作者:Ethan Siegel

翻译:山寺小沙弥

审校:Alex Yuan


有人说一座火山一次喷发所排出的二氧化碳的量比人类活动一年排放的还要多,人类活动不是导致二氧化碳浓度上升的主要原因,那么事实真相是怎样的呢?


每一次火山喷发都会产生很多污染物,除了火山灰还有粉尘以外,还有“温室杀手”——二氧化碳,它是大气中主要的温室气体之一。在目前人类已知的最极端的情况下,一次火山喷发在短短数小时内就可以产生数百万吨的二氧化碳。那么,会不会存在这样一种可能:一座火山喷发时向大气中排放的二氧化碳的量比人类一整年生产生活中产生的二氧化碳量还多呢?为了回答这个问题,咱们就来看看科学的数据吧!

                                         

NASA的一颗卫星拍摄的地球照片  来源:NASA / Blue Marble Project.


在太空中来看,我们可以明确感受到地球真的是一个可以孕育生命的星球,它与太阳系中其他的行星有很大的差别。这个星球有陆地、海洋、变化的云层,以及虽然稀薄但必不可少的大气层。整个星球生机勃勃,气候每天都在变化,四季鲜明。如果没有大气层,那么地球的气温将会降低33℃,此时的地球将没有液态水存在,我们在太空中看到的也只能是地球的表面,而由于失去了液态水,当地球表面发生变化后,它将无法恢复原貌。尽管大气层的质量小于地球质量的0.0001%,但正是由于它的存在,才使得地球变得适合生物居住。


虽然地球大气层的重量只有5.15 x 1018 千克(小于地球质量的0.0001%),但是它的存在对地表形态起着至关重要的作用。  来源:Cosmonaut Fyodor Yurchikhin / Russian Space Agency Press Services.


大气压的存在使得地球上的水能以液态的形式出现。云、水蒸气、甲烷、二氧化碳的存在,能为海洋中的水提供一定的热量,以免它们冻结。碳元素是组成地球的重要元素之一,同时它也是宇宙中含量第四多的元素,有机物的形成少不了它。它的存在,是除了太阳以外,决定地球温度的最重要因素,因为主要的三种温室气体,其中两种就和它有关(另一种是水蒸气)。但是,大部分的碳元素并不存在于地壳中,而在地幔深处。


地幔中富含大量碳元素,在美国对应区域的地幔中,很多碳元素以碳酸盐的形式存在。

图片来源:Royal Holloway University of London.


数十亿年来, 火山喷发这样的地质过程控制了大气中碳的浓度, 因为火山活动是碳元素从地幔进入到大气层的主要方式。地幔中的碳元素大部分是以碳酸盐的形式存在, 但也有大量的二氧化碳封存在地幔深处, 溶解于液态岩石中。根据最近对美国地下碳储量的研究,进而估计整个地幔中的碳含量,我们可以得出地幔中的碳含量约为100万亿吨,而如今大气中的二氧化碳的含量仅为3.2万亿吨(折合成含碳量约为8700亿吨)。


温室气体排放量的增多(无论源头在哪里),对地球的气候产生巨大的影响。

来源:U.S. National Parks Service


现在,我们已经可以精确的测量和估计人类通过燃烧化石燃料等方式向大气中排放的二氧化碳的量,但是,如果想了解人类的这些活动的影响,我们就得知道究竟自然中产生(非人为因素)的二氧化碳的量有多少。人类在一年中排放的二氧化碳的量约为290亿吨,占比略小于大气中二氧化碳含量的1%。我们倾向于认为,火山喷发是导致大气中二氧化碳的增加主要来源,而且例子也不仅仅只有埃特纳火山一个,它只是最典型的代表性示例之一。如果有人问你“你认为今年最可能爆发的火山是什么”,“埃特纳火山”恐怕是最“可靠”的答案。


在国际空间站上的远征五号的三名宇航员观察到埃特纳火山壮观的火山喷发, 他们对火山喷发引起的火山灰和粉尘的细节进行了拍摄。  来源:NASA / ISS


我们可以比较准确地测量埃特纳火山排放二氧化碳的量,平均每天约为1.6万吨,一年约为580万吨。也许和人类活动相比,这样的排放量不会给你留下深刻的印象,但是,这仅仅是一座火山的排放量!在全球,无论是活跃还是休眠,很多火山都在持续地排放着二氧化碳,这意味着这些火山的二氧化碳排放量是不容小觑的。


世界上有数百座活火山和休眠火山,图中的火山位于堪察加半岛,它一直在释放着二氧化碳。

来源:Cosmonaut Fyodor Yurchikhin / Russian Space Agency Press Services.


2013年,科学家们对火山喷发的大量数据进行整理分析,让人们对地球上火山的二氧化碳排放量有了比较清楚的认识。他们发现:


  • 对33座火山排放的二氧化碳含量进行测量的结果显示,这33座火山平均每年约排放了6000万吨二氧化碳。


  • 全球约有150座这样的火山,那么根据上面的数据,可以估算这些火山每年约排放2.73亿吨二氧化碳。


  • 30座历史上曾喷发过的火山每年约排放640万吨的二氧化碳。


  • 全球共有约550座上述类型的火山,科学家们推断这些火山每年约排放1.17亿吨的二氧化碳。


  • 全球的火山湖每年约排放9400万吨的二氧化碳。


  • 死火山等其他区域每年约排放6600万吨二氧化碳。


  • 最后, 大洋中脊每年约排放9700万吨二氧化碳。


沿大洋中脊的热液喷口以 "黑色吸烟者" 的形式排放碳和二氧化碳, 但目前尚不清楚这一过程是否会导致大气中二氧化碳含量增加, 也许它们在进入大气层之前就已经全被吸收掉。

来源:P. Rona; OAR/National Undersea Research Program (NURP); NOAA


将上面的数据加起来,总的二氧化碳的排放量约为6.45亿吨。当然,这个结果也许并没有那么准确,毕竟这其中存在很多估算的数据,每年的火山活动都不一样,选取埃特纳火山为例也稍显特殊。但至少我们有了这样一个数据——6.45亿吨来和人类活动引发的二氧化碳排放的数据——290亿吨进行对比。此时你就会发现,究竟是什么原因使得1750年以来大气中二氧化碳的含量急剧增多。


地球大气中二氧化碳的浓度可以通过冰核测量(容易追溯到数十万年前)以及大气监测站(如莫纳罗亚山上面的监测站)来确定。自17世纪中叶以来,大气中二氧化碳含量急剧增加。  来源:CIRES & NOAA


历史上还有几次罕见的火山喷发,如1980的圣海伦斯山喷发还有1991年的皮纳图博山,它们分别排放了1000万吨和5000万吨的二氧化碳,也就是说,只有当3个圣海伦斯山和1个皮纳图博山每天都发生火山喷发时,总的二氧化碳排放量才能和人类活动产生的二氧化碳总量相等。


菲律宾火山研究所和美国地质调查局合作,使得1991年的皮纳图博火山喷发的时间和喷发的规模得到准确的预测, 让成千上万的平民能够成功地撤离。  来源:Albert Garcia


地球的地幔中碳含量达数万亿吨,即使只是总量的小部分排放到大气中,也会对人类带来灾难性的后果。但是如果考虑火山喷发实际的排放量,那么每年不到10亿吨是一个很小的数目,地球可以很好的处理这些二氧化碳,使大气中二氧化碳含量处于动态平衡的状态。


1912年诺瓦鲁普塔火山喷发是20世纪规模最大的一次喷发,排放的二氧化碳量还不足2亿吨。

来源:Judy Fierstien, USGS


如果没有近代以来的人类活动,那么气候是稳定的,大气中二氧化碳的含量也不会急剧增多。这些问题是人类引起的,如果我们想要使气候变回原来的样子,解铃还须系铃人,我们应该采取一些行动。



原文链接:

https://www.forbes.com/sites/startswithabang/2017/06/06/how-much-co2-does-a-single-volcano-emit/#2fdf1a2a5cbf

编辑:山寺小沙弥


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作者:佚名
来源:中科院物理所