【科学网】兰大黄建平团队提出气候变化研究新视角
氧气含量减少或将影响人类生存环境

日期: 2018-09-06 阅读: 来源: 关键词:

今夏各地频发高温、暴雨,北美爆发森林大火,全球变暖引发的极端天气再次给人类敲响气候变化的警钟。

“过去我们一直关注二氧化碳浓度快速上升,却忽视了大气中氧浓度的变化。”兰州大学大气科学学院黄建平教授对记者说。目前,大气中氧气浓度下降的速度是二氧化碳上升速度的两倍,假定二氧化碳排放维持高排放情景,预计本世纪末,年氧气消耗将从现在的39Gt(1Gt=109t)增加到约100Gt。该成果于2018年8月在线发表于《科学通报》(英文版)。

近百年来,全球气候系统正经历着以全球变暖为主要特征的显著变化。在科学界密切关注大气中二氧化碳浓度迅速增加对全球气候、生态系统的影响时,我们却忽视了大气中另一个主要成分——氧气的变化。氧气作为地球大气最重要的组分之一,在全球生物化学循环中扮演重要角色,是维持人类及多数生命体各项生理活动的第一需要。然而,国际上对地球系统中氧循环的研究仍十分有限。

2017年,一个偶然的灵感使黄建平开始关注大气中的氧含量。通过研究全球9个站点1989年至今的观测资料,研究小组发现,大气中被认为“取之不尽、用之不竭”的氧气,正以二氧化碳浓度上升速度的两倍下降。“这是不可忽视的问题,值得我们警惕。”中国科学院院士、我国著名气候动力学家吴国雄说,国际上很关注碳循环,也有做碳氮循环的相关研究,而氧循环是一个全新的研究领域,值得我们深入研究。

工业革命以来,大规模的化石燃料燃烧、人口增长、过度放牧、城市扩张等人类活动大大增加了氧气的消耗量,这使得长期维持的氧气收支平衡被打破,氧气亏损正在增大。黄建平教授及团队根据历史观测与数值模拟资料,对氧气产生和氧气消耗过程进行了定量估算,并预估了其未来的变化。结果显示,目前陆地和海洋生态系统氧气产量仅约17.8Gt,而全球耗氧总量每年已达39Gt,其中,化石燃料燃烧年约消耗25Gt氧气,是氧气浓度下降的主要原因。人类活动所消耗的氧气远远高于生态系统产生的氧气,这造成大气中氧气含量正以每年约21.2Gt的速度降低(每年约4ppm),是二氧化碳浓度上升速度的2倍左右。若不尽快采取措施,本世纪末大气中氧气将每年减少约100Gt(每年约18ppm)。

黄建平表示,如果将地球气候系统比作人体,目前氧气浓度下降对地球的影响可以用“癌症”形容。缺氧导致土地“癌化”,“癌化”土地的扩张会吞噬人类赖以生存的健康土地。土地失去植被,就会中断人类赖以生存的食物链,也将丧失存储地下水的能力,降水量随之减少,形成沙漠和干旱区。如果没有人为改善,沙漠会继续向周边蔓延,这种情况如同人类的癌细胞,汲取周围健康细胞的营养,并疯狂地扩散,最终危及人类的生命。如果人类不及时控制化石燃料燃烧,本世纪末,全球健康土地将仅剩23%,癌化及死亡土地分别为40%和21%。不仅如此,土地癌化还将导致生物多样性减少,对鸟类及哺乳动物威胁的贡献达42.2%和31.1%。

虽然目前氧气浓度的下降尚未对人类健康造成显著威胁,但我们赖以生存的环境和呼吸的空气正悄然间发生巨大的变化。北京师范大学特聘教授李占清表示,从科学探索领域来讲,这是非常有趣的命题,值得研究。从人类发展角度看,如果我们一直持续现在的生活方式,会造成地球环境显著的变化。

吴国雄院士指出,关于整个氧循环系统,未来还有很多方向需要研究,比如,海洋与陆地的氧收支,工业、人类、生物耗氧量的细分等等。黄建平表示,团队将进一步细化、完善研究方向,计划用三到五年时间,申请国家项目支持,通过IUGG(国际大地测量和地球物理学联合会)推动全世界合作观测氧的变化,并促使氧循环成为中国科学家领导的国际大科学计划。

黄建平表示,建设生态文明,不仅仅要减排,更要建设一个能够自我恢复的生态系统。地球是人类的共同体,我们都要爱护。目前,人类正在无情地消耗地球几十亿年进化过程中所累积的氧气,这些变化终将威胁人类的生存,应当引起科学界和各国政府的高度重视,并尽快拟定应对方案。

(科学网  2018年9月4日)

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编辑:赵洋

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