双碳科普系列 06 - 碳循环的基本概念与原理
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双
碳
目
标
碳排放的急剧增加，使温室效应持续加强，导致全球平均气温不断攀升。
北极海冰面积减少，使全球气候变化进入正反馈进程，如同推倒了第一张多米诺骨牌，进而引起更加复杂和剧烈的气候变化，引发更加频繁和更具破坏性的自然灾害。
世界各国科学家通过长期的持续观测和探索研究，证实温室气体排放与全球气候变化之间存在直接关系。
根据数据统计，目前全球每年排放的CO2已接近400亿吨，是1950年的7倍左右，其中绝大部分来自化石燃料燃烧。
CO2浓度的急剧增加，使地球系统原有热量平衡被打破，地球气候系统出现了以变暖为主要特征的显著变化。
人类向大气中排放的CO2等温室气体逐年增加，大气的温室效应也随之增强，引发了气候变化并带来一系列严峻挑战。
今天，我们开始第二章节的气候变化与碳排放的科普。首先，第六期将讲述碳循环的基本概念与原理。
06 碳循环的基本概念与原理
碳循环的基本概念
自然生态系统的碳循环
自然生态系统的绿色植物
将吸收的CO2通过光合作用
转化为植物体的碳水化合物，
并经过食物链的传递
转化为动物体的碳水化合物。
而植物和动物的呼吸作用
又把摄入体内的一部分碳
转化为CO2释放入大气，
另一部分则构成了生物的有机体，
自身贮存下来;
在动、植物死亡之后，
大部分动、植物的残体
通过微生物的分解作用
又最终以CO2的形式排放到大气中，
少部分在被微生物分解之前
被沉积物掩埋，
经过漫长的年代转化为
化石燃料(煤、石油、天然气等)，
当这些化石燃料风化或作为燃料燃烧时，
其中的碳又转化为CO2排放到大气中。
大气、海洋、陆地之间的碳循环
大气和海洋、陆地之间也存在着碳循环。
CO2可由大气进入海水，
也可由海水进入大气，
这种碳交换发生在大气和海水的交界处;
大气中的CO2也可以溶解。
在雨水和地下水中成为碳酸，
并通过径流被河流输送到海洋中，
这些碳酸盐通过沉积过程
又形成石灰岩、白云石和碳质页岩等;
在化学和物理作用下，
这些岩石风化后所含的碳
又以CO2的形式排放到大气中。
总结一下
碳循环指的是：
大气中的二氧化碳 (CO2)
被陆地和海洋中的植物吸收，
然后通过生物或地质过程以及人类活动，
又以二氧化碳的形式返回大气中。
人类排放的温室气体与地球温升
人类排放的温室气体和温升之间的关系非常复杂，特别是温室气体排放量、温室气体浓度和温升之间并不存在一一对应的同步变化关系;
但全球气候变暖的幅度与全球CO2的累积排放量之间存在着近似线性的相关关系：全球CO2的累积排放量越大，全球气候变暖的幅度就越高。
IPCC第五次气候变化评估报告指出：
如果将工业化以来全球温室气体的累积排放量控制在1万亿吨碳，那么人类有三分之二的可能性能够把全球升温幅度控制在2°C以内 (与1861—1880年相比)；
如果把积排放量放宽到1.6万亿吨碳，那么只有三分之一的概率能实现2°C的温控目标。
如果用一个游泳池里面的水量来代表大气中的CO2含量，用水位高低的变化来代表大气中CO2总量的变化。
那么，在没有人为碳排放的情况下，这个游泳池水位也会发生变化。因为有雨水进入(代表地球自然生态系统排放的CO2) 使水位增加，而水面蒸发 (代表地球自然生态系统吸收的CO2) 又使水位降低。
如果把大气中十亿吨的CO2 换算成1立方米的水，则大气中所有的CO2就组成了这个面积为25*15平方米、深度为1.57米的游泳池。
在没有人为碳排放的情况下，每年有110立方米的雨水流进了泳池，由于泳池的表面蒸发，每年泳池损失的水量也差不多，因此在自然状态下泳池的水位是基本上保持稳定的(水位在1.57米左右)，也就是说，这种稳定状态下的水池并不会引起全球温升。
但是，由于工业化以来产生了人为碳排放，相当于在泳池上面安装了一个“水龙头”，水龙头向游泳池中流人的水量代表人为CO2排放量。
目前水龙头大约每年向水池中增加10立方米的水，但其中有5.7立方米通过蒸发又流出去了，只有4.3立方米留在了水池中。
这相当于每年的人为排放使水位增加1.1厘米，工业化以来的人为碳排放已经累计使泳池水位增了64厘米，则现在的水位已经达到2.21米。
也就是说，正是1750年以来增加的这64厘米的水位造成了目前全球相比工业化前超过1°C的温升。
未来如果泳池水位继续升高，全球气温也将继续升高;只有当水位保持稳定的情况下(人为碳排放为净零，即碳中和)，全球温升幅度才会稳定在一定的水平上。
持续关注
碳无处不在，
碳循环无时无刻不在进行，
人类活动也持续不断地在排放着CO2。
下一期我们将
【看看全球碳排放的现状如何】
欢迎大家持续关注！
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请大家拭目以待！
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