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地球通过海洋、植物和土壤等自然系统吸收过量的二氧化碳，锁住一些燃烧化石燃料排放的温室气体。事实上，每年这些自然“汇”吸收的排放量越来越大，但是由于人类活动向大气中倾倒的二氧化碳和其他温室气体越来越多，根据新的研究，被重新吸收的比例开始减少。
随着为制定一项开始减少人为温室气体排放的全球条约的努力正在进行，对排放物的精确和准确测量，以及它们的来源和汇越来越重要。新技术以及新的科学努力正在为该项目做出贡献——尽管最近NASA的轨道碳观测站的损失造成了挫折。
首先，根据全球碳项目（GCP）于11月17日在《自然地球科学》上在线发布的一份新报告，全球温室气体排放量持续增长。（《大众科学》是自然出版集团的一部分。）从2000年到2008年，此类排放量跃升了29%，尽管爆发了经济大萧条，但在2008年仍然设法上升了2%（尽管预计今年将回落到2007年的水平），据英国东英吉利大学的海洋学家科琳·勒奎雷说。事实上，目前全球因燃烧化石燃料和森林砍伐而产生的排放量约为每年370亿公吨二氧化碳，比1990年高出约41%。
勒奎雷和她的同事的研究也暗示，大气中残留的二氧化碳比例也可能在上升——从1959年的40%左右上升到2008年的45%左右。这相当于每年大约140亿公吨二氧化碳，或大气浓度每年增加1.8ppm。
造成这种上升的部分原因可能是由于世界海洋吸收的二氧化碳量减少，特别是南极洲周围的南大洋，其寒冷的水域去年吸收了海洋固存的近90亿公吨二氧化碳的40%。重建追溯到1765年的记录，哥伦比亚大学拉蒙特-多尔蒂地球观测站的海洋学家萨玛尔·哈蒂瓦拉和他的同事估计，根据11月19日发表在《自然》杂志上的一篇新论文，在21世纪的头几年，海洋吸收的化石燃料排放比例已经下降了5%。
这可能表明，自然海洋汇——其二氧化碳吸收量在20世纪50年代有所增加——无法应对人类活动产生的日益增长的温室气体排放。“你放入的二氧化碳越多，海洋的酸化程度就越高，降低了其容纳二氧化碳的能力，”哈蒂瓦拉在一份声明中说。海水的平均pH值——酸度的衡量标准——已从19世纪的约8.2降至8.1。
这在一定程度上被陆地汇吸收的约40亿公吨二氧化碳的明显增加所平衡，这可能是由于二氧化碳被生长中的植物利用。但另一方面，研究人员对陆地吸收碳的估计是值得怀疑的，因为它基于海洋没有吸收或仍然存在于大气中的碳量。
这种估计在气候研究中很普遍，也许最好的例子是国家排放清单，这些清单通常基于排放因子——例如，燃烧特定类型的煤产生的二氧化碳量的数学公式。简单地将此类煤的消耗量乘以这些因子，是美国和其他国家估计它们对该问题贡献的温室气体负荷的主要方式。
“与高精度校准设备相比，这些排放量估计不是很准确，”Picarro首席执行官迈克尔·沃尔克说。Picarro是一家总部位于加利福尼亚州的二氧化碳排放量测量设备制造商。“今天，没有哪个国家使用科学仪器来监测和校准政策的影响，”即使是拥有温室气体排放交易计划的欧盟也是如此。
美国使用类似的技术来精确监测酸雨造成的二氧化硫或烟雾形成的氮氧化物的排放，作为其这些污染物交易计划的一部分。世界气象组织已选择采用Picarro的“腔衰荡光谱”技术——一种类似计算机的设备，用于测量同位素，以确定温室气体的数量和来源（无论是人为的还是自然的）——以确保其全球测量是准确的。
这些设备依赖于这样一个事实，即由于植物优先吸收较轻的版本，即碳12，从化石燃料消耗产生的二氧化碳中，一种称为碳13的同位素比其他形式的二氧化碳少。通过测量这个比率，科学家们或许能够更准确地确定人类对气候变暖气体贡献的比例。
但是，此类同位素仍然存在许多变异性；例如，这些同位素的比率仅在天然气中就可能发生显著变化，从而可能使此类测量产生争议。而英国布里斯托大学的地球科学家沃尔夫冈·克诺尔在11月7日出版的《地球物理研究快报》上发表的一篇论文认为，在过去150年里，海洋对二氧化碳的吸收根本没有放缓，这使得自然系统有可能补偿人类的排放。
最终，最重要的是海洋和其他自然汇能够缓冲人类燃烧化石燃料的贡献多少。勒奎雷说，如果温室气体排放量继续按照目前的轨迹发展，到本世纪末，全球平均气温可能会升高6摄氏度。
正如国家海洋和大气管理局太平洋海洋环境实验室的海洋学家理查德·费利（GCP的贡献者）指出的那样：“我们担心，如果自然汇无法跟上二氧化碳排放量的增加，那么全球变暖的物理和生物影响将在下个世纪加速。”