热带湿地，如巴西的潘塔纳尔湿地，是甲烷排放的主要来源。图片来源:Carl De Souza/AFP / Getty
据报道，去年大气中的甲烷浓度超过了十亿分之1900，几乎是工业化前水平的三倍1月份公布的数据由美国国家海洋和大气管理局(NOAA)发布。科学家们表示，这一严峻的里程碑凸显了去年COP26气候峰会上做出的遏制甲烷排放承诺的重要性。甲烷是一种温室气体，其温室效应至少是二氧化碳的28倍。
甲烷排放量的增长在千禧年前后放缓，但在2007年左右开始迅速而神秘地上升。这一峰值使许多研究人员担心，全球变暖正在形成一种反馈机制，导致更多的甲烷被释放出来，使控制气温上升变得更加困难。
英国伦敦大学皇家霍洛威学院的地球科学家尤安·尼斯贝特说:“甲烷水平正以危险的速度增长。”他说，在过去几年里，温室气体的排放似乎在加速，这对世界将全球变暖控制在比工业化前温度高1.5-2摄氏度的目标构成了重大威胁。
来源:美国国家海洋和大气管理局
神秘的模式
十多年来，研究人员利用飞机、卫星测量和运行模型，努力了解海平面上升的驱动因素(见“令人担忧的趋势”)。1，2。可能的解释包括石油和天然气开采的扩大、垃圾填埋场排放的增加、牲畜数量的增加和湿地微生物活动的增加3.。
西雅图华盛顿大学的大气化学家亚历克斯·特纳说:“甲烷趋势的原因确实令人费解。”尽管进行了大量的研究，特纳说他还没有看到任何结论性的答案出现。
一条线索是甲烷分子的同位素特征。大部分碳是碳-12，但甲烷分子有时也含有较重的同位素碳-13。微生物产生的甲烷——例如，它们在湿地的泥土或牛的肠道中消耗了碳之后——所含的甲烷更少13比地球内部在开采化石燃料过程中释放的热量和压力产生的甲烷还要高。
科学家们试图通过将这种气体产生的知识与大气中观察到的情况进行比较，来了解神秘甲烷的来源。
通过研究几十年或几百年前冰芯和积雪中的甲烷，以及大气中的气体，他们已经能够证明，在工业革命开始后的两个世纪里，含甲烷的比例一直在下降13C增加4。但自2007年以来，当甲烷水平再次开始迅速上升时，含甲烷的比例13C开始下降(见“甲烷的上升和下降”)。一些研究人员认为，这表明过去15年的大部分增长可能是由于微生物来源，而不是化石燃料的开采。
资料来源:西尔维娅·米歇尔，科罗拉多大学北极与高山研究所
回到源头
“这是一个强有力的信号，”科罗拉多州博尔德市NOAA全球监测实验室的大气科学家辛兰说，这表明人类活动本身并不是造成气温升高的原因。伊恩的团队利用了大气13C数据估计，自2007年以来，微生物对排放量增长的贡献率约为85%，其余部分为化石燃料开采5。
下一步——也是最具挑战性的一步——是试图确定来自不同系统的微生物的相对贡献，比如自然湿地或人类饲养的牲畜和垃圾填埋场。这可能有助于确定变暖本身是否有助于增加，可能是通过诸如增加热带湿地生产力等机制。为了提供答案，兰和她的团队正在运行大气模型来追踪甲烷的来源。
“气候变暖助长了气候变暖吗?”这是一个非常重要的问题，”尼斯贝特说。“到目前为止，还没有答案，但看起来很有可能。”
不管这个谜是如何解开的，人类都没有摆脱困境。根据他们对同位素趋势的最新分析，兰的团队估计，自2007年至2016年以来，牲畜、农业废弃物、垃圾填埋场和化石燃料开采等人为来源约占甲烷总排放量的62%(参见“甲烷从哪里来?”)。
来源:参考文献5。
全球甲烷承诺
这意味着有很多事情可以做来减少排放。莱利·杜伦(Riley Duren)说，尽管美国国家海洋和大气管理局(NOAA)对2021年的数据感到担忧，但科学家们已经掌握了帮助政府采取行动的知识。Riley Duren是加州帕萨迪纳(Pasadena)的非营利联盟“碳制图者”(Carbon Mapper)的负责人，该组织利用卫星确定甲烷排放的来源。
例如，上个月，碳地图公司(Carbon Mapper)和纽约市的环保组织环境保护基金(Environmental Defense Fund)公布的数据显示，美国西南部的30个石油和天然气设施至少在过去3年里总共排放了约10万吨甲烷，相当于50万辆汽车每年造成的变暖影响。这些组织认为，这些设施可以很容易地通过防止甲烷泄漏来阻止这些排放。
在英国格拉斯哥举行的第26届联合国气候变化大会上，100多个国家签署了《巴黎协定》全球甲烷承诺到2030年将排放量在2020年的基础上减少30%，杜伦表示，现在必须采取行动，包括在全球南方的中低收入国家。“解决甲烷问题可能是我们赢得一些时间的最佳机会，”他说，以解决减少全球二氧化碳排放这一更大的挑战2排放。
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