甲烷:一种强力温室气体

冰封的湖泊沉积物产生甲烷气泡
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甲烷是天然气的主要成分,但其化学和物理特性也使其成为一种强大的温室气体,并对全球气候变化造成令人担忧的影响。

甲烷

甲烷分子CH4它由中心的一个碳原子和四个氢原子组成。甲烷是一种无色气体,通常由以下两种方式之一形成:

  • 生物甲烷是由微生物在缺氧条件下分解某些类型的糖产生的。这种由生物产生的甲烷可以在产生后立即释放到大气中,也可以在潮湿的沉积物中积累,稍后再释放。
  • 热成因甲烷是有机物被深埋在地质层下数百万年,然后在压力和高温下分解形成的。这种甲烷是天然气的主要成分,占天然气的70%到90%。丙烷是天然气中常见的副产品。

生物成因甲烷和热成因甲烷的来源可能不同,但它们具有相同的性质,使它们都是有效的温室气体。

甲烷是温室气体

甲烷和二氧化碳和其他分子,对温室效应.来自太阳的反射能量以较长波长红外辐射的形式激发了甲烷分子,而不是传播到太空中。这使得大气温度升高,足以使甲烷在温室气体排放中占20%的比重,其重要性仅次于二氧化碳。

由于甲烷分子内的化学键,它吸收热量的效率比二氧化碳高得多(高达二氧化碳的86倍),这使它成为一种非常有效的温室气体。幸运的是,甲烷在被氧化变成水和二氧化碳之前只能在大气中存在10到12年。二氧化碳可以持续几个世纪。

一个上升趋势

根据美国环境保护署(EPA),大气beplay体育官网电脑中甲烷的含量已经增加自工业革命以来,从1750年的约722 ppb增长到2015年的1834 ppb。然而,世界上许多发达地区的排放现在似乎已经趋于平稳。

化石燃料再次成为罪魁祸首

在美国,甲烷的排放主要来自化石燃料工业。甲烷不像二氧化碳那样在我们燃烧化石燃料时释放,而是在化石燃料的提取、加工和分配过程中释放。甲烷会从天然气井口、加工厂、有故障的管道阀门,甚至是将天然气输送到家庭和企业的分配网络中泄漏。一旦到达那里,甲烷就会继续从煤气表和以燃气为动力的电器如加热器和火炉中泄漏出来。

一些事故发生在处理天然气过程中,导致大量气体的释放。2015年,加州的一个储存设施释放了大量的甲烷。波特牧场的泄漏持续了数月,向大气中排放了近10万吨甲烷。

农业:比化石燃料更糟糕?

在美国,甲烷排放的第二大来源是农业。在全球评估时,农业活动实际上排在第一位。还记得那些在缺氧条件下产生生物甲烷的微生物吗?草食性牲畜的肠道里充满了它们。牛、绵羊、山羊,甚至骆驼的胃里都有产甲烷细菌,以帮助消化植物,这意味着它们会集体排出大量的甲烷气体。这不是一个小问题,因为据估计,在美国,整整22%的甲烷排放来自牲畜。

甲烷的另一个农业来源是水稻的生产。稻田中也含有产生甲烷的微生物,而潮湿的田地释放的甲烷约占全球甲烷排放量的1.5%。随着人口的增长和对种植粮食的需求的增加,以及气温随着气候变化而上升,预计稻田的甲烷排放将继续增加。调整水稻种植方法可以帮助缓解这个问题:例如,在季节中期暂时减少水分会产生很大的影响,但对许多农民来说,当地的灌溉网络无法适应这种变化。

从废物到温室气体

有机物质在垃圾填埋场深处分解产生甲烷,甲烷通常被排出并释放到大气中。据美国环保署称,垃圾填埋场是美国第三大甲烷排放源,这是一个非常重要的问题。幸运的是,越来越多的设施收集气体,并将其输送到使用锅炉的工厂,用废气发电。

来自寒冷的甲烷

随着北极地区迅速升温,即使在没有人类直接活动的情况下,甲烷也会释放出来。北极苔原,连同它众多的湿地和湖泊,包含了大量被冰和永久冻土锁住的泥炭样的死亡植被。当这些泥炭层解冻时,微生物活动加快,甲烷释放出来。在一个麻烦的反馈循环中,大气中甲烷的含量越多,温度就越高,融化的永久冻土就会释放出更多的甲烷。

为了增加不确定性,另一个令人担忧的现象有可能进一步迅速破坏我们的气候。在北极土壤下和海洋深处,大量的甲烷被困在一个像冰一样的水网状结构中。由此产生的结构被称为包合物,或甲烷水合物。大量的包合物沉积物会因洋流变化、水下滑坡、地震和变暖的温度而变得不稳定。无论出于何种原因,大量的甲烷包合物沉积物的突然崩塌都会向大气中释放大量的甲烷,并导致快速变暖。

减少我们的甲烷排放

作为一个消费者,减少甲烷排放最有效的方法是减少我们对化石燃料能源的需求。其他措施还包括选择红肉含量低的饮食,以减少对产生甲烷的牛的需求,并进行堆肥,以减少送往垃圾填埋场的有机废物的数量,因为垃圾填埋场会产生甲烷。