米田(如印度)的甲烷排放近年来上升。

米田(如印度)的甲烷排放近年来上升。Arun Sankar / AFP / Getty Images

温室气体谜语

导致近期甲烷排放的兴起是什么?

2007年以来甲烷排放量快速增加的原因令科学家困惑。但新的研究发现了甲烷浪涌的一些令人惊讶的罪魁祸首,并表明化石燃料源在比以前估计的时间内发挥了更大的作用。

牛的胃,稻田的发酵,为天然气,煤矿,盘子,燃烧的森林 - 他们都生产甲烷,二氧化碳后的第二个最重要的温室气体。但是多少?我们如何最好地削减这些排放量?并使煎饼煎炸地球,或者是牛排放更多的责任吗?

到目前为止,世界没有对这些问题的最终答案。但最近几个月,研究人员认为他们终于开始破解问题 - 而结果令人惊讶。

在过去的250年里,大气中甲烷的量增加了一倍多。它一直负责大约五分之一的全球变暖。但它有一个令人困惑的历史。20世纪90年代排放稳步上升。在2007年之前,排放差不多十年,但后来突然恢复了他们的崛起。

发生了什么?在美国和其他地方的自然气体频繁归咎于排放量恢复上升。但新的研究正在提高关于这一点的严重问题。

研究人员现在说,至少在全球范围内,近年来鱼类数量的增加是由于湿地、稻田和反刍动物内脏中的微生物活动。位于科罗拉多州博尔德的美国国家海洋和大气管理局(NOAA)的斯特凡·施维茨克(Stefan Schwietzke)说:“尽管天然气产量大幅增加,工业排放却没有上升的趋势。其中一个新研究

“自2007年以来,大气甲烷一直在迅速上升,”伦敦大学皇家霍洛伊的Euan Nisbet注意。但他说他的研究表明了增加是微生物排放的主导,特别是从热带地区。

然而,这很难免除天然气水力压裂法的罪责。事实证明,天然气和其他化石燃料一直是甲烷排放的主要来源,比该行业在提交给各国政府和联合国的文件中所宣称的要大。这些公司可能不是故意撒谎;但新的研究证明,他们肯定是完全错误的。

新数据来自于两种解开甲烷谜题的方法的结合。首先是空气中甲烷同位素分析的新数据库。这一分析可以区分甲烷的来源有三大类:生活在缺氧环境(如湿地、垃圾填埋场)中的微生物的产出,以及反刍动物的胃和臀部;天然气、煤炭和其他地下燃料储量在开采过程中释放的甲烷化石;以及焚烧植被,如森林、灌木和农作物残留物。

通过组合研究方法,先前的甲烷来源模糊图像变得显着更清楚。

每一种来源的甲烷分子都具有两种碳同位素的特征比值,即碳12和碳13。微生物对同位素进行了分馏,与化石甲烷相比,增加了碳-12的比例。然而,燃烧树木或作物残留物产生的甲烷含有更高比例的碳-13,因为光合作用更青睐这种同位素。

其次,通过卫星对空气中甲烷浓度的观测,研究人员可以准确地确定世界上哪些地区的甲烷排放正在增加。随着这两种方法的结合,先前模糊的甲烷源图像变得清晰得多。

最详细的同位素分析本月早些时候发表于Noaa的Schwietzke在杂志自然。他在过去的三十年里开展了全球同位素测量数据库,并分析了趋势。两个令人惊讶的发现从施韦茨克的研究中出现。首先,最近的甲烷浪涌进入大气层是由于不上升的化石燃料排放,而是对微生物来源的意外激增。其次,化石燃料来源是 - 并且已经至少几十年来 - 几乎是以前的估计数量的两倍,而微生物来源较少约为一季度。

微生物甲烷仍然占大多数排放的账户,每年总计近4亿吨,但化石燃料排放比以前认为更重要,约2亿吨。

甲烷仅在大气中持续约12年,远低于二氧化碳;但是在那里,它包装了一个拳。在一个世纪中测量,一个甲烷分子大致超过CO 2的30倍。

最新甲烷研究的调查结果让科学家感到惊讶。但他们被其他最近的研究备份。

在施韦茨克发表的另一篇论文之前不到两周,尼斯比特结合了一组更小的同位素数据,并对近期甲烷排放的地理来源进行了详细分析。他来到一个类似的结论。“我们的结果违背了传统思维,但分析显然指出了微生物来源的排放量,”他说。

这些趋势很重要吗?

超过两年多,甲烷排放的上升导致大气中气体浓度稳定增加。事实上,虽然二氧化碳浓度迄今为止,但由于初步工业期限,甲烷水平仅为一倍多,甲烷水平增加,从700百左右上升至近1,800ppb。

但在20世纪90年代,排放量增长放缓,然后在1997年出现了短暂的增长,那一年,大型厄尔尼诺现象Niño引发了森林燃烧导致的排放量激增,然后在1999年至2006年完全停止。在科学家们弄清楚为什么海平面上升结束之前,它又开始上升了。现在,他们终于赶上了形势的发展。

显示全球甲烷排放来源的图表。

显示全球甲烷排放来源的图表。Noaa.

今年早些时候,新西兰国家水和大气研究所的Hinrich Schaefer发表了一项研究,利用同位素数据得出结论,甲烷排放量十年来停滞不前的原因是从苏联分手的后果1991年。

苏联煤气生产长期以来一直被怀疑是极其泄漏,因为差的生产技术差和从其长管道的巨额泄漏,从西伯利亚田地携带大量天然气到欧洲。苏联的崩溃均减少生产并带来西方技术,有助于削减泄漏。现在很明显,2007年后排放量的恢复是通过甲烷的微生物激增涌动的结果。来自Nisbet和其他人的地理数据表明新排放的主要区域是热带地区。那么发生了什么兴奋的微生物呢?

一些研究人员责备农民。Schaefer辩称,2006年后大部分后,中国,印度和东南亚发出的甲烷排放量增加。在这些生长和浓密的国家,只有小区域的自然生态系统,似乎淹没了洪水稻田的产量和越来越多的牲畜是可能的罪魁祸首。

但Nisbet认为天气,以提高天然湿地和洪水稻稻田的微生物活动,更有可能责备。他说,自2007年以来,温度上升和降雨变化为微生物甲烷生产的理想条件。例如,大雨的许多湿地已经扩大了。他说热带潮湿的雨量较长,最温暖的2014年,这恰逢甲烷排放的最大浪涌。他承认,它可能并不是在热带地区发生。在夏季的特殊温暖条件下,2007年北极排放中存在着北极排放的当地尖峰,在此期间甲烷可能已从熔化永久冻土中释放出来。但他的分析表明,随后几年没有重复飙升。

无论如何,源是北极还是热带地区,NISBET都警告说,气候变化开始加速将甲烷释放到大气中的过程,可能引发令人不安的积极反馈,这有可能产生进一步变暖的令人痛苦的积极反馈更多的甲烷,更加变暖。他呼吁过去十年的温暖和潮湿的条件,以及对热带地区的甲烷生产的明显影响,“一个更严重的气候变化的令人不安的刺客”。

我们从哪里开始?既然世界上有一个战略 - 去年12月在巴黎同意的战略 - 为了打击二氧化碳排放,它需要类似的气候敌人第2号:甲烷的计划。巴黎协议保持变暖“远低于两度C“如果没有它,将无法进度。

那么,如果微生物排放是导致最近排放量上升的原因,那么我们可以做些什么来减少它们呢?农业或许能帮上忙。研究表明,减少稻田淹水时间可以在不牺牲生产力的情况下减少甲烷排放,动物饲养者正在努力做到这一点生产的牛用肠道产生更少的甲烷。

五分之一的天然气井占甲烷向大气排放的四分之三以上。

但化石燃料行业可能面临更大的压力,需要采取行动。业内人士当然会指出,新的证据表明,尤其是天然气生产商在增加产量的同时,也在减少排放。施维茨克估计,1985年,每单位生产的天然气产量可能占总甲烷排放量的8%左右,但这个数字,包括水力压裂法,现在可能只占2%。

发现该行业已经系统地低估了几十年来对气候变化的贡献 - 以及提交联合国气候谈判者的国家甲烷库存是明白的 - 必然会增加行动压力。并且有充分的理由。

在奥斯汀德克萨斯大学的大卫艾伦在奥斯汀大学的两年前仍然可以实现多少,他在奥斯汀获得了不寻常的访问,以评估他们的泄漏来自的地方。他发现“一小部分天然气井负责大多数甲烷排放。”五分之一的井占了超过四分之三的通风甲烷到大气中。NISBET说:“更重要的是减少化石燃料排放。”“这是切割温室气体变暖的最快和最具成本效益的方法之一。”

修正,2016年10月28日:本文的早期版本不正确地描述了斯特凡施韦茨克自1985年以来的总甲烷排放量的估计。Schwietzke表示,天然气生产可能负责总甲烷排放量的约8%每单位生产1985年,这一数字现在可以低至2%。