煤、石油和天然氣開采以及天然地質(zhì)源頭都會(huì)泄漏甲烷。一項(xiàng)新研究表明，大氣中來(lái)自化石燃料行業(yè)的甲烷比之前認(rèn)為的要多。
攝影：KATIE ORLINSKY，NAT GEO IMAGE COLLECTION
2015年，在格陵蘭島酷夏的實(shí)地工作期間，Benjamin Hmiel和團(tuán)隊(duì)鉆入遼闊冰原的冰凍內(nèi)部，定期取出一塊摩托車引擎大小的冰塊。這些冰塊中隱藏著多年來(lái)一直困擾著科學(xué)家們的一個(gè)問(wèn)題的部分答案：作為全球變暖的最重要來(lái)源之一，大氣中的甲烷有多少來(lái)自石油和天然氣行業(yè)?
在此之前，科學(xué)家們認(rèn)為諸如火山和泥溫泉等地質(zhì)源頭每年釋放的甲烷占大氣中甲烷的10%。不過(guò)，本周發(fā)表于《自然》雜志上的一項(xiàng)新研究表明，在如今的大氣中，來(lái)自自然地質(zhì)源頭的甲烷比例要小得多。實(shí)際上，研究人員說(shuō)，大氣中的大多數(shù)甲烷最有可能來(lái)自工業(yè)?？偟膩?lái)說(shuō)，研究結(jié)果表明我們低估了化石燃料開采所產(chǎn)生的甲烷的影響，低估幅度高達(dá)40%。
這對(duì)氣候變化來(lái)說(shuō)既是壞消息，也是好消息，該研究的主要作者、羅切斯特大學(xué)的研究人員Hmiel說(shuō)。之所以很糟糕，是因?yàn)檫@意味著石油和天然氣開采對(duì)溫室氣體的影響比科學(xué)家們知道的更大。不過(guò)，Hmiel發(fā)現(xiàn)，這個(gè)結(jié)果也幾乎因?yàn)橄嗤脑蚨钊斯奈瑁嚎蓺w因?yàn)槿祟惢顒?dòng)產(chǎn)生的甲烷排放越多，比如石油和天然氣開采，就意味著決策者、企業(yè)和監(jiān)管機(jī)構(gòu)為解決這個(gè)問(wèn)題必須采取更多行動(dòng)。
“如果我們把大氣中的甲烷總量看作是餡餅的各塊——一塊來(lái)自反芻動(dòng)物，另一塊來(lái)自濕地。我們過(guò)去認(rèn)為來(lái)自地質(zhì)甲烷的那塊太大了，”Hmiel說(shuō)?！耙虼耍覀円f(shuō)的是，化石燃料這塊餡餅比我們想象的要大，我們可以對(duì)這塊餡餅的大小產(chǎn)生更大的影響，因?yàn)檫@是我們能控制的事情。”
甲烷是“過(guò)渡性”燃料——但是過(guò)渡到何處呢？
甲烷是一種溫室效應(yīng)極強(qiáng)的氣體，其碳?xì)浣Y(jié)構(gòu)使其非常善于吸收熱量。在20年的時(shí)間跨度內(nèi)，大氣中一個(gè)甲烷分子吸收熱量的效果比一個(gè)二氧化碳分子大約強(qiáng)90倍，長(zhǎng)期來(lái)看后者是導(dǎo)致未來(lái)地球變暖的最主要溫室氣體。
自工業(yè)革命以來(lái)，甲烷的大氣濃度至少增加了150%。由于甲烷能產(chǎn)生極強(qiáng)的溫室效應(yīng)，空氣中的甲烷越多，人類就越難以阻止地球氣溫飆升至超過(guò)全球氣候目標(biāo)的水平。
甲烷也是一個(gè)全球性的、長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年的科學(xué)謎題的主角：今天使大氣升溫的所有額外甲烷究竟來(lái)自何處？是奶牛打嗝還是稻田？石油和天然氣開采導(dǎo)致的泄漏？還是不斷冒出氣體的泥火山？
在過(guò)去的幾十年里，隨著減少二氧化碳排放的呼聲越來(lái)越高，水力壓裂法等天然氣采集技術(shù)的成本越來(lái)越低，美國(guó)和其他國(guó)家的許多燃煤電廠都已經(jīng)關(guān)閉。自2010年至今，美國(guó)已經(jīng)關(guān)閉了500多家煤電廠。在許多情況下，煤電廠被天然氣（主要由甲烷氣體組成）發(fā)電廠所取代，目前美國(guó)近40%的能源需求由天然氣發(fā)電廠解決。
甲烷的燃燒效率比煤炭高，因此在碳成本和空氣污染方面，甲烷是比煤炭更好的選擇。此外，甲烷在大氣中滯留的時(shí)間也比二氧化碳少得多——前者平均為9年，而后者則多達(dá)數(shù)百年。
由于自身的特性，天然氣經(jīng)常被吹捧為一種“過(guò)渡性燃料”，可幫助人類平穩(wěn)過(guò)渡到碳中性能源的未來(lái)。如今，在可再生能源或負(fù)碳技術(shù)發(fā)展的同時(shí)，天然氣工廠不斷補(bǔ)充著人類的能源需求。
“問(wèn)題是：天然氣究竟是一種過(guò)渡燃料，還是會(huì)存在很長(zhǎng)一段時(shí)間？”德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的環(huán)境經(jīng)濟(jì)學(xué)者 Sheila Olmstead說(shuō)?！笆袌?chǎng)告訴我們，天然氣可能會(huì)存在很長(zhǎng)一段時(shí)間。”
然而，天然氣的氣候成本依賴于一個(gè)基本假設(shè)：天然氣的碳排放總量低于其他來(lái)源。不過(guò)，近年來(lái)，一系列科學(xué)研究對(duì)這一假設(shè)提出了質(zhì)疑，這些研究主要是通過(guò)研究天然氣開采過(guò)程中遺失了多少氣體。
如果在整個(gè)開采過(guò)程中只有很少天然氣泄漏或遺失——少于采集的天然氣總量的百分之幾——那么使用天然氣就和其它燃料效果差不多，甚至更好。不過(guò)，康奈爾大學(xué)的氣候科學(xué)家Robert Howarth說(shuō)，如果“泄漏率”超過(guò)開采總量的1%，使用天然氣的效果可能就不如其他燃料。
最近的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，美國(guó)天然氣開采過(guò)程中的“泄漏率”可能超過(guò)2%。另一些研究則調(diào)查了美國(guó)主要鉆探區(qū)域的特定“超級(jí)排放者”，發(fā)現(xiàn)泄漏率更大。
Howarth說(shuō)：“我想說(shuō)的是，在過(guò)去幾年的研究中，科學(xué)家們已經(jīng)不再宣稱甲烷是一種過(guò)渡性燃料了。但如果我們退回來(lái)說(shuō)，我們確實(shí)需要天然氣一段時(shí)間，這一計(jì)算方式取決于甲烷的損益平衡點(diǎn)。我們不確定我們是否接近這個(gè)目標(biāo)?！?/p>
麻省理工學(xué)院的能源專家Jessika Trancik強(qiáng)調(diào)稱，逐步停止二氧化碳排放至關(guān)重要，因?yàn)槎趸紝⑹沟厍蜷L(zhǎng)期處于變暖狀態(tài)。不過(guò)，為了達(dá)成世界各國(guó)現(xiàn)在都在努力實(shí)現(xiàn)的氣候目標(biāo)，防止氣溫上升超過(guò)2015年《巴黎協(xié)定》設(shè)定的2℃目標(biāo)，阻止任何額外的甲烷泄露到大氣中也至關(guān)重要。
奧地利國(guó)際應(yīng)用系統(tǒng)分析研究所的溫室氣體專家Lena Hoglund Isaksson說(shuō)：“在使用甲烷的情況下是不可能達(dá)成這些氣候目標(biāo)的?！?/p>
答案藏在冰里
很難計(jì)算出大氣中的甲烷有多少來(lái)自于人類活動(dòng)，比如石油和天然氣的鉆探或燃燒；有多少來(lái)自于其他受人類影響的活動(dòng)，比如農(nóng)業(yè)；又有多少來(lái)自于火山噴發(fā)等自然源頭。
甲烷的來(lái)源決定了人類能采取什么行動(dòng)。如果是來(lái)自石油和天然氣，我們可以修復(fù)這些系統(tǒng)來(lái)減少泄露量。如果是來(lái)自火山，我們控制其排放的可能性就會(huì)更小。
“這就像一個(gè)偵探故事。” Hoglund Isaksson說(shuō)。
過(guò)去，為了估算所謂的天然甲烷有多少來(lái)自地質(zhì)來(lái)源，科學(xué)家們會(huì)專程前往某座泥火山，非常仔細(xì)地測(cè)量甲烷排放量。之后，科學(xué)家們將擴(kuò)大觀測(cè)范圍，對(duì)整個(gè)地球做出估測(cè)。根據(jù)這一策略，大多數(shù)估測(cè)數(shù)據(jù)認(rèn)為每年天然地質(zhì)源頭產(chǎn)生的甲烷約為500萬(wàn)噸，約占每年甲烷總排放量的10%。據(jù)最近的估計(jì)，人類每年從獲取和燃燒化石燃料中產(chǎn)生的甲烷總量略少于2000萬(wàn)噸。
Hmiel的團(tuán)隊(duì)認(rèn)為甲烷的地質(zhì)來(lái)源實(shí)際上可能更小，而且他們有一個(gè)地方來(lái)驗(yàn)證這一假設(shè)：寬闊平坦的格陵蘭冰原。那里的冰厚度超過(guò)100米，可以追溯到19世紀(jì)工業(yè)革命開始之前，因此那里的冰晶中的微小氣泡中蘊(yùn)藏著工業(yè)時(shí)代之前的甲烷。
他們挖出了900多公斤的冰，之后把含甲烷的空氣從冰中蘊(yùn)藏的氣泡中吸出來(lái)。
來(lái)自天然地質(zhì)源頭的甲烷與其他來(lái)源的甲烷（如濕地）的化學(xué)組成略有不同。研究者從250年前的冰層中吸出的甲烷只含有微量地質(zhì)甲烷。由于這些樣本采集自工業(yè)革命開始之前的冰層，早于煤和石油中的甲烷含量同時(shí)增加的時(shí)代，所以冰層中的甲烷無(wú)一來(lái)自化石燃料。
相比之下，工業(yè)革命開始后的樣品顯示出化石燃料的明顯特征。
不過(guò)，最關(guān)鍵的發(fā)現(xiàn)是，冰層中來(lái)自地質(zhì)源頭的甲烷含量極其稀少：在人類尚未依賴化石燃料的年代，每年釋放到大氣中的甲烷不超過(guò)50萬(wàn)噸。地質(zhì)情況不太可能在這么短的時(shí)間內(nèi)發(fā)生改變，因此Hmiel稱，這一估計(jì)數(shù)據(jù)同樣適用于今天的地質(zhì)情況。
至關(guān)重要的是，這一數(shù)據(jù)比其他用于做出科學(xué)評(píng)估和政策決定的估測(cè)數(shù)據(jù)要少10倍——包括美國(guó)環(huán)境保護(hù)署和政府間氣候變化專門委員會(huì)使用的數(shù)據(jù)。
總的來(lái)說(shuō)，科學(xué)家們?cè)缇椭来髿庵械降子卸嗌偌淄?。這一數(shù)據(jù)一直沒(méi)有改變：每年大氣中新增的甲烷仍多達(dá)5700萬(wàn)噸。不過(guò)，如果來(lái)自自然地質(zhì)源頭的甲烷少的多，那么一定有其他來(lái)源彌補(bǔ)差額。該團(tuán)隊(duì)還可以證明，最有可能的來(lái)源是石油和天然氣行業(yè)。
Hmiel認(rèn)為，如果石油和天然氣行業(yè)的甲烷排放量比之前所知的要多得多，也就意味著他們可以清理這些排放量——減少天然氣使用量以及清除使用過(guò)程中產(chǎn)生的泄漏和其他浪費(fèi)的天然氣。
Olmstead說(shuō)：“電力公司目前正在選擇是將重點(diǎn)放在風(fēng)能、太陽(yáng)能還是天然氣上，如果他們選擇天然氣，那么我們就要認(rèn)識(shí)到天然氣發(fā)電廠還將存在幾十年?！?/p>
“天然氣發(fā)電廠的實(shí)際使用時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了原本規(guī)定的有效期。知道了這一點(diǎn)，會(huì)改變我們今天所做的決定嗎？我們會(huì)對(duì)未來(lái)10年、20年、30年、40年的甲烷排放產(chǎn)生影響嗎？”
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