<p>地表水覆蓋了地球近四分之三的面積，通過(guò)儲(chǔ)存和排放溫室氣體在地球的碳循環(huán)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。但它到底發(fā)揮了多大作用，以及它在幫助減緩氣候變化方面的潛力仍然是一個(gè)問(wèn)題。</p> <p><br />在過(guò)去的一年里，Ben Girgenti '22 MESc 一直在耶魯自然保護(hù)區(qū)的泥濘中挖出一桶桶的迷你濕地來(lái)測(cè)試減少排放的方法。</p> <p><br />在佛蒙特州的東北王國(guó)，YSE 教授 Peter Raymond 和 Jim Saiers 以及他們的同事耶魯大學(xué)地球與行星科學(xué)副教授 Noah Planavsky 正在與一組學(xué)生合作，在分水嶺上撒播碎石。&nbsp;</p> <p><br />在美國(guó)南部，博士生 Jonathan Gewirtzman 和 Frannie Adams '23 MESc 正在測(cè)量甲烷排放量，以探索氣候驅(qū)動(dòng)的干擾對(duì)佛羅里達(dá)大沼澤地的影響。&nbsp;</p> <p><br />他們是 YSE 的幾位研究人員之一，他們從事涉及水生態(tài)系統(tǒng)的兩個(gè)關(guān)鍵項(xiàng)目：減少排放和增加碳吸收。</p> <p><br /><span class="h1">排放因子&nbsp;</span></p> <p><br />隨著世界各國(guó)領(lǐng)導(dǎo)人尋求將工業(yè)化前時(shí)期的全球變暖控制在 1.5 攝氏度，以避免氣候變化造成最具破壞性和最廣泛的影響，加深我們對(duì)水體排放對(duì)全球預(yù)算的貢獻(xiàn)程度的理解已成為越來(lái)越多的關(guān)注點(diǎn)國(guó)際科學(xué)界。</p> <p><br />勞拉&middot;洛佐佐 (Laura Logozzo) 一直在康涅狄格州的水體中取樣，以檢查溶解的碳和其他與水質(zhì)相關(guān)的測(cè)量值。她在這里對(duì) Bunnell Brook 的水質(zhì)探測(cè)器進(jìn)行維護(hù)。&nbsp;</p> <p><br />直到 10 年前，還沒(méi)有關(guān)于地球上水體總表面積的確切數(shù)字。2013 年，Raymond 及其同事繪制了第一張全球地表面積和碳排放量地圖。他們發(fā)現(xiàn)水體每年以二氧化碳的形式排放 20 億噸碳。他們的報(bào)告發(fā)表在《自然》雜志上，是雷蒙德引用最多的研究之一，促使人們進(jìn)一步調(diào)查人為排放和通量。&nbsp;&nbsp;</p> <p><br />&ldquo;這主要是自然過(guò)程的一部分，不像化石燃料的排放，&rdquo;生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學(xué)教授雷蒙德說(shuō)，他的本科生工作重點(diǎn)是哈德遜河的二氧化碳排放。&ldquo;但是當(dāng)你試圖弄清楚不同地區(qū)有多少人為排放量和通量時(shí)，了解這一點(diǎn)就變得很重要，而且這個(gè)數(shù)字足夠大，可以在全球大氣 CO2 建模中考慮。&rdquo;</p> <p><br />引起 YSE 研究人員注意的不僅僅是水體排放和儲(chǔ)存了多少碳和其他溫室氣體。這也是水體中溶解碳的年齡。&nbsp;</p> <p><br />Peter Raymond 教授實(shí)驗(yàn)室中的光氧化室和真空管線用于將溶解的有機(jī)碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳以測(cè)量碳年齡。</p> <p><br />博士生 Laura Logozzo 一直在從康涅狄格河采集樣本，以確定溶解有機(jī)碳的年齡。在過(guò)去的兩年里，她從河流沿線的五個(gè)不同區(qū)域采集了樣本，以做以前沒(méi)有做過(guò)的事情：關(guān)注河流中溶解有機(jī)碳隨時(shí)間推移的年齡。&nbsp;&nbsp;</p> <p><br />她從她的樣本中發(fā)現(xiàn)的&mdash;&mdash;以及儲(chǔ)存在實(shí)驗(yàn)室中的舊樣本可以追溯到五年多以前&mdash;&mdash;提出了一個(gè)可能令人不安的問(wèn)題，需要進(jìn)一步調(diào)查：在河流樣本中發(fā)現(xiàn)的溶解有機(jī)碳比以前的樣本要古老得多。</p> <p><br />&ldquo;這意味著與進(jìn)入河流的新鮮碳相比，舊碳的數(shù)量正在增加，&rdquo;她說(shuō)。&nbsp;</p> <p><br />如果河流中存在較老的溶解有機(jī)碳，則意味著曾經(jīng)儲(chǔ)存在陸地土壤和森林中的碳已經(jīng)進(jìn)入河流，可能成為釋放到大氣中的二氧化碳的新來(lái)源。雖然研究尚未確定河流中存在較老的溶解碳的原因，但它可能是氣候變化引起的干旱的結(jié)果。流域的城市化和農(nóng)業(yè)利用也可能導(dǎo)致舊碳土壤池的疏浚，這些土壤池隨后暴露并被沖入河流。&nbsp;&nbsp;</p> <p><br />&ldquo;這很糟糕，因?yàn)槟慊旧鲜チ岁懙厣蟽?chǔ)存的所有碳，&rdquo;Logozzo 解釋說(shuō)。&ldquo;如果你沒(méi)有測(cè)量實(shí)際離開(kāi)這些土壤進(jìn)入河流的碳，那么你可能高估了這些生態(tài)系統(tǒng)在儲(chǔ)存碳方面的能力。&rdquo;</p> <p><br /><span class="h1">不僅僅是碳&nbsp;&nbsp;</span></p> <p><br />為了更全面地了解水體的排放量，YSE 研究人員還在研究甲烷和一氧化二氮的排放量。雖然它只在大氣中存在十幾年，但甲烷比二氧化碳更有效地吸收熱量，占工業(yè)時(shí)代大氣變暖的 25%。一氧化二氮分子的變暖效果大約是二氧化碳分子的 300 倍，而且與甲烷不同，它可以在大氣中持續(xù)存在一個(gè)多世紀(jì)。&nbsp;</p> <p><br />去年春天，由博士后研究員 Judith Rosentreter 領(lǐng)導(dǎo)并與 Raymond 合著的一組研究人員進(jìn)行的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，水生生態(tài)系統(tǒng)和濕地至少占全球甲烷排放總量的一半。作者審查了 15 個(gè)主要的自然、人造和受人類影響的水生生態(tài)系統(tǒng)和濕地（包括內(nèi)陸、沿海和海洋系統(tǒng)）的甲烷通量。這些水生生態(tài)系統(tǒng)的綜合排放可能是比農(nóng)業(yè)或化石燃料燃燒等直接人為甲烷來(lái)源更大的甲烷來(lái)源。研究指出，這些水生生態(tài)系統(tǒng)的排放量也受到人類活動(dòng)的影響，因此追蹤很重要。&nbsp;</p> <p>&nbsp;</p> <p>YSE 博士后研究員 Taylor Maavara 一直在探索一個(gè)獨(dú)特的研究領(lǐng)域：水力發(fā)電的關(guān)鍵組成部分水壩如何影響一氧化二氮和其他溫室氣體排放。未來(lái)幾年，地球上幾乎 90% 的河流都將建有水壩。雖然它們?cè)诎l(fā)電時(shí)提供的碳密集度較低，但水電大壩在很大程度上影響水體排放。&nbsp;</p> <p><br />&ldquo;地球上可能有多達(dá) 70,000 個(gè)大中型水庫(kù)。如果你試圖從已研究的 50 個(gè)水庫(kù)中推斷出排放量，就會(huì)存在巨大的不確定性，&rdquo;她說(shuō)。&nbsp;</p> <p>&nbsp;</p> <p>她的研究主要集中在水庫(kù)、河流、湖泊和河口排放了多少一氧化二氮&mdash;&mdash;而且排放量很高。&nbsp;</p> <p><br />&ldquo;內(nèi)陸水域排放的一氧化二氮量與歐洲一個(gè)國(guó)家的排放量大致相同。這是一個(gè)很大的數(shù)額，&rdquo;Maavara 說(shuō)。&ldquo;另一個(gè)發(fā)現(xiàn)是水庫(kù)是最有效的內(nèi)陸水源。隨著我們繼續(xù)修建大壩，我們可能會(huì)增加內(nèi)陸水源的一氧化二氮排放量。&rdquo;&nbsp;&nbsp;</p> <p><br />為了緩解這種情況，她主張放棄水壩必須是永久性的觀念，并建議重新配置水壩運(yùn)營(yíng)時(shí)間表。&nbsp;&nbsp;&nbsp;</p> <p><br />&ldquo;我們真的需要一個(gè)大壩整個(gè)生命周期的計(jì)劃。我們必須擺脫我們正在永遠(yuǎn)建造一座大壩的想法。大壩應(yīng)該有一個(gè)時(shí)間表。在某一點(diǎn)之后，它們應(yīng)該退役和解構(gòu)，&rdquo;她說(shuō)。&nbsp;</p> <p><br /><span class="h1">藍(lán)碳的承諾</span></p> <p><br />雖然水體是排放源，無(wú)論是人為排放還是自然循環(huán)排放，但它們也會(huì)將碳儲(chǔ)存在有希望成為自然氣候解決方案的水平上。&nbsp;&nbsp;<br />&ldquo;藍(lán)碳&rdquo;一詞于 2009 年首次被創(chuàng)造出來(lái)，是對(duì)這些儲(chǔ)存碳的生態(tài)系統(tǒng)的潛力的認(rèn)可，這些生態(tài)系統(tǒng)有助于將全球平均氣溫上升限制在遠(yuǎn)低于 2 攝氏度&mdash;&mdash;大氣臨界點(diǎn)。包括鹽沼、紅樹(shù)林和海草在內(nèi)的藍(lán)碳生態(tài)系統(tǒng) (BCE) 每年每公頃固存的碳量都高于熱帶森林。&nbsp;&nbsp;</p> <p><br />根據(jù)發(fā)表在 PLOS ONE 上的研究報(bào)告&ldquo;估算沿海植被生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化和退化產(chǎn)生的全球&lsquo;藍(lán)碳&rsquo;排放量&rdquo;，沿海生態(tài)系統(tǒng)的退化和清除導(dǎo)致每年向大氣排放 0.15 至 10.2 億噸二氧化碳.&nbsp;研究指出，這些排放量相當(dāng)于全球森林砍伐排放量的 3%&ndash;19%。</p> <p><br />然而，目前只有約 1.5% 的全球 BCE 被納入海洋保護(hù)區(qū)。根據(jù) 2019 年可持續(xù)海洋經(jīng)濟(jì)報(bào)告高級(jí)別小組的報(bào)告，到 2050 年，在全球范圍內(nèi)保護(hù)、管理和恢復(fù)這些生態(tài)系統(tǒng)以及海藻養(yǎng)殖每年可減少多達(dá) 14 億噸二氧化碳當(dāng)量的排放量。</p> <p><br />量化 BCE 的碳儲(chǔ)存潛力以及如何最大化它是 YSE 研究人員正在進(jìn)行的幾項(xiàng)新實(shí)地實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)。&nbsp;&nbsp;</p> <p><br />雷蒙德的實(shí)驗(yàn)室將使用小型汽車(chē)大小的新型瑞士制造儀器，根據(jù)他希望與來(lái)自世界各地水體的合作??伙伴收集的樣本計(jì)算藍(lán)碳封存周期的時(shí)間線。雷蒙德說(shuō)，這將使研究人員能夠更好地了解封存過(guò)程和增強(qiáng)它的方法。&nbsp;</p> <p><br /><span class="h1">走進(jìn)紅樹(shù)林</span></p> <p><br />在美國(guó)宇航局和耶魯自然碳捕獲中心的資助下，來(lái)自雷蒙德實(shí)驗(yàn)室的學(xué)生亞當(dāng)斯和格維爾茲曼在佛羅里達(dá)州進(jìn)行實(shí)地考察，正在研究氣候變化和極端天氣事件對(duì)大沼澤地藍(lán)碳儲(chǔ)存能力的影響，以及破壞是否會(huì)增加甲烷排放量。</p> <p>&nbsp;</p> <p>海平面上升、農(nóng)業(yè)、颶風(fēng)、水流變化和區(qū)域發(fā)展導(dǎo)致大沼澤地退化。&nbsp;&nbsp;&nbsp;</p> <p><br />NASA 將率先在該地區(qū)進(jìn)行空中飛行，以測(cè)試大氣中的排放物。Gewirtzman 說(shuō)，YSE 的團(tuán)隊(duì)將專注于可以抵消生態(tài)系統(tǒng)中碳吸收和儲(chǔ)存的樹(shù)木和水體的甲烷排放。</p> <p><br />該研究將有助于量化藍(lán)碳生態(tài)系統(tǒng)的潛力，有助于為生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)和管理、氣候建模和碳信用市場(chǎng)提供信息。&nbsp;&nbsp;</p> <p><br />&ldquo;我們正試圖了解儲(chǔ)存在這些系統(tǒng)中的碳對(duì)氣候變化的脆弱性，&rdquo;Gewirtzman 說(shuō)。</p> <p><br />紅樹(shù)林是熱帶地區(qū)碳含量最高的森林之一，但根據(jù)藍(lán)碳倡議，在過(guò)去的 50 年里，全球有 30% 至 50% 的紅樹(shù)林已經(jīng)消失。&nbsp;&nbsp;<br />&ldquo;通過(guò)我們正在進(jìn)行的工作，我們將能夠更好地準(zhǔn)確評(píng)估紅樹(shù)林作為藍(lán)色碳匯的影響力，&rdquo;亞當(dāng)斯說(shuō)。&ldquo;我認(rèn)為最令人興奮的發(fā)現(xiàn)之一是，如果恢復(fù)的地點(diǎn)和未受干擾的地點(diǎn)比受干擾的地點(diǎn)做得好得多。然后我們可以為恢復(fù)和保護(hù)紅樹(shù)林提出更有力的理由。&rdquo;&nbsp;</p> <p><br /><span class="h1">遷移鹽沼&nbsp;</span></p> <p><br />YSE 高級(jí)講師和水資源與環(huán)境化學(xué)研究科學(xué)家 Shimon Anisfeld 一直在追蹤氣候變化對(duì)鹽沼的影響，鹽沼將碳儲(chǔ)存在泥炭中。海平面上升一直是沿海鹽沼的主要壓力，這可能導(dǎo)致它們崩潰并釋放碳。&nbsp;&nbsp;</p> <p><br />&ldquo;我擔(dān)心 50 年后，隨著海平面加速上升，我們的許多沼澤地都會(huì)消失，&rdquo;安尼斯菲爾德說(shuō)。</p> <p><br />他的研究表明需要規(guī)劃沼澤遷移以保護(hù)它們，以便它們可以繼續(xù)儲(chǔ)存碳并成為抵御風(fēng)暴的天然緩沖。這意味著沿海地區(qū)的開(kāi)發(fā)較少，那里的房屋通常毗鄰鹽沼。&nbsp;</p> <p><br />正如 YSE 研究人員在康涅狄格州斯托寧頓的巴恩島野生動(dòng)物管理區(qū)發(fā)現(xiàn)的那樣，海平面上升使沼澤變得更加濕潤(rùn)，但也使它們能夠向上移動(dòng)到沿海森林中。</p> <p><br />&ldquo;我們需要圍繞沼澤遷徙走廊進(jìn)行規(guī)劃，并為它們留出空間，&rdquo;他說(shuō)。</p> <p><br />&ldquo;從海岸進(jìn)行有管理的撤退與為鹽沼留出空間是相容的。&rdquo;&nbsp;</p> <p><br />Liz Plascencia '22 MEM 與 Anisfeld 完成了一項(xiàng)關(guān)于藍(lán)碳的獨(dú)立研究，她說(shuō)這項(xiàng)新研究將幫助公眾和政策制定者了解保護(hù)沼澤的重要性。</p> <p><br />&ldquo;這不是貧瘠的土地。這是一個(gè)非常高效的生態(tài)系統(tǒng)，具有大量的共同利益。我希望我們能夠分享鹽沼的藍(lán)色碳封存潛力，以幫助吸引土地使用管理者和決策者的更多關(guān)注，&rdquo;Plascencia 說(shuō)。&nbsp;</p> <p><br /><span class="h1">旨在減少甲烷的新實(shí)驗(yàn)</span></p> <p><br />YSE 正在探索的另一個(gè)有前途的研究領(lǐng)域是通過(guò)在同樣儲(chǔ)存碳的濕地生態(tài)系統(tǒng)中添加礦物質(zhì)來(lái)減少生物甲烷排放。</p> <p><br />為了減少排放，Raymond 實(shí)驗(yàn)室的 Girgenti 使用來(lái)自耶魯自然保護(hù)區(qū)的 1,200 磅沼澤沉積物在桶中創(chuàng)建了 72 個(gè)迷你濕地中觀世界，以測(cè)試添加鐵等礦物質(zhì)是否會(huì)減少甲烷排放。</p> <p><br />Girgenti 解釋說(shuō)，通過(guò)向土壤中添加鐵，微生物會(huì)優(yōu)先將其用作新陳代謝中的電子受體，而不是導(dǎo)致產(chǎn)生甲烷的有機(jī)化合物。這是因?yàn)殍F還原途徑為微生物提供了更多能量。&nbsp;&nbsp;</p> <p><br />到目前為止，鐵的添加起到了作用&mdash;&mdash;至少在實(shí)驗(yàn)室的水桶中是這樣，Girgenti 說(shuō)，他定期通過(guò)自己建造的設(shè)計(jì)復(fù)雜的封閉室測(cè)試空氣，以獲得甲烷讀數(shù)。&ldquo;這是一個(gè)非?？焖俚姆磻?yīng)，甲烷的生產(chǎn)剛剛被關(guān)閉，&rdquo;他說(shuō)。&nbsp;</p> <p><br />希望將這種成功轉(zhuǎn)移到自然濕地。&nbsp;&nbsp;</p> <p><br />&ldquo;如果你正在建造或使用濕地進(jìn)行天然碳捕獲，你可以關(guān)閉或減少甲烷排放，從而減少濕地開(kāi)始進(jìn)行新的碳封存所需的時(shí)間，&rdquo;Girgenti 說(shuō)。&nbsp;</p> <p><br />Girgenti 還在研究增加自然風(fēng)化過(guò)程以減少排放的方法。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，他將玄武巖添加到他的一些微型中宇宙中。然而，化學(xué)風(fēng)化需要時(shí)間，因此現(xiàn)在判斷添加玄武巖是否有效還為時(shí)過(guò)早。</p> <p><br /><span class="h1">提高碳吸收</span></p> <p><br />今年春天在佛蒙特州，Jim Saiers 與 Raymond 和 Planavsky 一起監(jiān)督一個(gè)團(tuán)隊(duì)將碎玄武巖撒到有溪流穿過(guò)的牧場(chǎng)上，以檢查流域中增強(qiáng)的風(fēng)化作用。當(dāng)雨水和融雪與巖石和土壤相互作用并溶解礦物質(zhì)時(shí)，就會(huì)發(fā)生風(fēng)化，二氧化碳會(huì)轉(zhuǎn)化為碳酸氫鹽，從而隔離二氧化碳并將其從大氣中移除。&nbsp;&nbsp;</p> <p><br />&ldquo;減少溫室氣體排放至關(guān)重要，但我們還需要從大氣中捕獲二氧化碳以實(shí)現(xiàn)氣候穩(wěn)定目標(biāo)。增強(qiáng)的礦物風(fēng)化作用可能是去除 CO2 的實(shí)用工具之一，&rdquo;Saiers 說(shuō)，他是 Clifton R. Musser 水文學(xué)教授。&nbsp;</p> <p><br />他說(shuō)，這是第一次在流域范圍內(nèi)測(cè)試這種增強(qiáng)的自然風(fēng)化過(guò)程。&nbsp;&nbsp;</p> <p><br />研究小組還在研究二氧化碳消耗率如何隨時(shí)間變化、施用玄武巖的頻率以及哪種類型的巖石比其他類型的巖石效果更好。</p> <p>&nbsp;&nbsp;<br />&ldquo;我們希望我們可以用佛蒙特流域做的事情之一是找出有利于量化碳捕獲的技術(shù)和方法。這些技術(shù)可以應(yīng)用于其他地方，不僅是我們，其他科學(xué)家和管理人員也可以，&rdquo;Saiers 說(shuō)。&nbsp;</p> <p><br />如果它奏效并且碳捕獲得到加強(qiáng)，它將成為幫助緩解氣候變化的一種工具。&nbsp;</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;它可以成為解決方案的一部分，但它不會(huì)解決問(wèn)題，&rdquo;Saiers 說(shuō)。&ldquo;它是工具箱中的一種工具，但不能替代降低排放量。&rdquo;&nbsp;</p> <p><br />YSE 的所有這些研究將有助于堅(jiān)定地處理水體排放和吸收溫室氣體的問(wèn)題，這對(duì)全球預(yù)算有多重要，以及我們?nèi)绾喂芾磉@些系統(tǒng)以減少凈排放&mdash;&mdash;這些信息可能被證明是非常寶貴的窗口為避免氣候變化對(duì)人類和生態(tài)系統(tǒng)造成最嚴(yán)重的影響而繼續(xù)萎縮。</p> <p><br />編者按（2023 年 3 月 23 日）：Laura Logozzo 現(xiàn)在是加拿大艾伯塔省萊斯布里奇大學(xué)的博士后研究員。</p> <p>&nbsp;</p> <blockquote> <p>注：本文由院校官方新聞直譯，僅供參考，不代表指南者留學(xué)態(tài)度觀點(diǎn)。</p> </blockquote>