“被低估的甲烷排放”之二 | 重磅研究确认化石燃料带来更多甲烷排放

编者按：近日，《自然》（NATURE）和《科学》（SCIENCE）刊发了两篇关于工业革命以来化石燃料人为引起的甲烷排放对全球甲烷排放贡献的文章，两篇论文都利用放射性同位素碳-14(¹⁴C)示踪技术，估算了工业革命以来化石燃料的人为甲烷排放量，并得出工业革命以来化石燃料的人为排放可能被低估的结论。美国环保协会（EDF）科学家在EDF官网发表博客，对此进行了评述。
本篇为“被低估的甲烷排放”系列第二篇。此前，我们发表了本系列首篇文章《被低估的甲烷排放”之一 | 废弃矿井甲烷持续排放，煤炭全生命周期气候影响或被低估》。计划于近日发表的本系列第三篇文章将讨论如何控制与利用甲烷，敬请期待。

EDF博客全文

《最新研究尚未解决大气中甲烷的某些来源问题，但我们仍需采取减排行动》

最近，两篇发表在《自然》和《科学》期刊的学术文章指出，化石燃料的自然甲烷排放（包括地下渗透、火山喷发等）要比人们之前估计的排放量低得多，而来自化石燃料的人为甲烷排放实则占据全球甲烷排放的更大份额。

实际上，针对这一话题，科学界一直都处于激烈的辩论中，但其中许多细节问题仍悬而未决，所以这一最新发现是否正确还有待观察。但是，研究人员的讨论清楚地表明，我们仍然需要努力大幅度减少石油和天然气供应链的甲烷排放。

对该话题的讨论

自工业革命开始以来，大气中的甲烷浓度增加了约150%，这主要是由石油和天然气的生产、煤炭开采、农业和垃圾填埋场等人为排放源造成的。然而，自2007年以来，甲烷浓度的增长尤为迅猛，约占总浓度的13%。科学界对这一增长背后原因的激辩也引起了公众的广泛关注。有学者认为，美国页岩气的繁荣发展可能是增长的主要推手，但实际上，目前尚未有足够的科学证据支持这种假设。而“全球碳项目” (Global Carbon Project )的设立，就是为了整合和协调科学界收集的数据，调查此类问题。 

上面提到的两篇论文关注的是化石燃料行业的甲烷排放量问题，而不是美国的页岩气是否导致了2007年以来全球甲烷排放的增加以及增加量的问题。“目前的甲烷排放量”正是EDF一直以来重视的问题——通过五年的实地测量，EDF牵头组织的一系列科学研究得出的结论是，美国油气行业的甲烷排放要比美国联邦环保局估计的高出60%。目前，EDF也正在其他国家开展类似的甲烷排放实测研究。

最新的研究

运用同位素指纹图谱技术，科学家能够通过比较大气中甲烷分子的化学结构（同位素特征）来区分古老的甲烷（即油气层和煤层中的化石甲烷）和最近产生的甲烷（如湿地和奶牛排放的甲烷）。

然而，要分辨出当前大气中“古老”的化石甲烷的来源是“自然”，还是从化石燃料的生产和使用产生的（“人为”），并不容易。为了回答这个问题，两篇论文的作者研究了数百年前，也就是在化石燃料广泛使用之前，格陵兰岛冰川深处的甲烷含量。由于被困在冰川深处的化石燃料甲烷只能来自于自然，且研究假定随着时间的推移，这些来自于自然的化石燃料甲烷排放量基本不变。

那么，只要从目前的化石燃料甲烷总排放量中减去自然源的化石燃料甲烷排放量，剩余的部分则可被认为是人类活动（主要是石油、天然气和煤炭的使用）所产生的人为源甲烷排放量。

发表在《自然》期刊的论文估计，全球人为导致的化石燃料甲烷排放要比之前的研究结果高出25-40%。而《科学》期刊上的论文使用了同样的方法，并将分析时间轴延伸到了更古老的年代，也得出相似的结论。

相互矛盾的证据

然而，细节永远是关键。两篇论文中使用的甲烷测量特定放射性碳同位素提供了一个全球情景即时快照，但在数据收集和解释上极其复杂。

这两篇论文中对化石燃料甲烷自然渗漏的估计与目前对地质甲烷渗漏开展的大量直接测量结果有较大出入。直接测量的数据显示，化石甲烷的自然渗漏量要比这两篇论文的估计高一个数量级。这些直接测量使用的是系统的、经过反复验证的方法，但仍有必要在全球范围内进行外推，以确定总排放量。

目前，对于如何调和这些矛盾的结果尚无共识。因此，我们认为现在下结论还为时过早。

采取减排行动

无论这两篇论文对当前人为化石燃料甲烷排放量的向上修正是否准确，它都不会改变人为甲烷排放量过高（导致目前全球变暖的25%以上）这一事实。

最近的科学研究清楚地表明，减少人为的甲烷排放在减缓全球变暖的速度上至关重要，而石油和天然气行业有着低成本、快速实现这一目标的措施，面对当前油气行业低成本高效益的减排机会，我们完全有理由尽快采取行动。

作者：Stefan Schwietzke，美国环保协会， 原文参见https://www.edf.org/ZGvN

《自然》和《科学》文章摘要

《自然》：Preindustrial¹⁴CH₄ indicates greater anthropogenic fossil CH₄emissions
放射性同位素¹⁴C能用来区分来自生物和化石燃料的甲烷排放。该物质包含在生物源甲烷中，而不在化石燃料甲烷中。化石燃料甲烷排放源又分自然源 （如地下渗漏和火山等）和人为源 （如石油、天然气和煤炭等）。
科学界对全球来自化石燃料的甲烷排放总量争议不大，但对其中的自然源和人为源的排放占比存在较大的分歧。鉴于化石燃料甲烷排放的自然源和人为源的同位素相同，要解决这个问题，只有追踪到工业革命前的化石燃料的自然甲烷排放量，因为彼时人为源的化石甲烷排放还未出现；考虑地质在短时间内不会发生巨大变化，进而设定目前全球自然源化石甲烷排放依然保持工业前的水平，从而确定二者的相对比例。
该研究对格陵兰岛冰芯的大气记录进行研究，这些冰芯可以追溯到近1.2万年前。南极每年降雪，雪层积压成千上万年，最终形成冰层。这些冰层含有气泡，就像微小的时间胶囊，使用真空泵和熔化室，研究人员能够提取这些气泡中包含的古气候空气，并研究其中的化学成分。结果发现，用¹⁴C测算得到的工业革命前自然源的化石燃料甲烷排放每年只有1.6TG。在95%的置信区间，每年最多排放5.4TG，比目前经常采用的排放值（40-60 TG）低了一个数量级。这也就是说，人为源的化石甲烷排放被低估了25-40% (38-58 TG)。
来源：Hmiel, B., Petrenko, V.V., Dyonisius, M.N. et al (2020). Preindustrial¹⁴CH₄ indicates greater anthropogenic fossil CH4 emissions. Nature 578, 409–412 . https://www.nature.com/articles/s41586-020-1991-8

《科学》：

Old carbon reservoirs were not important in the deglacial methane budget

该研究认为，巨量的甲烷被封锁在对气候敏感的永久冻土储层或作为冰盖下的水合物。但是，冰川变暖造成的古老碳储层甲烷排放量很小（每年<19TG，置信区间为95％），可能并没有像人们之前所说的那么大。研究结果还表明，在工业革命前，生物质燃烧产生的甲烷排放量为每年22TG到56TG（95％置信区间），与今天相当（Yonisius, M. et al., 2020）。这一现象背后可能有两个解释：要么现在的生物质燃烧的排放被低估了，要么工业革命以来人为活动既有增加生物质排放的因素，也有降低该排放的因素，造成相互抵消。

来源：Yonisius, M. et al (2020). Old carbon reservoirs were not important in the deglacial methane budget. Science. 367. 907-910. HTTPS://SCIENCE.SCIENCEMAG.ORG/CONTENT/367/6480/907

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