碳排放具体排放哪些物质?
碳排放具体排放哪些物质?中国政府规定的碳排放物有七种,2020年12月31日发布的《碳排放权交易管理办法(试行)》第八章第四十二条中对温室气体和碳排放有解释。
一、概念定义
温室气体的规定如下:指大气中吸收和重新放出红外辐射的自然和人为的气态成分,包含二氧化碳,甲烷,氧化亚氮,氢氟碳化物,全氟化碳,六氟化硫,三氟化氮。
碳排放是指煤炭,石油,天然气等化石能源燃烧活动和工业生产过程以及土地利用变化与林业等活动产生的温室气体排放,也包含因使用外购的电力和热力等所导致的温室气体排放。
大气中的温室气体包含水蒸气,二氧化碳,甲烷,氧化亚氮,臭氧,一氧化碳,以及氯氟氢,氟化物,溴化物,醛类和各种氮氧化物,硫化物等极微量气体。
二、气体循环方式
1.水蒸气的循环
水蒸气在大气中会凝结和沉降,通常在大气中停留的时间是十天左右,通过人为方式进入大气中的水蒸气比自然蒸发的少的多,因此,水蒸气对长期的地球温室效应是没有显著影响的。
这也就是对流层水汽(通常低于10公里高度)不被认为是造成辐射强迫的主要原因。
在平流层(大气层10公里以上的部分),人为排放对水汽确实有显著影响,平流程水汽对全球变暖的贡献,都要比来自甲烷或二氧化碳的小得多,因此,一般人为水蒸气是一种反馈介质,而不是引发全球气候变化的因素。
2.二氧化碳的循环
地球上的碳循环主要表现在自然生态系统的绿色植物从空气中吸收二氧化碳,经过光合作用转化为碳水化合物并释放出氧气,同时又经过生物地球化学循环过程转化为碳水化合物并释放到大气中。
自然界当中的绿色植物吸收二氧化碳通过光合作用转化为植物体的碳水化合物,经过食物链后转化为动物体的碳水化合物,而通过呼吸作用又将摄入的一部分碳转化为二氧化碳排放至大气中,另一部分则构成了生物的有机体,自身贮存了下来,在动植物死亡之后,残体通过微生物的分解作用又最终释放到大气中,少部分在微生物分解之前被掩埋,经过漫长的年代转化为化石燃料,化石燃料燃烧后,又将碳转化为二氧化碳排放到大气中。
三、温室气体作用原理
《自然》杂志七月发表文章称:在全球超过98%的地区,最近一个世纪的气候变化现象是过去两千年以来无与伦比的,而今年夏天的气温更是创下了本世纪来的新高。世界气象组织证实,全球刚刚度过了有历史记录以来最热的6月。科学家们纷纷将矛头指向了工业革命以来世界各国向地球大气层超量排放的温室气体,其中就包括二氧化碳。
我们的地球总体上维持着能量的平衡,这是指任一时刻地球从太阳接收到的能量与地球向太空中散发的所有能量互相抵消。但从整个地球历史的角度看,地球从太阳接收的能量在缓慢增加,这是因为太阳比它诞生的时候更亮更热,有更多的光子携带着能量辐射地球。
学过物理的朋友应该能回忆起热传递的三种方式:辐射、对流、传导。
太阳通过阳光辐射方式将能量输送到地球;其中一部分能量直接辐射到地面,另一部分用来加热地球的大气,还有一些被反射到太空;太阳的热能在地面会发生热传导,大气的导热性能很差,它是流动的,所以大气会发生热对流,它使我们感到有风。同样,地面也同时向外辐射热能,一部分热能用于加热空气,推动大气对流,一部分在大气与地面之间循环。最终,地面的热能被带到高空,重新辐射到太空中去。
在大气层的顶部,来自太阳的入射能量与来自地球的输出能量平衡
在大气层的顶部,来自太阳对地球的入射能量与来自地球向太空的输出能量是总体平衡的,都是100。但在大气层下方,能量交换的总值要高于太阳输入值,它的平衡点是145,这意味着地面比大气层上方的能量更高。为什么出现这种情况?
这是地球大气层被加热,热的空气保留住了一部分能量,这部分热能在大气层内部循环,就像是在温室里一样,这些被加热的空气我们称之为温室气体。
温室气体是怎样影响地球温度的?你能想象一个没有温室气体的地球将是什么样子吗?
如果没有温室气体,我们地球的平均温度将是零下19℃,而不是今天14℃的平均值。这意味着地球整个儿被冰雪覆盖,成为一颗毫无生气的大雪球。
温室气体就像是一张厚厚的、无形的大被子,使地球保持了合适的温度,万物的生长全都得益于温室气体的保温作用。无论是太阳辐射到地球的光线,还是地球向外辐射的红外线,它们都会照射这些气体分子,使它们振动、发热,同时将大部分热能辐射回地面。
二氧化碳造成的温室效应
你可能会问了,干燥的空气中绝大多数是氮气和氧气,其中氮气占78.084%,氧气占20.947%,就连稀有气体氩也占到了0.934%,为什么它们不是温室气体,偏偏大气含量仅有0.035%的二氧化碳能被加热、成为主要的温室气体呢?
四、为什么会产生温室效应?
其实地球的温室气体一直处于一种动态平衡的过程,2020年12月2日,日内瓦(MWO)气候变化大会继续召开,2020年成为有气温纪录以来最暖的三个年份之一。
根据WMO“2020全球气候状况”临时报告,2020年海洋热量处在创纪录的水平上,全球80%以上的海洋都在某个时期经历了海洋热浪。对已因吸收二氧化碳而遭受的酸性水域的海洋生态系统产生了广泛影响。
根据荷兰环境评估署2020年发布的数据,自2010年以来,全球温室气体排放总量平均每年增长1.4%,2019年创下历史新高,不包含土地利用变化的排放总量达到524亿吨二氧化碳当量(二氧化碳当量指的是将其他五种温室气体转化为二氧化碳的排放量,主要是为了方便表述和计算)。
2020年温室气体排放量必然比工业前(1850-1900年)水平高出1.2℃。
全世界数百名科学家在世界各地的数十个野外观测站和实验室里,共同解决碳排放中具有挑战性的问题。他们对动态的深部碳循环的研究可以归结为3 个问题:到底有多少碳进入深部?碳在深部会发生什么变化?又有多少碳返回地表?
碳的平衡
人类生活改变全球碳循环的方式目前备受关注。数十亿年来,地球似乎在向深部俯冲的碳和火山释放的碳之间找到了一种平衡,这种平衡有助于稳定气候和环境。但是这种持续不断的碳循环的稳定性究竟如何?进入地球深部的总碳量,包括封存于岩石中的、埋藏在沉积物里的、俯冲进入地幔的,这部分碳与通过火山和其他较为温和的方式返回地表的总碳量是否完全相等,大自然并未做出规定。但对于深碳观测计划来说,没有什么比二者的平衡更重要了。
地球的碳循环是平衡的吗?玛丽·埃德蒙兹的研究显示,很多俯冲带将大量碳埋在了地球深部。相反,特里·普兰克认为通过俯冲作用来封存碳极其困难,这不是一种普遍的规则。那么到底哪个理论是正确的呢?
2015 年,两位极具远见卓识的深碳观测计划领导人——哥伦比亚大学的彼得·凯莱门(Peter Kelemen)和加州大学洛杉矶分校的克雷格·曼宁(Craig Manning),试图用一张简洁的深部碳循环图表来总结所有数据,类似教科书中的碳循环图表。这张精致的图表上有6 个红色箭头,每个箭头都代表了地表和深部之间的一处重要的碳通量,每个箭头旁都有一个或多个小方框,上面记录着以兆吨(megaton,百万吨)为单位的每年的碳通量。该插图在深碳观测计划的数百场研讨会和讲座中出现过,它已经成为一个标志,表明我们对地球上的碳还有
需要强调的是,没有任何一个箭头或它们对应的方框是受到严格约束的。凯莱门和曼宁估计,山脊和海洋岛屿火山每年的碳排放量为8 兆-42 兆吨,弧火山每年的碳排放量为18 兆-43 兆吨。对于快速返回地壳和空气当中的俯冲碳,最低估计值为每年14 兆吨,最高估计值可达前者的5 倍。最令人警醒的是,计算分析显示,从地表到深部的净碳通量最高达52兆吨,而最低为0!
我们观测到了一些表明地球碳平衡可能在发生变化的迹象。我们的星球已经冷却了超过40 亿年,曾经在深部高温环境下分解的碳酸盐矿物,或许现在可以在现代较冷的条件下继续向下俯冲到更深的位置。时间也改变了这种固有的平衡,地球不断“学习”新技巧,将碳封存在黑色页岩、富含贝壳的石灰岩、煤和浮游生物遗骸沉积形成的软泥中。随着气候变化和海洋化学性质的改变,碳运动的机制和速率也随之发生变化。
或许是一个幸运的巧合,在地球历史的大部分时间里,通过俯冲进入深部的总碳量与通过火山喷发和其他作用释放的总碳量基本平衡。因此,当厚厚的海藻垫和茂密的热带森林在为生命找寻碳时,能够获得充足的碳来滋养生命。
尽管关于碳平衡的研究尚没有定论,也还有很多工作有待完成,但一些科学家已得出了一个重要推论,即碳平衡可能已经发生了变化。归因于能够形成碳酸盐的浮游生物,海洋沉积物中封存的碳比以前的大多数时代都多。其中一些碳可能已经开始了进入深地幔的漫长旅程。由于地球在过去40 多亿年里一直在冷却,俯冲下去的碳酸盐并不容易分解成能够通过火山喷发返回地表的二氧化碳——下去的不一定会上来。尽管具体数字尚不确定,但大多数计算结果表明,表层碳被掩埋的速度可能越来越快,生命所需的碳在短短几亿年内就会耗尽。不过也不要为此而失眠,因为这只是地质尺度上的缓慢变化。显而易见的是,地球碳循环在持续不断地变化,将继续让人惊讶。
这并不是说我们可以忽略对碳的担忧。假如你真的会因为不断变化的碳循环而失眠,那么先不要把注意力放在地球上,多看看我们自己。