自1978年以来,加州大学欧文分校的化学家们一直在从阿拉斯加北部到新西兰南部的40个地点收集空气。科学家们使用气相色谱法测量了我们大气最底层中甲烷(CH4)的含量。虽然甲烷的含量远不及二氧化碳(CO2),但它仍然是第二重要的温室气体,这既是因为大气中每分子CH4捕获的热量是二氧化碳的23倍,而且它还有助于在大气中产生更多的臭氧——另一种温室气体。在长达二十年的测量过程中,甲烷作为我们大气的一种成分经历了两位数的增长,从1978年的1520 ppb(十亿分之)增长到1998年的1767 ppb。但最近的测量表明,甲烷水平几乎不再上升——原因尚不清楚。
化学家伊莎贝尔·辛普森领导了对1998年至2005年样本的研究,发现甲烷水平实际上已经停止上升,在2005年达到1772 ppb。根据发表在11月23日出版的《地球物理研究快报》上的论文,在此期间,有些年份确实出现上升,而有些年份实际上略有下降。通过同时测量乙烷(C2H6)和全氯乙烯或全氯乙烯(C2Cl4)的含量,研究人员确定,在此期间甲烷水平的这些脉冲可能与重大森林火灾有关,例如1997年末至1998年初印度尼西亚的大规模燃烧。“这三种分子都是通过相同的过程——与大气中水形成的羟基自由基的反应而被去除的,”参与这项研究的诺贝尔奖得主化学家弗兰克·舍伍德·罗兰解释说。“甲烷和乙烷都是在生物质燃烧中产生的,而全氯乙烯是一种工业溶剂。如果生物质燃烧是来源,那么全氯乙烯[水平]应该与两种碳氢化合物的表现非常不同,而这正是我们观察到的。”
但这并不能解决大气中甲烷似乎已经达到稳定水平的更大问题。“科学界一致认为,这种停顿是源驱动的,而不是汇驱动的,也就是说,是由甲烷排放量的减少引起的,”辛普森说。“我不认为我们在哪些来源减少了以及减少了多少这个问题上达成了共识。”主要的假设包括:苏联解体,导致俄罗斯和其他前苏联共和国的能源使用量下降;修复油气管道以防止泄漏;煤矿排放量减少;广泛的干旱导致天然湿地的排放量减少;以及水稻产量下降。“过去二十年里,水稻田和牛等主要人为来源的趋势已经大大放缓,”波特兰州立大学的物理学家阿斯拉姆·哈利勒指出。“由于这些——水稻和牛——曾经是重要的来源,它们持续增长的缺乏也会导致大气甲烷停止增长。”
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它也没有预测这种趋势是否会继续。“没有理由相信甲烷水平在未来将保持稳定,”辛普森说。“例如,未来甲烷水平可能会因天然气和能源使用量的增加、气候变化反馈和/或大气中化学去除甲烷的羟基自由基的全球丰度下降而增加。”潜在的灾难性数量的甲烷以所谓的燃烧冰或甲烷水合物的形式被困在北极苔原下的永久冻土中——根据辛普森的说法,仍被困的甲烷高达 10,000,000 太克,而目前大气中只有 5,000 太克。
无论如何,甲烷稳定是个好消息,因为它为我们争取更多的时间来应对气候变化背后的主要罪魁祸首:CO2。“相比之下,2005 年大气中的二氧化碳含量约为 380,000 ppb——因此二氧化碳对逃逸红外辐射的吸收更为重要,”罗兰补充道。“减少甲烷和[氯氟烃]等气体的浓度可以缓解[气候变化]的担忧,但与燃烧煤炭、天然气和石油释放的二氧化碳相比,这些贡献很小。”稳定——并最终消除——这种气体的排放将是避免灾难性气候变化的关键。“从长远来看,二氧化碳排放将决定气候变化的速度和严重程度,”美国国家海洋和大气管理局的艾德·德鲁戈肯基说。“甲烷增长放缓为我们争取了一些时间来寻找减少二氧化碳排放的方法。”