二氧化碳融化和凍結導致其大氣密度在一年內發生變化。

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但是，在過去的兩百年裡，地球的溫室氣體濃度也一直在穩步增加。這幾乎完全歸因於化石燃料的燃燒（我們可以透過這些燃料中碳的同位素混合物來判斷）。

我們都讀過報告，或者看過媒體討論。但要掌握我們人類所取得成就的巨大規模可能有點困難。我們已經跨越了大氣二氧化碳百萬分之 400 的嚴厲警告（這是數千萬年前最後一次看到的水平）聽起來可能很糟糕，但要真正理解正在發生的事情需要一點智力上的想象力。

讓我們嘗試一下。

當前資料（從大氣直接測量到工業歷史記錄）告訴我們，在 1751 年至 1987 年間，化石燃料向大氣中排放了約 7370 億噸二氧化碳。僅在 1987 年至 2014 年間，質量就相同：7430 億噸。過去 263 年工業化人類產生的二氧化碳總量：14800 億噸。

現在，讓我們將其與更容易形象化的事物聯絡起來。針葉林火災每英畝可釋放約 4.81 噸碳。在低端，約 80% 的碳以二氧化碳的形式釋放出來。換句話說，要釋放與過去 263 年人類活動相當的二氧化碳質量，需要每年燃燒約 15 億英畝的森林。

那是每年燃燒 600 萬平方公里的森林，持續兩個多世紀。那是一個大約 2450 公里 x 2450 公里，或大約 1500 英里 x 1500 英里的正方形區域。 這就是它的樣子

但這只是平均輸出，分佈在 263 年中。 估計今天的二氧化碳產量高達每年約 400 億噸。 這需要每年燃燒大約 100 億英畝的森林，大約是 4200 萬平方公里。 整個非洲大陸只有 3000 萬平方公里。 因此，這個面積再加上三分之一，每年都在燃燒

現在是重點。 如果這真的發生了，如果每年都有比非洲大 30% 的大陸森林面積被燒燬，我們可能會有點擔心。 是的，4200 萬平方公里的熊熊大火除了汽車尾氣或發電廠排放的物質之外，還有一些額外的、直接的危害。 是的，排放的二氧化碳總量並不反映一年內吸收的二氧化碳總量或淨增加量。 但是，我們難道不會對全球系統的影響感到有點擔心嗎？

現在，讓我們花點時間再做一個思想實驗。 你是一位長壽的、正在萌芽的天體生物學家，住在 比鄰星 b 行星上。 您剛剛花費了數百個比鄰星 b 年，使用該世界最大的太空望遠鏡來獲取距離約 4 光年的一顆有趣行星的光譜。 這顆行星上的一些未知過程似乎正在持續向其大氣中新增二氧化碳。 季節來了又去，但行星的成分在您的有生之年正在發生變化。

您的結論？ 如果那個世界上存在生命，那麼某種潛在的災難性事件正在發生。