当有那么多其他的吸热气体时,为什么二氧化碳最受关注?

Published Jun 6, 2009 Updated Aug 3, 2017

Carbon dioxide bubbles in a beverage.
Image: Heather CC-BY-2.0 (Flickr)
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617888九五至尊娱乐变化主要是一个问题 too much carbon dioxide (CO2) in the atmosphere. 这种碳超载主要是由于我们燃烧煤炭等化石燃料造成的, 石油和天然气或者砍伐和燃烧森林.

有许多吸热气体(从甲烷到水蒸气),但是一氧化碳2 如果它继续在大气中蓄积不减,我们将面临不可逆转变化的最大风险. There are two key reasons why.

CO2 617888九五至尊娱乐变暖的主要原因是什么?它的影响还会继续吗

CO2 在1750年至2011年间,对617888九五至尊娱乐变化的贡献超过任何驱动因素.

The 政府间617888九五至尊娱乐变化专门委员会(IPCC) 2013年发布了一份全球617888九五至尊娱乐评估报告,比较了1750年至2011年间人类活动对环境造成的三种变化的影响:关键的吸热气体排放和被称为气溶胶的微小颗粒, as well as land use change.

通过测量冰芯中吸热气体的丰度, the atmosphere, 以及其他617888九五至尊娱乐驱动因素和模型, 换句话说,IPCC计算了每个617888九五至尊娱乐驱动因素的“辐射强迫”(RF), 到达地球表面的能量的净增加(或减少)归因于617888九五至尊娱乐驱动因素.

正RF值代表地表平均升温,负值代表地表平均降温. In total, CO2 在IPCC所比较的所有人类影响的617888九五至尊娱乐驱动因素中,正RF最高(见图1).

其他气体的分子吸热能力比CO强2 (e.g. 甲烷),但在大气中的含量要少得多.

图表显示了不同的吸热气体的影响
在1750年至2011年间,二氧化碳对617888九五至尊娱乐变化的贡献最大. 辐射强迫单位表示为地球每平方米表面面积的功率(瓦).

CO2 sticks around

CO2 在大气中停留的时间比人类活动排放的其他主要吸热气体要长. It takes about a decade for methane (CH4)排放离开大气(它转化为CO2),而一氧化二氮(N2O)

After a pulse of CO2 is emitted into the atmosphere, 40%将在大气中停留100年,20%将停留1000年, while the final 10% will take 10,000 years to turn over. 这实际上意味着,我们今天从汽车和发电厂排放的温室气体正在影响我们的子孙后代将继承的617888九五至尊娱乐

What about water vapor?

水蒸气是最丰富的吸热气体, 但在考虑人为引起的617888九五至尊娱乐变化时很少被讨论. The principal reason is that 水蒸气在大气中的循环周期很短(平均10天)。 在它与天气事件结合并落到地球之前, 所以它不能像二氧化碳那样在大气中积聚. 然而,水蒸气存在一个恶性循环,其中含有更多的CO2 排放到大气中,导致地球温度上升, 更多的水蒸发到地球的大气中, 是什么增加了地球的温度. 温度更高的大气可以比以前容纳更多的水蒸气.

一件好事太多了:碳超载

地球接收来自太阳的各种波长的能量, 其中一些是我们看到的阳光,另一些是肉眼看不见的, 例如波长较短的紫外线辐射和波长较长的红外线辐射.

当这些能量穿过地球大气层时, some is reflected back into space by clouds and small particles such as sulfates; some is reflected by Earth’s surface; and some is absorbed 通过烟灰等物质进入大气, stratospheric ozone, 和水蒸气(相对比例见图2中的黄色箭头). 剩余的太阳能被地球自身吸收,使地球表面变暖.

如果所有从地球表面发射的能量(图2中橙色“升温表面”箭头)逃逸到太空中, 这个星球太冷了,无法维持人类的生命.

Fortunately, 如图2所示(橙色“热下表面”箭头), 其中一些能量确实留在了大气中, 在那里它被云送回地球, 云凝结形成雨或雪时释放出来的, 或被由三个或更多原子组成的大气气体吸收, such as water vapor (H2O), carbon dioxide (CO2), nitrous oxide (N2O), and methane (CH4).

被这些气体吸收的长波辐射依次向各个方向重新发射, including back toward Earth, 一些重新释放的能量又被这些气体吸收并向各个方向重新释放.

最终的结果是,大部分辐射被保留在大气中,而不是逃逸到太空中.

Heat-trapping gases, in balanced proportions, act like a blanket surrounding Earth, 在有液态水的星球上保持适宜生命生存的温度. 

Unfortunately, these gases—especially CO2-在大气中以越来越高的浓度积累,由于 human activities 比如在汽车和发电厂的工业过程中燃烧化石燃料, 以及为了农业或发展而砍伐森林.

As a result, 随着越来越少的能量(热量)逃逸到太空中,隔热毯变得太厚,使地球过热.

Figure 2. 地球目前的平均能量收支. 这些数字表示与每个源相关的能量,单位为瓦每平方米. 括号内的数字表示测量结果的不确定度范围.
Image: IPCC AR5
过去6500万年的大气二氧化碳浓度,单位是百万分之一(ppm). 80万年前至2017年间大气二氧化碳浓度(ppm)的细节.
Figure 3. 下图:过去6500万年的大气二氧化碳浓度,单位为百万分之一(ppm). 上图:80万年前至2017年间大气二氧化碳浓度(ppm)的细节.
Bottom: IPCC AR 5 Top: EPA

Long-term perspective

南极冰芯记录生动地说明了这一点 atmospheric CO2 今天的水平高于过去80万年记录的水平 (see Figure 3).

Atmospheric CO2 levels rose 40 percent between 1750 and 2011. (In 2013, atmospheric CO2 浓度超过了百万分之4亿 for the first time in human history.) Half of human-related CO2 emissions occurred only in the last 40 years. CO2 (以及工业和农业排放的其他气体)将热量困在大气中, 因此,我们现在目睹全球平均气温上升也就不足为奇了.

In the same way that CO2 很久以前排放的温室气体现在正在导致我们今天已经经历的617888九五至尊娱乐变化, 我们目前排放的温室气体将决定我们子孙后代的617888九五至尊娱乐未来.

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