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地球百科:大气甲烷来源及温室效应 精选

已有 6256 次阅读 2023-6-25 10:03 |个人分类:地球科学|系统分类:科研笔记

   大气中的气体包括多种成分,其中包括甲烷(CH4)。甲烷是一种无色、无臭的天然气体,由碳和氢元素组成。它是地球上最简单的烷烃,也是温室气体之一。根据最新的科学研究和监测数据,地球大气中甲烷的含量约为1800至1900ppb。然而,需要指出的是,地球大气中甲烷的含量在过去几十年中一直在增加。自工业化时代以来,人类活动,尤其是化石燃料的开采、生产和使用,以及农业和废弃物管理等活动,导致了大量甲烷的释放。这些人为活动导致的甲烷排放增加是导致大气中甲烷含量上升的主要原因。

 主要来源:

  • 天然气和石油:天然气和石油是主要的甲烷来源之一。甲烷可以通过石油和天然气的开采、生产和运输过程中的泄漏和释放产生。

  • 湿地和沼泽湿地和沼泽是甲烷的重要产生地。在这些湿润环境中,微生物在缺氧条件下分解有机物,产生甲烷。湿地包括河流、湖泊、沼泽地以及沿海湿地等。

  • 农业活动:农业是甲烷的重要来源之一。水稻田是主要的甲烷源之一,水稻生长过程中的微生物降解有机物产生甲烷。此外,牲畜的消化系统中的微生物也会产生甲烷,畜牧业是农业甲烷排放的重要组成部分。

  • 生物消化过程反刍动物,如牛、羊和其他反刍动物,拥有特殊的消化系统,其中的微生物发酵过程会产生甲烷。

  • 生物降解和分解:有机垃圾、堆肥和垃圾填埋场中的有机物在缺氧条件下分解,会产生甲烷。海洋生物:海洋中的浮游植物和浮游动物会释放甲烷。此外,海洋底部的沉积物中的微生物降解有机物也会产生甲烷。

如何判断甲烷的来源?

  大气甲烷的碳同位素值,它的测量通常以δ13C值表示,表示与标准碳同位素比例的偏离程度。地球上不同甲烷来源的碳同位素值可以有所不同。一般而言,甲烷的δ13C值大约在-60‰至-20‰之间变化。不同来源的甲烷具有不同的δ13C值范围,这有助于确定甲烷的来源和过程。例如,湿地产生的甲烷通常具有较低的δ13C值,而与化石燃料相关的甲烷通常具有较高的δ13C值。需要注意的是,这些来源中的甲烷排放量和贡献程度可能因地理位置、气候条件和人类活动而有所不同。

甲烷的温室效应

  甲烷(CH4)和二氧化碳(CO2)都是温室气体,它们对地球的温室效应有不同的贡献。甲烷是比二氧化碳更强效的温室气体。根据国际气候科学家组织的估计,单位质量的甲烷在大约20年的时间尺度上比二氧化碳对温室效应贡献高约28至36倍。然而,甲烷在大气中的寿命相对较短,大约为9至12年,而二氧化碳的寿命则可达数百年以上。尽管甲烷在单位质量上比二氧化碳更强效,但二氧化碳的总排放量远远超过甲烷。全球二氧化碳排放量主要源自燃烧化石燃料和森林砍伐等人类活动,而全球甲烷排放主要来自人类活动(如农业、废物处理)和自然过程(如湿地和天然气释放)。

   因此,尽管甲烷的温室效应较高,二氧化碳仍然是主要的温室气体贡献者。由于二氧化碳在大气中的寿命较长,它的累积效应会持续更久。甲烷的寿命相对较短,其影响主要在排放后的几十年内显现,而二氧化碳则可以在数百年的时间尺度上对气候产生影响。综上所述,甲烷和二氧化碳在温室效应中具有不同的特点。尽管单位质量的甲烷的温室效应比二氧化碳高,但由于二氧化碳的总排放量巨大且持续性较长,二氧化碳仍然是主要的温室气体贡献者。减少二氧化碳和甲烷的排放都是应对气候变化的重要措施。

  尽管甲烷在大气中的浓度相对较低,但由于其较高的吸收和重新辐射红外辐射的能力,这意味着单位质量的甲烷能够引起比单位质量的二氧化碳更强烈的温室效应。由于甲烷的温室效应,其增加会导致地球的能量平衡发生变化,导致全球气候变暖。因此,监测和控制大气中甲烷的含量是应对气候变化的重要任务之一。

图1. 甲烷和二氧化碳温室效应比较

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图2. 大气甲烷循环过程

图片来源:https://fire-drones.com/FireDrones-3.html



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3 苏德辰 崔锦华 李中平

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