什么是温室气体？包括哪些气体？

　　最近这数十年来关于环境保护方面听得最多的一个关键词就是温室气体，因为地球现在正在不断的升温，这可能是由温室气体导致的。地球的升温会带来一系列严重后果：极端气候的出现、极地冰川的融化和海平面上升等等，每一个都是能够影响人类未来命运的地质变迁活动。

　　本文我们将会讨论下什么是温室气体，温室气体是如何让地球变暖，以及哪些气体属于温室气体。

什么是温室效应？

　　说到温室气体之前，就不得不先说温室效应。

　　早在1896年，科学家就发现温室效应是地球自然变暖的结果，大气中的气体吸收来自太阳的热量，否则这些热量会逃逸到太空中。

　　温室效应是好事，它能够使得地球变暖。实际上按照地球所在的轨道位置，如果没有温室气体存在的话，地球的平均温度将会只有-20℃。正是因为温室气体的将太阳光辐射到地球上的能量保存在大气层中，使得我们能够生活在平均温度15℃的温暖环境中。

　　但是这一切都得归功于地球大气中刚刚好的温室气体，实际上如何温室气体多了或者少了，地球的温度也就会发生相应的变化。而随着最近人类进入工业化时代以来的这数百年，大量的化石燃料从地下被开采出来，燃烧以后将大量的温室气体排放到大气中，从而导致大气层中的温室气体含量不断上升。这就会导致地球大气的温室效应加剧，从而导致全球变暖。

　　是什么导致了温室效应？

　　阳光使地球适合居住。到达我们世界的太阳辐射能量有30%被反射回太空，大约70%通过大气层到达地球表面，被陆地、海洋和大气层所吸收，并最终加热地球。然后，这些热量以不可见红外线的形式辐射回来。虽然其中一些红外线继续进入太空，但绝大多数（大约90%）被大气气体（温室气体）吸收，并重新返回地球，导致地球进一步变暖。

　　在过去80万年的大部分时间里，大气中温室气体的浓度大约在百万分之200到280之间（换句话说，每百万个空气分子中有200到280个气体分子）。但在过去的一个世纪中，由于燃烧化石燃料和砍伐森林。更高浓度的温室气体（尤其是二氧化碳）导致额外的太阳辐射能量被吸收，最终使得全球气温上升。

什么是温室气体？

　　地球的温室气体能够将太阳辐射到地球上的能量留在大气中并使地球变暖。造成温室效应的主要气体包括二氧化碳、甲烷、一氧化二氮和水蒸气（它们都是自然产生的）和氟化气体（人工合成的）。温室气体具有不同的化学性质，随着时间的推移，会通过不同的过程从大气中去除。例如，二氧化碳被植物、土壤和海洋等所谓的碳汇吸收。氟化气体只能漂浮到大气层上层然后被强烈的太阳紫外线所破坏。

　　任何一种温室气体对全球变暖的影响有多大取决于三个关键因素。首先是它在大气中的含量。浓度以百万分率(ppm)、十亿分率(ppb)或万亿分率(ppt)为单位进行测量；例如，给定气体的1ppm意味着每100万个空气分子中就有一个该气体分子。第二个是它的寿命，也就是该气体在大气中停留的时间。第三是它在吸热方面的效率。这被称为其全球变暖潜能值或GWP，是一种气体在给定时间段（通常为100年）内相对于1吨二氧化碳排放量吸收的总能量的量度。

　　辐射强迫(RF)是另一种测量温室气体（以及其他气候驱动因素，例如太阳亮度和大型火山喷发）的方法。RF也称为气候强迫，它量化了有多少太阳能被地球吸收与有多少因任何一个气候驱动因素而释放到太空中之间的差异。具有正RF值的气候驱动因素表明它对地球有变暖作用；负值代表冷却。

什么是温室气体排放？

　　自工业革命开始和燃煤蒸汽机问世以来，人类活动大大增加了排放到大气中的温室气体数量。据估计，从1750年到2011年，大气中二氧化碳的浓度增加了40%，甲烷增加了150%，一氧化二氮增加了20%。在20年代后期，我们开始向混合物中添加人造氟化气体，例如氯氟烃或CFC。

　　近几十年来，我们只是加快了步伐。从1750年到2010年，二氧化碳是人类活动释放的最丰富的温室气体，也是持续时间最长的温室气体之一，在所有人为排放中，仅过去40年就产生了大约一半，这在很大程度上是由于化石燃料燃烧和工业过程。虽然全球温室气体排放量偶尔会趋于稳定或逐年下降（最近一次是在2014年至2016年之间），但它们再次加速。2017年，碳排放量上升了1.6%；2018年，它们估计增长了2.7%。

五种主要温室气体

　　通过温室效应导致全球变暖的最重要的气体如下：

　　二氧化碳

　　二氧化碳是最知名的温室气体，它占人类制造的温室气体总量的76%，并且就算是现在立刻停止二氧化碳气体排放，在100年后仍残留40%，1000年后仍残留20%，10000年后仍残留10%。

　　甲烷

　　尽管甲烷(CH4)在大气中的存留时间远短于二氧化碳（大约十年），但它在温室效应方面的影响要大得多。事实上，在100年期间，其对全球变暖的影响比二氧化碳大25倍。在全球范围内，它约占人类产生的温室气体排放量的16%。

　　一氧化二氮

　　一氧化二氮(N2O)是一种强大的温室气体：在100年的时间尺度上，它的GWP(全球变暖潜能值)是二氧化碳的300倍，而且它在大气中的平均停留时间为一个多世纪。它约占全球人为温室气体排放量的6%。

　　氟化气体

　　从各种制造和工业过程中排放的氟化气体是人造的。主要有四类：氢氟碳化物（HFC）、全氟化碳（PFC）、六氟化硫（SF6）和三氟化氮（NF3）。

　　尽管氟化气体的排放量少于其他温室气体（它们仅占全球人为温室气体排放量的2%），但它们吸收的热量要多得多。事实上，这些气体的全球变暖潜能值可能在几千到几万之间，而且它们在大气中的寿命很长，在某些情况下可以持续数万年。

　　HFC被用作消耗臭氧层的氯氟烃(CFC)和氢氯氟烃(HCFC)的替代品，通常用在空调和冰箱中，但有些由于其高GWP(全球变暖潜能值)而正在被淘汰。替换这些氢氟碳化合物并妥善处置它们被认为是世界可以采取的最重要的气候行动之一。

　　水蒸气

　　水蒸气总体而言，水蒸气是最丰富的温室气体，它与其他温室气体的不同之处在于其大气浓度的变化与人类活动没有直接关系，而是与我们排放的其他温室气体导致的变暖有关。温暖的空气含有更多的水。由于水蒸气是一种温室气体，更多的水会吸收更多的热量，从而导致更大的变暖并使正反馈循环永久存在。（然而，值得注意的是，这个反馈回路的净影响仍然不确定，因为增加的水蒸气也会增加云量，从而将太阳光从地球反射出去。）

温室气体从何而来？

　　地球中额外增加的温室气体排放主要和人类的活动息息相关：

　　电力和热力生产

　　燃烧煤、石油和天然气来产生电力和热力占全球人为排放量的四分之一，使其成为最大的单一来源。在美国，它是第二大排放量（仅次于交通运输），2017年约占美国排放量的27.5%，二氧化碳是释放的主要气体（还有少量甲烷和一氧化二氮），主要来自燃煤。

农业和土地利用变化

　　全球约四分之一的温室气体排放来自农业和其他土地利用活动（如砍伐森林）。在美国，农业活动——主要是饲养牲畜和种植粮食——占2017年温室气体排放量的8.4%。其中，绝大多数是甲烷（粪便分解以及肉牛和奶牛产生的甲烷）打嗝和排出气体）和一氧化二氮（通常在使用重氮肥料时释放）。

　　树木、植物和土壤从空气中吸收二氧化碳。植物和树木通过光合作用（将二氧化碳转化为葡萄糖的过程）来实现；土壤中有碳结合的微生物。因此，非农业土地利用变化，如毁林、再造林（在现有林区重新种植）和植树造林（创造新的林区）可以增加大气中的碳含量（如毁林的情况）或通过吸收减少碳含量，从空气中去除的二氧化碳多于它们排放的二氧化碳。（当树木或植物被砍伐时，它们不再吸收二氧化碳，而当它们被燃烧或分解时，它们会释放二氧化碳回到大气中。）在美国，土地利用活动目前代表着净碳汇，从空气中吸收的二氧化碳多于排放的二氧化碳。

工业

　　全球约五分之一的温室气体人为排放来自工业部门，其中包括商品和原材料（如水泥和钢铁）的制造、食品加工和建筑。2017年，工业占美国人为排放量的22.4%，其中大部分是二氧化碳，但也释放了甲烷、一氧化二氮和氟化气体。

运输

　　燃烧石油基燃料，即汽油和柴油，为世界运输系统提供动力，占全球温室气体排放量的14%。在美国，随着美国人购买更大的汽车和乘坐更多的航班，低油价鼓励司机更多地使用他们的汽车，交通是温室气体的最大贡献者。（它占2017年美国排放量的28.7%。）二氧化碳是排放的主要气体，但燃料燃烧也会释放少量甲烷和一氧化二氮，汽车空调和冷藏运输也会释放氟化气体。

　　在全国范围内，汽车和卡车占交通相关碳排放量的80%以上。

建筑物

　　世界各地运营的建筑物产生的温室气体占全球温室气体的6.4%。在美国，家庭和企业排放的温室气体约占11%。这些排放物主要由二氧化碳和甲烷组成，主要来自燃烧天然气和石油取暖和做饭，但其他来源包括废物和废水管理以及空调和制冷系统泄漏的制冷剂。

其他来源

　　此类别包括来自化石燃料燃烧以外的能源相关活动的排放，例如石油、天然气和煤炭的开采、精炼、加工和运输。在全球范围内，该部门占排放量的9.6%。

各国温室气体排放量

　　据全球碳项目称，自工业革命开始以来，人类活动已向大气中排放了超过20,000亿吨二氧化碳。北美和欧洲约占总数的一半，而中国和印度等新兴经济体又贡献了14%。对于其余部分，150多个国家分担责任。

　　今天对各国二氧化碳排放量的分析表明，中国目前处于领先地位，占所有排放量的27%。其次是美国（15%）、包括英国在内的欧盟28个成员国（10%）和印度（7%）。这些全球大国加起来占所有排放量的近60%。

温室效应的后果

　　今天的人为温室气体排放量比以往任何时候都高，大气中温室气体的浓度正在迅速上升，根据IPCC的说法，地球正在升温。从前工业时代到现在，地球的平均温度升高了1.0摄氏度，其中大约三分之二的变暖发生在过去几十年。根据IPCC，1983年至2012年可能是过去1,400年中最热的30年（在北半球）。从2014年到2018年的所有五年都是有记录以来最热的一年全球范围内。如果变暖趋势以目前的速度继续下去，估计到2030年至2052年全球变暖将比工业化前水平高出1.5摄氏度。

　　在人为温室气体排放的推动下，全球变暖正在以多种方式改变地球的气候系统：

• 导致更频繁和/或更强烈的极端天气事件，包括热浪、飓风、干旱和洪水；
• 加剧极端降水，使潮湿地区更加潮湿，干燥地区更加干燥；
• 由于冰川和海冰融化以及海洋温度升高（温暖的海水膨胀，这可能导致海平面上升），海平面上升；
• 改变生态系统和自然栖息地，改变地理范围、季节性活动、迁徙模式以及丰富的土地、淡水和海洋物种。

　　这些变化不仅对植物和野生动物构成威胁，而且直接对人类构成威胁。气温升高意味着传播登革热和寨卡病毒等疾病的昆虫可以大量繁殖；而热浪正变得越来越热，对人类的杀伤力也越来越大。当我们的食物供应因干旱和洪水而减少时，人们可能会挨饿：一项研究发现，地球温度每升高1摄氏度，作物产量就会下降5%到15%。粮食不安全会导致大规模人口迁移和政治不稳定。

温室效应解决方案

　　地球总是经历温暖和寒冷的阶段，自然力量（来自太阳的强度、火山爆发和温室气体浓度的自然变化）影响着我们星球从太阳吸收的能量。科学家们说，就在几个世纪前，地球经历了一个“小冰河时代”，这是由太阳活动减少和火山活动增加造成的。但今天的气候变暖（尤其是自20世纪中叶以来的气温上升）正在以无法仅用自然原因来解释的速度发生。

　　换句话说，人是问题所在。但我们也可能是解决方案。我们有能力控制温室气体的排放，尽管这样做并不容易。彻底改革我们的能源系统将需要变革性的、积极的全球行动——而且是现在。根据IPCC，我们必须到2030年将温室气体排放从2010年的水平减少45%，到2050年实现净零排放。让全球变暖超过1.5摄氏度（避免气候变化最严重的阈值影响）将意味着更严重的干旱、极端高温、洪水和贫困、物种减少（包括世界珊瑚礁的大规模死亡）以及粮食短缺和野火的恶化。

　　减少我们的温室气体排放需要世界各国做出重大努力。首先也是最重要的是，我们必须通过增加清洁能源、可再生能源和节能技术的使用以及投资节能和电动汽车来削减化石燃料的生产、消耗和污染。我们必须终止化石燃料补贴，更好地利用“限额和投资”计划、碳定价以及碳捕获、储存和利用技术（捕捉二氧化碳来自发电厂等排放源或直接来自空气并将其永久埋在地下或将其转化为其他材料）。我们必须保护我们的碳储存森林，减少食物浪费和随之而来的排放。作为个人，我们必须承诺在日常生活中采取减碳行动。

　　尽管如此，世界各地的决策者、公司、领导人和活动家都坚信我们必须对气候变化采取行动。因为就像很久以前人造温室气体的排放正在引发我们现在看到的气候变化一样，我们今天释放的排放物将影响我们很长一段时间的未来。

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