氧循环：气候变化研究的新视角
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二氧化碳（CO2）浓度迅速增加及其对全球气候、生态系统的影响时，但氧气(O2)浓度的变化并未受到应有的关注。氧气作为地球大气中最重要的组分之一，在全球生物化学循环中扮演着重要的角色，是维持人类各项生理活动的第一需要。然而，观测资料表明，自20世纪80年代后期，大气中的氧气浓度正在以每年约4ppm的速度下滑，大约是CO2浓度上升的两倍左右。
Q
是什么导致了全球范围内氧气浓度的下降？氧气浓度在未来将如何变化？这种变化会对人体健康产生影响吗？这些都是亟待解决的科学问题。
最近，兰州大学黄建平教授团队基于观测和CMIP5（Coupled Model Intercomparison Project Phase 5）模式模拟结果，构建了全球氧气收支，分析全球氧气浓度下降的原因。定量估算了全球主要耗氧过程（化石燃料燃烧、明火燃烧、人类和家畜呼吸）和产氧过程（陆地和海洋生态系统光合作用）造成的氧气通量，通过产氧量和耗氧量之间的平衡关系，诊断出全球氧气浓度下滑的主要原因。
图 1990年~2005年平均全球氧气收支。红色向下箭头表示从消耗氧气的过程，绿色箭头表示向大气补偿氧气的过程，数字表示这些过程产生的氧气通量，单位为Gt/a。
结果显示，陆地和海洋生态系统氧气产量仅约17.8Gt（1Gt = 1×109t），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）。若不尽快采取措施，在RCP8.5 （Representative Concentration Pathways 8.5) 情景下，未来一百年中耗氧量将持续增加，到2100年每年将消耗约120Gt氧气，但海洋和陆地产生的氧气并没有明显增加，这会造成耗氧赤字进一步扩大，大气中氧气将每年减少约100Gt（每年约18ppm）。
虽然目前氧气浓度下降十分缓慢，尚未对人类健康造成显著的威胁，与气候变化所带来的种种影响相比可谓微不足道；但这“温水煮青蛙”的现象应该引起人们的重视。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。
丁一汇院士对该文进行了点评，提出该研究迈出了全面理解气候变化影响的重要一步。
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1. Jianping Huang, Jiping Huang, Xiaoyue Liu, Changyu Li, Lei Ding , Haipeng Yu. The global oxygen budget and its future projection. Science Bulletin, 2018, 63(18): 1180–1186
https://doi.org/10.1016/j.scib.2018.07.023
2. Yihui Ding. The decline of global atmospheric oxygen over 1990–2005 calls for attention. Science Bulletin, 2018, 63(18): 1175–1176
https://doi.org/10.1016/j.scib.2018.08.010
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