什么是黑碳?概述、影响和缓解策略

了解我们可以做些什么来解决全球变暖的第二大原因。

通过
David M. Kuchta
大卫Kuchta
David M. Kuchta
作家
  • 卫斯理大学，加州大学伯克利分校

David Kuchta博士有10年园艺经验，广泛阅读环境史和能源转型方面的书籍。beplay体育官网电脑自20beplay体育官网电脑世纪70年代以来，他是一位环保活动家，同时也是一位历史学家、作家、园丁和教育家。

了解我们的 编辑过程
2021年10月26日发布
2000年6月16日，加州约塞米蒂国家公园，行人在约塞米蒂村附近穿过一辆公交的灰尘和柴油尾气。

大卫·麦克纽/新闻人物/盖蒂图片社

黑碳是煤烟、烟雾和烟雾的主要成分之一。它是不完全燃烧木柴或化石燃料等有机材料后留下的残留物。

在合适的地方，它是土壤中重要的天然肥料，这就是为什么人们几千年来一直实行刀耕火种的农业。在错误的地方，炭黑沉淀在肺部深处，导致过早死亡，或者沉淀在雪上，增加灾难性洪水的风险。悬浮在大气中，它是导致全球变暖的第二大因素，仅次于二氧化碳。

由于黑碳对弱势社区的影响不成比例，解决黑碳问题是一个环境正义问题。beplay体育官网电脑

黑碳的来源

在工业时代之前，火是黑碳的主要来源，无论是自然发生的还是人为引起的。作为自然碳循环的一部分，生物质燃烧产生更多的固体黑碳(生物炭)而不是在空气中产生黑碳(烟灰)。火主要是将碳封存在土壤中，而不是释放到大气中，而释放到大气中的碳又被植物重新吸收。

土壤中高达40%的有机碳是黑碳，从而增加土壤的肥力。即使在今天，生物炭也被用来提高植物的肥力因密集工业化农业而退化的土壤．

工业时代

随着18世纪后期工业化的开始，煤(最脏的化石燃料)开始出现取代生物燃料成为黑碳排放的主要来源。大气中的黑碳(烟灰)增加了7倍，在20世纪初达到顶峰。

然而，生物质的燃烧仍在继续，特别是在低收入国家的农村地区，全球有20亿人依赖木材、粪便或作物残余物形式的生物质作为取暖和做饭的主要燃料。事实上，随着20世纪人口的快速增长，生物质的燃烧翻了一番。低效炉灶是主要来源。

在全球范围内，化石燃料的碳排放量大约是生物质燃料的两倍，估计占所有黑碳排放量的25%。每种来源对大气黑碳的贡献因地区的工业化和城市化而异，农村地区生物质贡献更多黑碳，城市地区化石燃料贡献更多黑碳。

1952年，泰晤士河塔桥附近烟雾弥漫的一艘拖船。
1952年的伦敦烟雾主要是由黑碳造成的。

福克斯照片/赫尔顿档案/盖蒂图片社

继化石燃料和生物质之后，道路灰尘是黑碳的第三个来源，特别是来自汽车尾气以及刹车和轮胎磨损。如今，柴油尾气排放的黑碳比其他任何单一来源都要多，其中90%来自交通运输部门。城市颗粒物(PM2.5)，道路附近的黑碳含量可能高出50%至200%。在燃煤电厂周围，落在道路上或附近的煤烟重新悬浮在空气中。

黑碳的危害

黑碳的影响既是一个全球性问题，也是一个地方性问题。这些影响取决于排放的来源和位置，黑碳的生物质来源对人类健康有局部影响，而化石燃料来源可能导致更多的全球性问题，例如增加自然灾害和全球变暖的风险。

对人类健康的影响

虽然黑碳只在大气中停留几天，但它对人类健康的影响可能是巨大的。根据两项研究，在农村地区，炉灶造成的家庭黑碳空气污染对妇女和儿童的影响尤为严重。在城市地区，道路灰尘，尤其是燃煤电厂和港口设施附近的灰尘，也会带来类似的风险，低收入家庭和有色人种接触黑碳的风险显著增加。例如，在底特律地区的一项研究中，贫困社区和有色人种社区的道路附近黑碳浓度比其他地方高出35%-40%。

全球变暖

卡车在长滩港和洛杉矶港附近行驶，这是美国最繁忙的港口综合体
加州长滩港。

大卫·麦克纽/盖蒂图片社

炭黑被认为是温室气体排放的“第二大”来源。来自化石燃料的黑碳的全球变暖潜能值是来自生物质的黑碳的两倍。因为黑碳吸收而不是反射光，它阻止了通常会逃逸回太空的能量离开地球大气层，从而导致全球变暖。

无论黑碳落回地球表面还是悬浮在大气中，情况都是如此。当黑碳落在雪地上时，它的作用尤其强大，使变黑的雪吸收更多的热能，而不是将其反射回太空。根据最近的研究，黑碳是加速冰川和积雪融化的50%以上的原因。在极地地区，这是海平面上升的直接原因。

自然灾害

在冰川等常年结冰的地区，黑碳的存在增加了洪水的风险。喜马拉雅山的冰川融化增加了生活在恒河和雅鲁藏布江流域的7800万人口的洪水风险。黑碳被认为与中国北方干旱和南方洪水频繁发生，以及源自阿拉伯海的热带气旋强度增加有关。

技术解决方案

赞比亚的太阳能炊具
赞比亚的太阳能炊具。

蒂娜·斯塔拉德/盖蒂图片社

黑碳是beplay体育官网电脑环境正义问题，因为风险主要影响生活在贫困中的人，发展中国家的人，以及世界各地的有色人种。重要的是，减少黑碳排放的方法已经存在。实施后，它们可以改善人类健康，到2050年将全球变暖降低约0.2摄氏度。

黑碳和二氧化碳通常是在相同的燃烧过程中排放的(如柴油燃料的燃烧)，因此许多努力减少CO2排放也会有减少黑碳的效果。然而，一些缓解努力对于降低黑碳排放水平尤为重要。

  • 更清洁炉灶太阳能炊具等有可能减少农村黑碳排放，减缓森林砍伐，改善人类健康，并提高教育水平，因为儿童花大量时间收集柴火，这减少了他们受教育的机会。
  • 再生农业涉及通过将碳和其他营养物质返回土壤来保持土壤健康的实践。黑碳在土壤中持续稳定存在数千年，因此，将其作为生物炭返回土壤也可以作为一种碳农业或者“负排放”。
  • 混合动力和电动汽车减少道路灰尘水平主要依靠再生制动而不是摩擦制动，摩擦制动产生的颗粒物质估计占道路交通的20%。
  • 交通更少，交通更清洁减少接触黑碳。低排放区(LEZ)也很有效:伦敦的LEZ减少了40%-50%的黑碳。减少卡车柴油污染还可以改善低收入和弱势社区的健康状况;加州长滩港获得了美国环保局的认证beplay体育官网电脑环境正义成就奖为了这样一个项目。
  • 清洁运输．由于黑碳只在大气中悬浮几天，在极地等敏感地区减少船舶黑碳排放对减少融雪和海平面上升具有重大影响。
查看文章来源

  1. 相比之下，燃烧化石燃料比固体木炭产生更多的烟尘。韩，y.m.，安志生，曹俊杰。“人类世——基于黑碳、焦碳和煤烟记录的潜在地层定义。”在M. Goldstein中，人类世百科全书．爱思唯尔有限公司，2017。

  2. Jaffé， Rudolf等，“全球木炭动员从土壤通过溶解和河流运输到海洋。”科学340:6130(2013年4月19日)，345-347。DOI: 10.1126 / science.1231476。

  3. Cusack, Daniela F.等，“土壤黑碳保存的矿物学控制”。全球生物地球化学循环26:2(2012年6月)。gb004109 doi: 10.1029/2011 2012人。

  4. El-Naggar, Ali等，“生物炭在低肥力土壤中的应用:现状回顾和未来展望。”Geoderma337(2019年3月1日)，539-554。https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2018.09.034。

  5. 瓦茨拉夫·Smil。能源与文明:一段历史．马萨诸塞州剑桥:麻省理工学院出版社，2017,227。无烟煤的碳含量接近100%，烟煤的碳含量约为85%，而原油的碳含量为82 - 84%。石油的能量密度几乎是煤炭的两倍。

  6. Bond, Tami C.等，“1850-2000年与能源相关燃烧产生的黑色和有机碳气溶胶的历史排放。”全球生物地球化学循环21:2(2007年6月)。https://doi.org/10.1029/2006GB002840。

  7. 麦康奈尔，约瑟夫R等，“20世纪工业黑碳排放改变了北极气候强迫。”科学317:5843(2007年9月7日)，1381-1384。DOI: 10.1126 / science.1144856。

  8. Roden, Cristoph A.等人，“对传统和改进炉灶的颗粒物和一氧化碳排放的实验室和现场调查。”大气环境beplay体育官网电脑43:6(2009年2月)，1170-1181。https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2008.05.041。

  9. 在撒哈拉以南非洲，20世纪末，燃烧生物质提供了80%的农村能源。Smil,能源与文明, 285年。

  10. dela Sota, Candela等人，“估算炉灶黑碳排放方法的相互比较。”全环境科学beplay体育官网电脑595(2017年10月1日)，886-893。http://dx.doi.org/10.1016/j.scitotenv.2017.03.247。

  11. 拉马克,肯尼迪。历史上(1850-2000)人为和生物质燃烧排放的反应性气体和气溶胶的网格:方法学和应用。大气化学与物理10:15(2010)， 7017。doi: 10.5194 / acp - 10 - 7017 - 2010。

  12. 戚，凌，王淑晓。“通过GEOS-Chem模拟和碳同位素测量，化石燃料燃烧和生物质燃烧的全球黑碳来源。”大气化学与物理19:17(2019)， 11545-11557。DOI: 10.5194 / acp - 19 - 11545 - 2019。有关当地研究，请参见Mousavi, Amirhosein等人，“意大利米兰大都市区化石燃料和生物质燃烧产生的黑碳(BC)的来源分配”。大气环境beplay体育官网电脑203(2019年4月15日)，252-261。https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2019.02.009。Li Chaoliu等，“喜马拉雅山-青藏高原冰川的黑碳来源。”自然通讯7:12574(2016年8月)。doi: http://dx.doi.org.une.idm.oclc.org/10.1038/ncomms12574。

  13. 邦德，“历史排放”，同上;政府间气候变化专门委员会。气候变化2013:自然科学基础．剑桥大学出版社，2013,360-361。

  14. Li, Ying等人，“评估与美国环境黑碳暴露相关的公共健康负担。”全环境科学beplay体育官网电脑539(2016年1月1日)，515-525。http://dx.doi.org/10.1016/j.scitotenv.2015.08.129;近路颗粒物污染:美国近路监测点的PM 2.5、黑碳和超细颗粒．德克萨斯州运输部2019年12月)。

  15. Liu, Yuan等，“燃煤电厂附近道路粉尘的碳分馏和稳定碳同位素指纹图谱，重点研究煤相关源的解析。”生态毒理学与环境安全“，beplay体育官网电脑202:1(2020年10月1日)。https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2020.110888。

  16. 布斯，本和尼古拉斯·贝卢因。“黑碳和大气反馈。”自然519:7542(2015年3月12日)，167-168。DOI: 10.1038 / 519167 a。

  17. 阿里夫，穆罕默德和莎古塔·帕文。“室内黑碳和颗粒物(PM2.5和PM10)对印度农村家庭的致癌影响。”beplay体育官网电脑环境科学与污染研究“，28(2020年8月31日)，2082-2096。https://doi.org/10.1007/s11356 - 020 - 10668 - 5;Young, Bonnie N.等人，“洪都拉斯农村妇女暴露于生物质炉灶产生的家庭空气污染与血压:一项横断面研究。”室内空气29:1(2019年1月)，130-142。https://doi-org.une.idm.oclc.org/10.1111/ina.12507。

  18. Krieger, Nancy等人，“黑碳暴露，社会经济和种族/民族空间极化，以及极端集中指数(ICE)。”健康和场所34(2015年7月)，215-228。http://dx.doi.org/10.1016/j.healthplace.2015.05.008。

  19. DeWinter, Jennifer L等人。”大底特律地区环境正义(EJ)和非EJ社区附近道路空气污染的评估beplay体育官网电脑该报告于2019年10月11日向密歇根州环境、五大湖和能源部提交。beplay体育官网电脑

  20. 邦德，T.C.等人，“黑碳在气候系统中的作用:科学评估。”地球物理研究杂志:大气118:11(2013年6月16日)，5380-5552。https://doi.org/10.1002/jgrd.50171。

  21. Ramana, M.V.等人，“变暖受黑碳与硫酸盐的比例和黑碳源的影响。”自然地球科学3:8(2010年8月)，542-545。DOI: 10.1038 / ngeo918。

  22. 摩尼,Muthukumara。喜马拉雅冰川:气候变化、黑碳和区域恢复力．华盛顿特区:世界银行出版物，2020年，2,113。

  23. 同前。

  24. 范继文等:“人为空气污染对中国西南特大洪水的重大贡献。”地球物理研究快报42(2015年7月20日)，6066-6075。gl064479 doi: 10.1002/2015;梅农，苏拉比，詹姆斯·汉森，拉丽莎·纳扎连科和罗云峰。“中国和印度黑碳气溶胶对气候的影响。”科学297:5590(2002年9月27日)，2250-2253。DOI: 10.1126 / science.1075159。Evan, Amato T等人，“阿拉伯海热带气旋因黑碳和其他气溶胶的排放而加剧。”自然479:7371(2011年11月3日)，94-97。DOI: 10.1038 / nature10552。

  25. 西姆斯，R.， V. Gorsevski和S. Anenberg。黑碳缓解和全球环境基金的作用:STAP咨询文件beplay体育官网电脑．联合国全球环境基金，华盛顿特区，2015年。beplay体育官网电脑

  26. 莱维森，黛博拉，黛博拉·s·德格拉夫和埃斯特·w·邓古马罗。“环境琐事对学校教育的影响:坦桑尼beplay体育官网电脑亚儿童取水和取柴的时间。”欧洲发展研究杂志30:2(2018年4月)，217-234。DOI: 10.1057 / s41287 - 017 - 0079 - 2。

  27. Brodowski, S.等人，“土壤中聚集物阻塞的黑碳。”欧洲土壤科学杂志57:4(2006年8月)，539-546。https://doi-org.une.idm.oclc.org/10.1111/j.1365-2389.2006.00807.x．据估计，黑碳在土壤中的平均停留时间为2000年。Kuzyakov, Yakov，等。“黑碳分解和纳入土壤微生物生物量估计14C标记。”土壤生物学与生物化学41:2(2009年2月)，210-219。doi: 10.1016 / j.soilbio.2008.10.016。

  28. 史密斯,皮特。“土壤固碳和生物炭作为负排放技术。”全球变化生物学22:3(2016年3月)，1315-1324。https://doi-org.une.idm.oclc.org/10.1111/gcb.13178。

  29. Selley, Liza等人。”刹车灰尘空气污染对免疫细胞的危害可能与柴油尾气相同．”Phys.org2020年1月9日。

  30. 《欧洲城市通行条例》。”低排放区的影响．”

  31. 孔庆旭，蒋长民，吴凯宇。“限制黑碳排放对极地法规区货运的经济影响。”交通研究A部分:政策与实践147(2021年5月)，159-176。https://doi.org/10.1016/j.tra.2021.02.017。