决策主力股票论坛|今日股市行情大盘分析查询

 找回密码
 立即/注册

扫一扫,访问微社区

QQ登录

只需一步,快速开始

搜索
上证指数 2594.83 -60.05 -2.26% 香港恒生 25346.551 -806.599 -3.08% 日经225 22009.23 -605.59 -2.68% 韩国综合 2099.79 -61.92 -2.86%
道琼斯 25191.43 -125.98 -0.50% 纳斯达克 7437.54 -31.09 -0.42% 英国富时 6969.32 -73.48 -1.04% 德国DAX 11284.31 -240.03 -2.08%
人民币 6.9383 -0.0091 -0.13% 原油 66.08 -4.7289% NYMEX原油 黄金 1233.4 +0.7186% COMEX黄金全球股市行情 2018年10月24日04时55分
查看: 10928|回复: 0

如何把更多碳留在未解冻冻土里:限制化石燃料的使用

[复制链接]
发表于 2018-8-30 15:52:28 | 显示全部楼层 |阅读模式
  来源:中科院之声
  近年来夏季总是热浪滚滚,“最热年份”的各种记录不断被打破。我们的地球,没有最热,只有更热。

图1 近年来有关气候报道的新闻截图
  全球变暖主要是由人类燃烧化石燃料引起的。此观点有着坚实的科学基础:来自全球各地的气温观测数据、湖泊沉积、冰芯和树轮的一系列证据、北极海冰和南极冰盖的消融等现象。
  当然,还有一个重要的现象,那就是冻土的温度上升。
  地冻住了,就成了冻土

图2 冻结的大地
  除了大家直接看到的地面冻结的土壤之外,还有一种分布广泛的冻土:多年冻土。

图3 阿拉斯加多年冻土区
  开阔的草原、大型哺乳动物。确定这不是非洲大草原?不是说地冻住了就是冻土,这算哪门子冻土?没错,这真是多年冻土,继续看下面这几张图。

图4 多年冻土区地下冰图片
  看到了吧?原来,冻土就“藏”在地表以下。
  其实,多年冻土是指存在时间超过两年的温度低于0℃、含有各种物质的岩石或土壤,很多地区,多年冻土的存在时间可超过几万年。其垂直剖面示意图如图5。

图5 多年冻土的垂直剖面示意图
  这么看来,多年冻土是指埋藏于地表以下的冻结层,那之前我们以为的冻土是假的冻土?其实那也是冻土,只不过叫短时冻土或者季节冻土。根据冻结时间长短来分:短时冻土的存在时间为数小时、数日至半月;季节冻土的存在时间为半月至数月;多年冻土的冻结时间持续两年或两年以上。
  多年冻土对水文过程和植被都有重要影响
  我们今天重点介绍的是多年冻土。多年冻土面积分布巨大,全球的多年冻土区占北半球陆地面积的24%,总面积约1900万平方千米(图6)。
  图6 全球多年冻土区分布示意图(红色圆圈是我国青藏高原地区,这也是世界上最大的中低纬度多年冻土分布区)
  多年冻土对水文过程有着重要的影响。在环北极地区,很多地表看起来含水量高,河流分布广泛。可是很多地方的年降水量(包括融化的雪)只有150-250 mm,如果没有多年冻土的存在,环北极地区将是一片荒漠。多年冻土冻结层的存在,阻止了土壤水分的下渗,因此水分浸润地表土壤时,就会形成沼泽和池塘,可以为植物生长提供水分。

图7 阿拉斯加多年冻土区的湿润地表条件
  在青藏高原,多年冻土的存在同样有利于土壤水分的维持,从而利于植被的生长。当然,多年冻土与土壤水分、植被生长是相互作用的:

多年冻土的存在有利于植被生长;

土壤水分高时,有利于地下冰的形成,而地下冰在夏季融化时会吸收大量的热,因此也有利于保护多年冻土的向下融化;

较好的植被条件会在夏季通过遮阴效应,降低土壤温度;

植被生长提高了土壤有机质含量,降低土壤导热率,对多年冻土也有保护作用。

  在活动层较浅的地区(例如环北极的大部分地区),多年冻土退化导致的地下冰融化,会向地表补充大量水分,促进植物的生长;在活动层较大的地区(例如我国青藏高原的大部分地区),多年冻土退化会导致更多的土壤水分下渗,地下冰融化对土壤水分补充的水分也难以被植物吸收,所以会导致植被退化(图8)。
图8 青藏高原不同多年冻土条件下土壤水分、温度和植被分布示意图
  在多年冻土区进行工程建设,面临着许多挑战
  多年冻土对工程的影响也很大。因为多年冻土深埋地下,且其厚度太大,人类在多年冻土区的工程只能建立在多年冻土层之上。
  那么,问题来了。
  随着全球变暖,多年冻土在不断退化,冻结层融化后,会导致地面沉降,从而影响到工程结构的稳定性。工程本身会对土层的结构产生影响,公路的沥青路面还会吸收更多的热量,加速多年冻土的退化。因此,在多年冻土区进行工程建设,面临着许多挑战(图9)。
图9 多年冻土区因沉降废弃的建筑物和沉降影响的公路
  许多工程须在多年冻土区修建。因此,人们发展了一系列技术,用以提高多年冻土区工程的稳定性。例如:热棒(图10)、块石护坡(图11)、特殊工程设计包括管道的弯曲设计(图12)等。

图10 多年冻土区的热棒

图11 多年冻土区的块石护坡

图12 阿拉斯加输油管道的锯齿形设计和公路的无沥青路面
  采用的这些措施目的是要能保证工程的稳定性,保证公路、铁路的安全运营,并使得工程后期的维护成本得到大幅度的降低(图13)。

图13 多年冻土区的青藏铁路
  多年冻土对我们的日常生活有影响吗?当然有
  多年冻土主要是在环北极地区和青藏高原,那与我们的日常生活有关系吗?当然有关系,主要原因是其对水循环和气候的影响。
  多年冻土对水循环有着复杂的影响。例如我们国家的三江源自然保护区就广泛发育多年冻土。多年冻土退化会增加土壤水分下渗,减少地表径流,从而影响我国和亚洲多条重要大河的径流量和年内分配规律。此外,若多年冻土全部退化,其巨大的地下冰储量也会融化,改变全球的水循环。
  多年冻土对气候的影响主要是因为其与碳循环相关。多年冻土区温度低、土壤含水率高,限制了土壤微生物的活动,有机质的分解缓慢;表层土壤强烈的冻融循环会将有机质带入深层土壤,促进了有机质的埋藏(图14)。
  多年冻土区有机质分解缓慢,经过千百年来,甚至是数万年以来的长期积累,积累了大量的有机碳。多年冻土区有机碳的储量约为大气中碳储量的2倍(图15)。
  图14 青藏高原多年冻土区土壤探坑剖面(40cm以上的土层有机质含量高,50-60cm和1.2m-1.4m都有埋藏的有机质层,1.6m以下为多年冻土层)
图15 多年冻土和陆地及大气碳库分布情况(Pg为10亿吨)
  多年冻土区的巨大碳库和多年冻土的发育密切相关,其积累的必要条件就是多年冻土区的低温环境。多年冻土退化,意味着土壤温度升高,这会加速活动层中碳的分解,同时也使得多年冻土层中之前冻结的有机碳开始融化,并也被微生物利用分解。这些有机碳分解后会形成温室气体进入大气,从而进一步加速全球变暖(图16)。
图16 多年冻土区碳循环与温室效应的正反馈示意图
  多年冻土的碳储量巨大,其变化足以影响到大气中温室气体的浓度。毫无疑问,温度升高会加速土壤中有机碳的分解。当然,温度升高在夏季会促进植被生长,在夏季能吸收更多的碳。但是,大部分研究表明,这部分吸收的碳不足以抵消土壤中释放的碳。也就是说,多年冻土退化和温度升高后,会整体上导致碳的释放。
  如何把更多的碳留在未解冻的多年冻土里?对多年冻土区的碳进行固定显然不切实际,唯一可行的解决方案是限制化石燃料的使用和森林砍伐,以此减缓全球变暖。只有这样,才能减缓多年冻土的融化速率,从而为全球各个地区的人类争取更多的适应时间。
回复

使用道具 举报

您需要登录后才可以回帖 登录 | 立即/注册

本版积分规则




手机版|今日股市行情|决策主力股票论坛 ( 鄂ICP备15023833号-1)点击这里给我发消息 鄂公网安备 42062502000040号

GMT+8, 2018-10-24 05:01

Powered by 今日股市

© 2001-2017 http://jue-ce.com/

快速回复 返回顶部 返回列表