農(nóng)田擴張？小心加劇全球氣候變暖

提到全球氣候變暖，人們往往首先會想到二氧化碳、甲烷乃至氟利昂等能夠加劇大氣溫室效應(yīng)的溫室氣體。但很多人不知道的是，大氣中還存在一類對氣候變暖可以起到抑制作用的物質(zhì)。

 

人們更不知道的是，我們?yōu)榱嗽黾愚r(nóng)業(yè)生產(chǎn)、提高糧食產(chǎn)量所進行的開墾農(nóng)田等行為，可能在客觀上導(dǎo)致大氣中“降溫物質(zhì)”減少，進而加劇全球氣候變暖。

 

近日，天津大學(xué)地球系統(tǒng)科學(xué)學(xué)院教授傅平青領(lǐng)導(dǎo)團隊聯(lián)合清華大學(xué)、美國密西根大學(xué)等單位，首次在全球尺度上系統(tǒng)量化了工業(yè)革命以來，人類通過擴張耕地對大氣中自然源二次有機氣溶膠（SOA）含量及其輻射效應(yīng)的影響，并系統(tǒng)揭示了耕地擴張通過破壞“自然冷卻屏障”加劇全球變暖的新機制。

 

相關(guān)成果已經(jīng)在學(xué)術(shù)期刊《自然-地球科學(xué)》發(fā)表，并以圖片形式在期刊官網(wǎng)主頁展示。

 

能冷卻大氣的“天然小球”

 

傅平青團隊研究成果中的“二次有機氣溶膠”，就是一種能夠抑制全球變暖的“降溫物質(zhì)”。

 

“一提到‘氣溶膠’，大家很容易聯(lián)想到造成霧霾天氣的細(xì)顆粒物（PM2.5），即直徑小于或等于2.5微米的固體或液體顆粒狀物質(zhì)，此類物質(zhì)往往是由汽車尾氣、工業(yè)排放等行為產(chǎn)生。”接受《中國科學(xué)報》采訪時，該研究成果的第一作者、天津大學(xué)地球系統(tǒng)科學(xué)學(xué)院教授朱佳雷說，除了人類行為外，自然界中也能夠產(chǎn)生氣溶膠，“二次有機氣溶膠”就是其中最重要的一種。兩者的重要不同點在于——前者往往含有很多危害人體健康的物質(zhì)，后者不但屬于“純天然”，還能起到“降溫”作用。

 

“我們可以將這些氣溶膠想象成一個個漂浮在大氣中的天然小球，它們會對陽光產(chǎn)生反射作用，減少到達(dá)地面的陽光輻射量。此外，二次有機氣溶膠還能夠促進云滴的形成，后者顯然可以遮蔽陽光，降低地表氣溫。”朱佳雷說，由此，二次有機氣溶膠對地球氣候系統(tǒng)起到重要的自然冷卻作用。

 

如此重要的物質(zhì)是如何產(chǎn)生的？

 

朱佳雷告訴《中國科學(xué)報》，二次有機氣溶膠的產(chǎn)生有賴于一種被稱為揮發(fā)性有機物（VOCs）的“原料”，正是這種“原料”經(jīng)過吸附、凝結(jié)、大氣化學(xué)反應(yīng)等一系列過程，最終轉(zhuǎn)化為懸浮于大氣中的細(xì)粒子，即二次有機氣溶膠。

 

這種揮發(fā)性有機物正是自然植被在生命過程中釋放出來的。

 

自工業(yè)革命以來，為滿足人口激增的糧食需求，人類開始大規(guī)模開墾農(nóng)田，導(dǎo)致全球森林、草地銳減。“當(dāng)森林、草原變農(nóng)田后，其釋放出的揮發(fā)性有機物是否會產(chǎn)生變化，是否會影響大氣中二次有機氣溶膠的含量，進而對地球這層‘降溫屏障’造成損害？這個問題長期被讓人們所忽視。”朱佳雷說。

 

而他所關(guān)注的正是這個問題。

 

抑制升溫，“種莊稼”不如“長大樹”

 

為獲得該問題的答案，研究團隊利用納入自主研發(fā)的復(fù)雜二次有機氣溶膠形成機制的地球系統(tǒng)模型，在全球尺度系統(tǒng)上，系統(tǒng)量化了工業(yè)革命以來耕地擴張對自然源二次有機氣溶含量及其輻射效應(yīng)的影響。

 

“我們發(fā)現(xiàn)，目前人類的耕地擴張已經(jīng)顯著改變了全球植被類型分布。”朱佳雷介紹，工業(yè)革命以來，全球的耕地面積增長了約2.7倍，其增長的面積主要來自森林和草地的轉(zhuǎn)化。這導(dǎo)致二次有機氣溶膠的關(guān)鍵性前體物排放減少約10%，全球的二次有機氣溶膠總量同步下降約10%。

 

為什么同樣是長滿植物的土地，“種莊稼”和“長大樹”對揮發(fā)性有機物的產(chǎn)生有如此大的差別？

 

朱佳雷解釋說，不同植物釋放揮發(fā)性有機物的強度相差巨大，這是由于揮發(fā)性有機物其實是植物在生理過程中的“副產(chǎn)品”，植物新陳代謝越旺盛，釋放的揮發(fā)性有機物就會越多。“一棵大樹的新陳代謝量是相同面積的小麥所難以比擬的。”

 

也正因此，不同植被類型的“耕地化”對二次有機氣溶膠減少的影響也有著很大差別——常綠闊葉林面積的減少占二次有機氣溶膠下降量的50%，相比之下，草地面積雖然減少得最多，但其影響卻十分微弱。

 

然而，這些變化匯集在一起，對大氣降溫作用的影響卻是巨大的。

 

研究團隊發(fā)現(xiàn)，工業(yè)革命以來的耕地擴張，已經(jīng)使二次有機氣溶膠對大氣的凈降溫作用減少了11%，其凈增溫效應(yīng)相當(dāng)于同期二氧化碳增溫效應(yīng)的8%。

 

更嚴(yán)峻的是，在氣候變暖與空氣污染減輕的未來情景下，相同耕地擴張的增溫效應(yīng)將比當(dāng)前增強約50%，這主要是因為氣候變暖后，森林的新陳代謝加劇將釋放更多揮發(fā)性有機物。同時，在人為氣溶膠減少的背景下，來自自然的氣溶膠將在云的形成過程中扮演更重要的角色。

 

“碳賬本”和“氣溶膠降溫賬”都應(yīng)考慮

 

在朱佳雷看來，當(dāng)前我們對于全球氣候變暖的研究，既要關(guān)注二氧化碳這類“增溫”氣體，同時也要關(guān)注二次有機氣溶這類能夠起到“降溫”作用的物質(zhì)，將這兩者相結(jié)合，才能對氣候變化進行更精準(zhǔn)的預(yù)測和評估。

 

“現(xiàn)階段，我們對二氧化碳的關(guān)注和研究已經(jīng)比較成熟，其在氣候變化預(yù)測中的不確定性已經(jīng)很小了。但對于氣溶膠類物質(zhì)的降溫效應(yīng)，我們的關(guān)注度和認(rèn)識還很不足，這也是我們在進行科學(xué)研究以及相關(guān)政策制定時，需要十分注意的。”他說。

 

從這個角度看，傅平青團隊的這項研究具有很強的現(xiàn)實意義。

 

傅平青表示，“這項研究警示我們，在制定糧食安全與氣候政策時，必須同時考慮土地利用變化對‘碳賬本’和‘氣溶膠降溫賬’的雙重影響。”

 

在這方面，研究團隊建議，保護和恢復(fù)森林生態(tài)系統(tǒng)不僅能固碳，還能維持重要的自然降溫功能，使得植樹造林等“雙碳”戰(zhàn)略舉措產(chǎn)生超過預(yù)期的減緩氣候變暖效益，這一“非碳”效益在未來氣候變暖背景下將愈發(fā)珍貴。

 

“我們希望這些研究成果能夠為國家制定碳中和戰(zhàn)略和土地管理政策提供一定的科學(xué)依據(jù)，也能為全球氣候變化的預(yù)測和應(yīng)對提供一條新思路。”傅平青說。