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  • 03Sep

    關鍵的平衡 —— 對「碳循環」的基本認識

      假設你面前有一個很大的水缸。水缸的上方有一個水龍頭,正把水不停地傾注到水缸之中。另一方面,水缸近底部之處亦有一個水龍頭,可讓水從缸中流走。就是一個這樣簡單的裝置,即可大大加深我們對全球暖化危機的了解。

      水缸中的水便是大氣層中蘊含的二氧化碳。在工業革命之前,不斷流進大氣中的二氧化碳主要源自動物的呼吸,而不斷把二氧化碳移走的則是植物的光合作用。雖然其間也有涉及一些好像風化等的地質作用,但總的來說,動、植物之間的互動,令大氣中的二氧化碳水平處於一個微妙的動態平衡(Dynamic Equilibrium)。這種現象,科學家稱之為自然界的「碳循環」(Carbon Cycle)。在上述的例子中,這便有如從底部流出的水,被水泵不斷輸送回上方的水龍頭那兒,而由於流入量和流出量基本一致,因此缸中的水面高度保持不變一樣。

      留意在這種情況下,我們會把某一刻缸中儲有的水的總量稱為「庫存量」(Stock,往往又簡稱「庫存」),而把每時間單位流入或流出的水量稱為「流通量」(Flow,往往又簡稱「流量」)。另一方面,把水注入缸裡的水龍頭,我們稱為「排放源」(Source,往往簡稱「源頭」),而把水從缸中移走的水龍頭則稱為「吸納源」(英文的術語是Sink,由於背後的概念還包含了吸納後的儲存,因此更準確的稱謂是「吸儲庫」)。

      在認識全球暖化這個問題上,特別是探討如何對抗全球暖化的威脅之時,「庫存」、「流量」、「排放源」和「吸儲庫」這幾個概念皆十分重要,因此有必要先把它們弄清楚。

      回到大水缸這個例子之上。如果我們把上方水龍頭(排放源)的水流(流量)加大,缸中的水位最初自然會升高。但隨著水位升高,水缸底部的水壓亦會升高,而缸底水龍頭的流量(吸納量)亦會因此而增加,結果是︰水位會因為流出量加大了而很快便降回原有的水平。

      這正正解釋了為甚麼工業革命雖然發生了超過二百年,但大氣中二氧化碳含量的遞增(以及因此而帶來的增溫),並沒有立刻在記錄上顯示出來。這是因為人類最初傾注入大氣的二氧化碳總量不太大,而自然界的各種「吸納源」在二氧化碳濃度上升的情況下,自動地加大了吸納量,從而使二氧化碳的大氣濃度保持在一個大致穩定的水平。其中最重要的吸納源,是可把二氧化碳溶到水裡的海洋、陸地土壤裡的細菌,以及可以生長得更茂盛的森林。

      然而,上述的「自我調節機制」(Self-regulating Mechanism)是有限度的。以水缸中的水位為例,如果我們不斷加大注入水流的流量,底部那去水的水龍頭最終也會應付不了,而缸中的水位會開始慢慢上升。在現實世界裡,由於工業化的步伐不斷加劇而被排放到大氣當中的二氧化碳不斷增加,大自然的吸納能力最後也追不上排放的流量。吸納後剩餘下來的二氧化碳於是在大氣層中積累,最終導致濃度上升。這種上升最先是緩慢的,但隨著排放量的不斷上升以及各種自然「吸儲庫」的吸納能力趨向飽和,二氧化碳濃度的上升於是不斷加快,最後出現了基林曲線(Keeling Curve)中最末的急升階段。

      全球暖化的嚴重性,當然直接由大氣層中二氧化碳的庫存(Stock)所決定,而庫存的指標,正是這一氣體在大氣中的濃度。記得基林開始進行測量時,這一濃度是315 ppm。科學家透過了大量間接的資料(術語中稱為「替代性資料」,Proxy Data),推算出在工業化還處於較早期階段的一八五零年左右,這個濃度只是280 ppm。如果以這一數值作為基準(Benchmark)的話,人類的工業活動至今已令大氣層中的二氧化碳含量增加了近百分之四十之多!

      而最令人憂慮的,是這種排放(Flow)正不斷增大。按照科學家的計算,在上世紀九十年代初期,人類每年排放的二氧化碳約為六十億公噸(6 GtC / yr),而濃度上升的速率約為每年1-2 ppm。但到了二零一零年,排放的速率已增至近每年一百億公噸(10 GtC / yr),而濃度上升的速率已接近每年2.5 ppm。

      在「排放源」(Source)有增無減的情況下,更令人憂慮的是「吸納源 / 吸儲庫」(Sink)的減弱趨勢。科學家的研究顯示,如今每年近一百億公噸的排放,有超過二十億噸由海洋(包括海水的溶解和浮游植物的吸收)所吸納,另有近三十億噸則由陸地所吸收。也就是說,每年有近五十億噸的二氧化碳在大氣層裡積累起來。但如果各種「吸納源」的吸收能力因趨近飽和而逐漸下降,則二氧化碳的濃度將會猛然急升。一些計算指出,這個濃度到了本世紀末可高達1,000 ppm。按照古氣候學的資料,這將是地球過去一百萬年來所未見的!

    Posted by Eddy WC Lee @ 6:12 pm

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