碳循环与温室气体

碳如何在大气、海洋、陆地和岩石之间移动，以及人类排放的二氧化碳和其他气体如何累积并驱动全球变暖。

Definition

碳循环是指碳在大气、海洋、陆地生物圈、土壤和岩石之间移动的一系列交换过程，而温室气体是大气中的主要成分，包括二氧化碳、甲烷和一氧化二氮，其浓度受此循环调节。

Scope

本主题涵盖全球碳循环和温室气体预算。它涉及大气、海洋和陆地生物圈之间在数年至数千年时间尺度上的碳自然交换，风化和火山作用的地质循环，海洋和陆地汇对人类排放的吸收，以及由此导致的大气中二氧化碳、甲烷和一氧化二氮的增加，同时还包括限制全球变暖的剩余碳预算概念。

Core questions

• 碳如何在大气、海洋、陆地和岩石之间移动？
• 人类排放的碳有多少留在大气中？
• 海洋和陆地碳汇如何响应全球变暖？
• 在给定的升温限制内，还可以排放多少碳？

Key theories

大气滞留分数和碳汇

人类碳排放中只有大约一半留在大气中，因为海洋和陆地生物圈吸收了其余部分，而这些碳汇在全球变暖下的演变决定了未来的碳浓度。

碳循环反馈

全球变暖会削弱碳吸收，并从土壤、永久冻土和植被中释放碳，这种反馈会使更多的排放碳留在大气中，并加剧全球变暖。

Mechanisms

碳通过光合作用、呼吸作用和海气交换在大气、地表海洋和植被之间快速循环，并通过海洋混合、沉积、风化和火山作用缓慢循环。人类排放碳的速度快于缓慢的地质清除作用，因此碳浓度上升；海洋和陆地目前吸收了大约一半的碳，但变暖和不断变化的条件可能会削弱这些汇，从而增加大气中的碳含量。

Clinical relevance

由于累积碳排放量在很大程度上决定了峰值变暖，因此理解碳循环对于确定与温度目标相符的剩余碳预算以及自然和工程碳去除的作用至关重要。

Evidence & guidelines

IPCC第六次评估报告发现累积碳排放量与全球变暖之间存在近似线性关系，并量化了将全球变暖限制在特定水平所需的剩余碳预算。

History

基林于1958年开始的连续测量首次揭示了大气二氧化碳的稳定上升，随后数十年的海洋和陆地研究，通过年度全球碳预算进行综合，量化了碳汇并建立了累积排放与全球变暖之间的联系。

Debates

陆地和海洋碳汇的未来强度

自然碳汇将持续吸收大约一半排放量的时间，以及全球变暖是否会急剧削弱它们，是预测未来碳浓度的主要不确定性之一。

Key figures

• Charles David Keeling
• Pierre Friedlingstein
• Wallace Broecker
• Corinne Le Quere

Seminal works

• keeling1960
• friedlingstein2022

Frequently asked questions

我们排放的二氧化碳去了哪里？

大约一半留在大气中，而海洋和陆地植被各吸收大约四分之一，尽管随着气候变暖，这些碳汇可能会减弱。

什么是碳预算？

它是指在累积排放量与温度之间近似线性关系的基础上，在将全球变暖控制在选定限度内，仍可排放的二氧化碳总量。