5.3.1大气中的二氧化碳
据统计,释放到大气中co2的5％—20％来自土壤，冻土层土壤中的好氧微生物对土壤中有机物的分解,是co2的主要来源之一。（
元徵宫词）近十年来美国阿拉斯加地区每平方米冻土带表土每年向大气中释放100克co2气体,这是由于近年阿拉斯加冻土带表层土壤温度上升2c—4c,部分表土解冻,使大量富含碳的有机物分解,造成冻土带和北部森林上空的co2浓度升高。
大量的二氧化碳都来自于燃烧。
即使我们能做到使燃料不含杂质,并能达到完全燃烧,也还要产生co2。
燃料+o2co2+h2o+能量(上述反应式也适合于动植物的呼吸作用)产生的co2一般有两个去除途径:
(1)被水吸收,溶解在雨水、江河、湖泊和海洋里。
(2)植物利用co2进行光合作用。
在正常情况下地球上co2的产生与去除之间基本能达到平衡,使大气中的co2浓度保持在一定的范围之内。
但是,这种平衡正在被打破。在全球循环中,二氧化碳的排放量大大超过海水及植被光合作用的吸收量,一方面,随着工业的发展,化石燃料的消耗量不断增加,co2的年排放量随人口的不断增加,工业的迅猛发展而逐年增加;另一方面,由于酸雨对植物的危害以及人类的乱砍乱伐,全世界森林覆盖率不断下降,植物光合作用消耗的co2量减少。因此大气中的co2含量显逐年上升的趋势。有人推断由于能源的大量消费,co2每年正以0.7毫克/升的速率增加。
虽然大气co2浓度的增加,可能使海洋中溶解的co2量增加,破坏海洋中原有的co2的溶解平衡,能使海水中co2的含量增加,ph值下降,但由于海洋中石灰石的溶解,hco-3浓度增大:h2o+co2+caco3ca2++2hco-3,导致平衡h2o+co2h++hco-3向左移动,使海水中游离co2的溶解量减少。这样大气中co2浓度虽有增加,但海水ph值变化不大。其结果,大气co2每增加10％,只能使海洋co2的浓度增加1％。
5.3.2二氧化碳和温室效应co2的非对称伸缩振动能引起分子偶极矩改变,故可以吸收红外线,并使这种振动的振幅加大。这就是低层大气中的co2能吸收地表红外辐射而产生温室效应的原因。
g.s.thomas,m.s.williman,chemistryoftheenvironment,prenticehall,inc.,1996大气中的水蒸气和二氧化碳分子能将800—20000纳米的长波辐射(红外线部分)几乎完全吸收掉。这样,只有波长为300—700纳米的可见光波基本上不被大气分子吸收,他们能透过大气到达地面,这部分约占太阳辐射总能量的40％左右。穿过大气到达地面的太阳直接辐射和大气分子、微粒的散射辐射,一部分被地面反射,一部分被地面吸收。
地面和大气吸收了太阳较短波长的辐射,又由于本身具有一定温度而向外辐射,由于地面和大气的温度远远低于太阳的温度,因而它们辐射的电磁波比太阳辐射的波长长得多,可发射出波长为4微米的辐射(红外线部分),最大波长可达10微米以上。故通常把太阳辐射称为短波辐射,而把地面和大气的辐射称为长波辐射。
吸收地表红外辐射后的co2和h2o同样再放出长波辐射,其中相当部分返回地表(逆辐射),形成多次辐射。这样,大部分长波辐射被阻留在地表和大气下层,致使地表和大气下层的温度升高。大气中的co2和h2o对近地层热散失的这种屏蔽作用犹如农业上的温室一样,故将这一现象称为温室效应。
地表红外线辐射的绝大部分(约92％)都被低层大气中的co2和h2o吸收(4—8微米和13—20微米波长部分),仅有少部分红外线(约8％)能透过大气进入太空。人们将不被大气吸收的8—13微米波长区域形象地称为“大气窗”。有相当一部分的地球长波辐射是从这一波段散失到宇宙空间去的。然而在这一波长范围内有ch4、no2、o3等微量气体的吸收带,一旦大气中这些微量气体大量增加,即这一波长范围的地球长波辐射也将被大量吸收,地球大气窗关闭,则温室效应就会进一步加剧。
如果不存在大气层,地表的长波辐射无阻挡地射向太空,地表的平均温度据估算应该在-20c左右而不是现在的15c左右。
由于co2的产生与去除之间的自然平衡遭破坏,大气中co2的浓度正在以每年大约0.2％的平均速度不断增加,co2在大气中的含量已从一个世纪前的275毫克/升增加到1980年的284毫克/升再增加到目前的380毫克/升左右。
由于温室效应,co2的积累会使地球表面温度升高。据有人研究估算,co2的浓度每增加10％,将使地球表面平均温度升高0.3c—0.5c,虽然温度增加不算多,但有可能使极地的冰冠融化,使海平面上升,某些陆地将被淹没。
二氧化碳的捕捉与存储
应对二氧化碳排放和全球变暖,仅仅减少化石燃料的使用是不够的,还必须重视现有的化石燃料使用中排放的二氧化碳的捕捉和存储,目前的方法主要有自然固碳和工业固碳。后者包括地质存贮,海洋存贮和矿物质固碳等。
自然固碳主要指的是通过植树造林吸收大气中的co2。据估计,如果森林完全覆盖从大西洋到乌拉尔山的欧洲陆地,那么就可以吸收21世纪上半叶人类活动所排放的所有co2。据ipcc估算,如果一个包含减少砍伐、促进热带雨林繁衍在内的世界范围的长期植树造林计划持续到2050年,它将会吸收600—870亿吨大气中的co2,这相当于同期人类燃烧化石燃料所排放co2的12%—15％,如果将保护生态多样性,减少水土流失,改变局部地域气候等其他积极作用考虑进来,大规模持续的植树造林显然具有更多的无法估量的社会效益。
如果将人工种植的作物转化为燃料(也就是所谓的生物质能)以替代化石能源来供人类使用,这样的燃料实际是碳中性的。（
修真门派掌门人）虽然种植的过程中可能会造成co2的额外排放(如在化肥的生产和分解过程中),但是和化石能源相比,其排放量是非常微小的。
工业固碳是先直接在大量集中排放co2的火电厂、水泥厂等工业机构就地捕捉co2,然后将其存储到适合的地质构造中。
捕捉co2有吸收、吸附和薄膜分离三种方法。可使用乙醇胺进行化学循环吸收,也可以通过无机溶液来物理吸收co2,同样也可以使用石灰石化学吸附或者活性炭、氧化铝物理吸附co2。薄膜分离使用的是多孔的无机薄膜,同时结合了钯/聚合物或者沸石。这样可以过滤不同的气体,提高吸收co2的纯度。
如何安置收集来的co2呢?在煤矿中常常伴有瓦斯也就是天然气(主要成分是甲烷),有时瓦斯的浓度低于可实际开发的浓度,但却常常会累积造成爆炸。如果将加压后的co2注入煤层裂缝中,由于密度不同,co2会迫使瓦斯聚集,最后经过导管引出并净化后可安全使用。同样在增强型油井开采中,也会向油田泵入co2使得产量增加。这些应用启发了人们,可以利用开采空的煤穴和油田来存储co2。
还可以选择将co2存储在地表之下800米深处、广泛分布的盐水层中。挪威的statoil公司从1996年开始在北海的sleipnervest天然气田向海面以下1000米(海底之下800米)深度的utsira地质构造中每天注入2800吨生产天然气过程中分离出来的co2,这一项目证实了将co2存贮于海底地下的可行性。
这些co2存储方式的存储潜力有多大呢?ipcc估计采空的油田中大约可以存贮400亿吨碳当量,天然气田中可以存贮900亿吨碳当量,增强型油井中可以存贮200亿吨碳当量(1吨碳当量=12/44吨co2),总计约1500亿吨碳当量。根据美国能源部2007年国际能源展望中的统计和预估,从2008年至2030年,人类活动所排放的co2总和将为2276亿吨碳当量。
co2在盐水层中的可存贮量因地质类型而不同,根据statoil公司的估计,仅在utsira地质构造中,每年就可以存贮10亿吨碳当量,这基本上相当于整个欧洲每年发电厂所排放的co2的总和,更惊人的是这种趋势可以维持600年!但是发电厂并不是co2的唯一来源,更多的co2是来自分散的难以捕捉的交通工具尾气。
一旦大量的co2从地下涌出,无疑将对当地生态系统包括人类造成极大的灾难,所以必须保证存贮进去的co2不会重返到大气中。最安全的存贮地质构造是在盐水层的上方有一个穹庐型的低透气岩石结构,这样就可以防止co2的逃逸。可是符合这样要求的地质构造很少,也只能存贮500亿吨碳当量。但是开放式的盐水层存贮量就要大多了,全球存储量据估算可达2万9千亿吨至13万亿吨。由于co2在这样的高压盐水层里会与矿物质发生化学反应,从而被固定下来。因此理论上说,还是可以加以利用的,只是存贮密度可能要低一些,安全措施要更完善,而经济投入也要更高。
还可以考虑海洋存贮。在不考虑含碳的矿物质(地壳中的碳酸盐)的情况下,海洋是目前自然碳循环中最大的碳存贮体。海洋的表面大约吸收存贮了1万亿吨碳当量,而深海则存贮了38万亿吨碳当量。与之形成对比的是,全世界的化石碳储量包括石油、天然气、煤炭,总共为6万5千亿吨碳当量。所以即使将全世界的化石燃料都使用完,这些co2全部溶入深海之后,也只使现有的含量增加17％。
那么怎样将co2溶入海水中的呢?方法一是将捕捉到的co2加压排入1000—1500米深的海水中,在海水的压力下,co2会变成液体,而且其中大部分会稳定地在海底存贮相当长时间。最高效的同时也是最有挑战性和成本最高的存贮方式是将液体的co2压入3000—4000米深的海底,形成一个“湖泊”,将其无限期的保存下去。
方法二是通过人为措施增强海洋对co2的自然循环吸收。海洋对co2的自然循环吸收也有两种方式。第一种是通过热盐循环洋流。温暖而盐分含量低的赤道表面海水通过洋流抵达北冰洋,在这里下沉到海底。由于co2在温度低而盐分高的海水中的溶解度要高很多,因此也被带入深海大量富集起来;同时冰冷而盐分高的北冰洋深层海水向南流经北大西洋,最终抵达印度洋和赤道太平洋表层,在这里相对少量的co2被释放到大气中。这种循环的时间框架大概是1000年。
第二种方法是海洋表面的浮游植物通过光合作用吸收大气中的co2,生产养分,同时为浮游动物提供养料,这些浮游动物又为海洋里的鱼类提供食物。最终,当这些鱼类死亡时,它们身体里大约30％的有机碳沉积到海底,被微生物完全分解成co2,经过1000年的时间,co2通过热盐循环到达水面。这一过程也被称为生物泵。
目前所提出的增强海洋自然吸收的方法主要是促进海洋表面浮游植物的生长,使其通过光合作用吸收固定大气中的co2。具体做法有两种。一是增加海水中的养分,也就是硝酸盐、磷酸盐的含量;另一种是在缺少铁这种元素的海域大量播撒铁粉。这两种做法的结果都可以促进海洋表面浮游植物的生长,同时也给处于食物链高层的鱼类提供了更多的食物,增加了它们的数量,从而提高了渔业的产量。
然而通过海洋存贮co2的做法也有很多不确定之处。例如:大量浮游生物的爆炸性生长是否会带来赤潮,影响局部水域的氧气平衡,从而对当地的生态系统产生负面影响;在深海大量存贮co2对深海的生物系统的影响目前还一无所知,但仅就目前湖泊实验来看,提高湖水中co2的含量会对生态系统造成很大的影响;海水中ph值因为溶入了大量co2而降低,加上全球变暖带来的海水温度升高会破坏co2原有的气水平衡,增加co2从海水向大气中大量释放的危险;海底盐水层和陆地盐水层的co2加压存贮对地应力的影响是否会造成地震以及地震是否会导致已存贮的co2大量释放,等等。因此在大规模的实施之前,谨慎地实验是必要的;如果贸然行事,后果则很可能是人类无法控制的巨大灾难。（
从零开始）
还可以进行矿物质固碳。co2可以与有些金属氧化物以及硅酸盐发生化学反应,生成固体的碳酸盐。这些金属氧化物如氧化钙、氧化镁以及硅酸盐等在地壳中是广泛存在的,因此来源不是问题,问题是它们与co2的化学反应需要的时间相当漫长,如果工业上大规模应用的话就要对这些矿物质进行预处理,并对反应加压加热,以此来加快反应速度。发电厂的成本就会上升60%—180％。另外这些巨量矿物质原料和生成物的存放、运输也都会产生环境问题。
在这些消极的存贮方式之外,还可以积极拓展co2的工业利用。
在这些co2捕捉、存贮固定方式中,最简单实用、成本低而收益最高的方式还是植树造林。最有效的立竿见影的方法是工业捕捉之后进行地质、海洋存贮。需要指出的是,目前这些技术还都没有大规模的应用,很多仅处在研究阶段。除了自然固碳之外,其他的方式无一例外的会增加能源供应的成本,而且对环境、生态系统也会造成相当的潜在威胁。一方面,化石燃料的使用成本在增加;另一方面,随着技术的进步和成熟,清洁的可再生能源的生产成本在下降,这将促进可再生能源的更广泛应用,实现减排的良性过渡。
ipccspecialreportoncarbondioxidecaptureandstorage
(二氧化碳捕捉和封存——决策者摘要和技术摘要)
5.3.3其他温室气体
g.s.thomas,m.s.william,chemistryoftheenvironment,prenticehall,inc.,1996能够屏蔽地表热量辐射的气体种类很多，除了二氧化碳和水蒸气之外,能够称为温室气体的还有甲烷、一氧化二氮、臭氧、二氧化硫、氯烃、碳氢化合物、醛类、氟化物、溴化物、氯化物、一氧化碳、各种含氮氧化物和硫化物。20世纪80年代研究结果表明,各种温室气体对全球的温室效应所起作用的比例不同,其中co2的作用约占60％,ch4占14％、o3占10％、cfcs占9％、h2o占4％、n2o占3％。
5.3.4地球气候变化及其影响
在人类的生产力还不发达的时候,气候变化主要是气候的自然波动。但是,随着工业革命的发生,人类活动影响气候变化的能力越来越大。对气候变化进行的权威性评估倾向于认为,最近50年的气候变化主要是由人类活动引起的。引起大气中温室气体浓度增加的主要是人类活动。这种影响主要分为两个方面:一方面是直接向大气排放温室气体,如化石燃料燃烧和生物质燃烧直接向大气排放二氧化碳、一氧化二氮和甲烷等气体,工业生产过程中也会大量产生此类物质;另一方面,对森林大面积的砍伐使得吸收大气中二氧化碳的植物大为减少。
各种观测的记录表明,近百年来地球气候正经历着以全球变暖为主要特征的显著变化,最近100年的温度是过去1000年中最暖的,而最近20年,又是过去100年中最暖的。从1860年有气象仪器观测记录以来,全球的平均温度已经升高了0.6c±0.2c。自工业化(1750年)以来,大气中温室气体浓度明显增加,大气中二氧化碳的浓度目前已达到380毫克/升。最暖的17个年份均出现在1983年以后,1998年最暖,2002年和2003年分别为第二和第三暖年。20世纪北半球温度的增幅可能是过去1000年中最高的。降水分布也发生了变化,大陆地区尤其是中高纬地区降水增加,非洲等一些地区降水减少,有些地区极端天气气候事件(厄尔尼诺、干旱、洪涝、雷暴、冰雹、风暴、高温天气和沙尘暴等)出现的频率与强度增加。
《中国应对气候变化国家方案》指出:近百年来,我国年平均气温上升了0.5c—0.8c,略高于同期全球增温平均值,以冬季和西北、华北、东北地区最为明显。从1986年到2005年,我国已经连续经历了20个全国性暖冬。自1990年以来,多数年份全国年降水量高于常年并出现南涝北旱现象,干旱和洪水灾害频繁交替发生。近50年来,中国沿海海平面年平均上升高度为2.5毫米,略高于全球平均水平。
全球气候将继续变暖,增暖的速率将比过去100年更快。国内外科学家使用31个复杂气候模式,对6种代表性温室气体排放情景下未来100年的全球气候变化进行了预测:1地球平均地表气温到2100年时将比1990年上升1.4c—5.8c,这一增温值将是20世纪增温值的2—10倍。21世纪全球平均降水将会增加,北半球雪盖和海冰范围将进一步缩小,全球平均海平面到2100年将比1990年上升0.09—0.88米。一些极端事件,如近年来出现的高温天气、强降水、热带气旋强风等发生的频率会增加。2我国气候变暖趋势将进一步加剧,2020年,全国年平均气温将比2000年上升1.3c—2.1c,到2050年,全国平均气温将上升2.3c—3.3c。我国气候变暖的幅度将由南向北增加,不少地区将出现降水增加趋势,但华北和东北南部等一些地区将出现继续变干旱的趋势。未来100年中国境内的极端天气和气候事件发生的频率可能增大,沿海海平面继续上升,青藏高原和天山冰川将加速退缩,土地荒漠化可能性加重。
由于二氧化碳大量排放产生的温室效应,引起地球气候变化,对我国冰冻圈的生态环境产生极大的影响。我国西藏高原冰冻圈作用区是亚洲长江、黄河、塔里木河、怒江、澜沧江、伊犁河、额尔齐斯河、雅鲁藏布江、印度河、恒河等10条大江大河的源区,冰川、冻土和积雪对上述江河水资源的形成与变化有着十分重要的影响。短期内,冰川的加速萎缩可导致河川径流增加,随着冰川的大幅度萎缩,冰川径流趋于减少,势必引发河川径流的持续减少,不仅减少水资源量,更使冰川失去对河川径流的调节作用,导致水资源——生态与环境恶化的连锁反应。此外,冰冻圈还维系着我国西部高寒和干旱区生态系统的稳定,作为气候系统的重要组成部分,其变化对我国及周边地区的气候有重要影响。（
校花之贴身高手）我国是受冰冻圈灾害影响最为严重的国家之一。随着全球变暖,冰川的加速融化和冻土的退化,已引起了与之相关的冰湖溃决、洪水/泥石流、冰崩、雪崩以及冻土热融等各类冰冻圈灾害发生频率、强度、范围的增加,同时,随着气候变暖,冻土的热融等灾害问题将会越来越突出,还直接威胁着我国多年冻土区工程的建设、安全运营与维护。
南极、北极和青藏高原的冰川变化也印证了全球变暖这一科学事实。格陵兰冰盖表面消融区面积在1979—2002年间平均增加了16％,1992年消融区面积最小。最近的模拟研究结果表明,如果格陵兰地区的年平均气温升高超过3c,格陵兰冰盖很可能消失,并引起全球海平面升高7米,南、北极海冰范围从20世纪70年代末开始快速缩小,但南极海冰在20世纪90年代后呈微弱上升。中国冰川80％以上位于青藏高原及其周围的高山,目前有大小冰川46377条,总面积59425平方千米。由于人类排放的温室气体迅速增加,预期到2050年左右,将有1/3的冰川会消失。
地球气候变化带来的负面影响气候变化的影响是多尺度、全方位、多层次的,正面和负面影响并存,但它的负面影响更受关注。全球气候变暖不再仅仅是一个环境问题,而是对人类发展的严重挑战,它也不仅仅是一个在各种会议上讨论的科学学术问题,而是亟待解决的社会、政治、经济现实问题,由气候问题引发的各种干旱、强降水、高温、严寒、强对流天气等极端天气气候事件的发生频率持续上升也给地球环境和人类生存带来了严重威胁。像中国这样一个自然资源不足、生态环境相对恶劣、环境污染严重、人口众多的发展中国家,在应对气候变化上,面临着更大的困难和挑战。
1.气候变暖将对全球许多地区的自然生态系统和生物多样性产生严重的影响,如海平面升高、冰川退缩、冻土融化、河(湖)冰迟冻与早融、中高纬生长季节延长、动植物分布范围向极区和高海拔区延伸、某些动植物数量减少、一些植物开花期提前等等。自然生态系统由于适应能力有限,容易受到严重的、甚至不可恢复的破坏。气候变化可能恶化某些本已濒临灭绝的物种的生存环境,对野生动植物的分布、数量、密度和行为产生直接的影响。此外,由于人类社会对土地的占用,生态系统无法进行自然的迁移,致使原生态系统内物种将出现重大损失。气候变化已经并将继续改变植被的组成、结构及生物量,使森林分布格局发生变化,生物多样性减少等等。植物的开花期与200年前相比有所提前,两栖动物等物种的种群数量正在大幅度下降,北美山区的松树甲虫等有害物种的数量却正在增加,南极地区海冰的消失导致艾德林企鹅种群数量下降,而海冰的迟冻早融,也使得北极熊很难有足够的时间完成脂肪的储存。
2.气候变化是导致湖泊水位下降和面积萎缩的主要因素之一。气候变暖将导致地表径流和一些地区的水质等发生变化,特别是水资源供需矛盾将更为突出。气候变化将引起降水的地区、时间以及年际之间分布更加不平衡,将会使许多已经受到水资源胁迫的国家更加困难。由于水温升高,一般来说淡水质量也会下降。融化的冰川会构成巨大威胁。因为冰川融化速度加快,无法起到缓和水流的蓄水作用,造成这些地区旱季降雨很少,而雨季却很有可能造成洪水泛滥。气候变化对水短缺、水质量以及洪灾和旱灾的频度和强度的影响,给水资源管理和洪水管理都带来更大的挑战。
3.海平面升高将影响海岸带和海洋生态系统。气候变化对海洋的影响包括海面温度上升、平均海平面上升、海冰融化增加、海水盐度、洋流、海浪状况发生变化。近百年来,全球海平面平均上升了10—20厘米,我国海平面近50年呈明显上升趋势,上升的平均速率为每年2.6毫米,我国未来海平面还将继续上升,到2050年上升幅度为6—26厘米,预计到21世纪末将达到30—70厘米,这将使许多海岸区遭受洪水泛滥的机会增大,遭受风暴影响的程度、范围和严重性亦会加大,海岸受到更严重的侵蚀,沿海生态也将受到影响,如湿地和植被减少等。海洋生态系统受全球变暖的影响更大,海水温度变化以及某些洋流的潜在变化,可能引起涌升流发生区和鱼类聚集地的变化。
图瓦卢,即将沉没的国度图瓦卢群岛位于南太平洋,南接斐济,北临基里巴斯,西望所罗门群岛,由9个环形珊瑚岛群组成,南北两端相距560千米,由西北向东南绵延散布在夏威夷与澳大利亚之间约130万平方千米的海域上,而陆地面积仅26平方千米。首都富纳富提位于主岛上,方圆不超过2平方公里。地势低洼,海拔最高点不超过海平面4.5米,人口1.02万。
图瓦卢政府在十多年前发表过一次声明,说由于气候变化,这个世界第四小的国家正面临着灭顶之灾。不断上升的海平面和毁灭性的风暴已经开始吞噬海岛。同时,人们的恐惧感也不断加深,传言图瓦卢群岛将不再适合人类居住,甚至可能在几十年内完全消失。2003年,图瓦卢总理上报联合国时说全球变暖的威胁无异于“一种潜藏的、滋生且蔓延的恐怖主义”。一些科学家也做出了残酷的预测。1996年,南太平洋区域环境规划署和日本政府合著的科学研究报告推断:“由于独特的地理位置和自然状况,图瓦卢极易受到气候变化尤其是海平面上升带来的负面影响。”
图瓦卢的问题已经引起了全世界的关注,它面临灾难的主要诱因就是矿物燃料排入大气中的大量二氧化碳,导致了全球变暖。2002年,图瓦卢曾威胁要控告美国和澳大利亚过量排放二氧化碳。与此同时,一些图瓦卢人也开始准备离弃他们的家园。去年,英国《卫报》刊登了评论文章《海平面上升导致岛民背井离乡》。
通过对图瓦卢进行实地考察,重新整理科学材料,并与气象专家和其他学者探讨研究,学者们搜集到了很多重要的证据证明图瓦卢和它将近一万的居民确实处境艰难,甚至面临着大劫难。
在过去十年里,瓦伊图普岛的海滩向后退了3米。努库费陶环礁附近的一座小岛已经被“淹没”了;另一座也几乎消失了,现在海水正吞噬着小岛残存的1/3陆地。从前巨浪和风暴往往在11、12月份出现,但如今它们可能随时降临。（
重生之校园特种兵）在首都富纳富提的最北端有一座炮台,它是美军在二战期间在海岸高地上架设的,现在离海边只有6米远了。在岛南端,有一座临海的会议大厅,据老人们讲,这里曾经是小岛的中心。
迫于灾难的威胁,图瓦卢的领导者们开始向全世界呼吁:“一些国家应该立即行动起来,减少温室气体的排放。”其中的“一些国家”指的是美国和澳大利亚。它们分别是温室气体排放总量和人均排放量最高的国家——并且是仅剩的拒绝在关于逐渐减少温室气体排放的《京都议定书》上签字的发达国家。“美国,只有世界人口的一小部分,却消耗着世界资源的25％。”图瓦卢外交部长曾公开指责说,“他们美国人过着优越的生活,一切是那么便利,平均每个家庭有三四辆汽车。他们应该感谢生活在这里的人民所付出的一切。”
上世纪80年代,通过对南极洲和格陵兰岛的原始冰川进行深层冰核样本分析,科学家揭示了二氧化碳水平和气温之间的密切关系。除此之外,研究还表明目前的二氧化碳水平比过去44万年间的任何时候都高。在工业革命前,大气中的二氧化碳浓度一直保持相对稳定。之后数年中,它的浓度攀升了近1/3,而现在更是以每年0.4％的惊人速度增长。在最后一个冰河时代,全球的森林覆盖面积减少了大约一半。
上个世纪,地球表面的平均气温上升了0.6c,上升幅度达近千年来的最高值。在过去25年中,上升幅度更是触目惊心,1860年后最热的十个年头都出现在1990年后。同时,研究者们也记录了不断增强的温室效应所带来的巨大变化。例如,夜间的地表温度不能像以前那样降低;冬季北半球的积雪覆盖面积缩小;北极的浮冰在春夏两季大量地消融;以及冰川退化的加剧。数据显示,肯尼亚山脉的冰川已经萎缩了90％,乞力马扎罗山脉的冰川也融化了70％,从1980年起,西班牙的27座冰川中有14座相继消失。
大量动植物向高纬度(或更凉爽的)的栖息地迁移。温暖的气候也威胁着热带珊瑚礁的生存。关于气候变迁的原因,科学家们已经排除了诸如太阳的周期能量爆发和火山活动等的自然因素。在过去50年里监测到的大多数升温现象是由人类活动所致。
尽管科学界已经达成共识,但布什政府仍然坚持称强制降低二氧化碳排量会影响经济的正常运行。现在美国主要依靠民众自愿和研发新型能源来解决温室气体排放的问题。同时,美国能源信息管理局预测,在未来20年中,美国因使用能源而产生二氧化碳的排放量将上升40％。科学家借助全球气候模型来推导未来气候,所有的结论几乎一致:到2100年,气温将上升1.4至5.7c;同时推导出本世纪海平面将上升8.9至88.4厘米。即使海平面只上涨30厘米,热带海岸线也会后退30米。海平面上升主要是海水受热膨胀所致,但也有一部分源于冰川和冰帽的融水。
导致图瓦卢海平面下降的真正原因是厄尔尼诺现象,这是热带太平洋的海水和大气相互作用而产生的气候异常现象。这种异常在1997年和1998年表现得尤为突出,但长期观察得出的结果是,富纳富提的海平面确实有所上升。此外,当地潮汐也在逐年地扩大。去年12月,富纳富提气象站的统计数据表明,在过去十年里,海面以每年0.56厘米的速度升高。在短期内,恶劣的天气带给图瓦卢人民直接的威胁。由于大气温度的上升,降雨量会增加,雨势也会增强;雨停后,高温使地表水很快蒸发。这样,大旱和大涝将频繁发生。一些科学家预测全球变暖会加剧厄尔尼诺现象的强度,由此产生的飓风会给图瓦卢带来更大的灾难。图瓦卢的主体部分由海底活火山喷发形成,没有大陆架和浅滩分散海浪的能量,所以,即使很远的风暴也能影响到它。
4.与全球变暖关系密切的一些极端天气气候事件的发生频率和强度可能会增加。由这些极端事件引起的后果也会加剧。如干旱发生频率和强度的增加,将加快荒漠化或沙漠化的趋势。
5.农业生产的不稳定性增加,产量波动大。由于气候变化对降水、温度等因素的作用,农业生产布局和结构将出现变动。气候变暖将使作物种植制度发生较大的变化。农业生产条件改变,农业成本和投资大幅度增加。土壤有机质的微生物分解将加快,造成地力下降、施肥量增加;气候变暖会使农业病虫害的分布地区扩大,同时温室效应还使一些病虫害生长季节延长,使害虫的繁殖代数增加,一年中危害时间延长,作物受害可能加重。温度升高还为各种杂草生长提供了条件。这意味着这些地区农药的施用量将增大。气候变暖对农业物质投入和生产技术管理的要求都将提高。
6.引发某些对气候变化敏感的传染性疾病,如疟疾和登革热等,与高温热浪天气有关的疾病和死亡率将增加。
7.气候变化将影响人类居住环境,尤其是江河流域和海岸带低地地区以及迅速发展的城镇,其受气候变化的最普遍、最直接的威胁是洪涝和滑坡。人居环境目前所面临的水和能源短缺、垃圾处理和交通等环境问题,也可能因高温、多雨而加剧。
8.气候变化对其他行业,如工业、旅游业、保险业等也会带来间接的影响,对国家安全也存在潜在的影响。
全球温室气体的排放最大部分来自发达国家。有关研究表明,大气中累积的二氧化碳排放4/5来源于发达国家,因森林砍伐造成的二氧化碳排放中3/4产生在发达国家。目前,人口占世界24％的发达国家消费着世界能源总量的70％,其二氧化碳排放占全球排放总量的60％以上。其中,美国的排放总量占世界的25％左右,人均排放量达到20多吨,是世界人均的5倍多。
减少温室气体排放量的措施减少温室气体的排放量是减缓气候变化的重要措施,目前国内在这方面可实行的措施有:
1.提高能源利用效率目前国内产品耗能达到发达国家的1.5—3倍左右,节能将是中国目前最有效也是最容易实行的减少温室气体的措施。
2.保护森林和植被树木和绿色植物不光能吸收大气中的二氧化碳,减少温室气体排放,同时也能维持生态平衡改善环境,也是最节约成本的方法。
3.加强对二氧化碳温室气体排放的控制对火力发电厂、化工厂、钢铁厂等大量排放二氧化碳气体的污染源进行控制,对排放气体进行分离和处理。（
横扫荒宇）
4.能源多样化和开发利用清洁能源各类能源发展和利用的可能性依次如下:水力能、核能、风能、太阳能、潮汐能和地热能。
5.利用化学和生物方法对二氧化碳进行回收和再利用。
近年来地球平均温度的升高,气候变暖以及灾害天气的频繁发生对地球生态系统和公众社会生活构成了严重的威胁。二氧化碳排放量的持续增长是全球气候变暖的重要原因之一,但不是唯一原因。
在1945年以前,随co2浓度升高,世界年平均温度持续上升,从1880年至1940年,年平均温度上升了0.4c,与温室效应理论一致。虽然大气中co2仍在增加,但自1940至1967年年平均温度反而下降了0.2c。显然,这是由于有能够引起温度下降的,比“温室效应”更重要的因素存在。由于太阳系直至整个宇宙环境对地球的影响以及地球本身运动的复杂性,对地球气候变化趋势的研究必须综合考虑各种因素,而不能一概而论。过量的二氧化碳对今天和明天的地球环境会带来什么样的影响,还有待科学的研究。
影响地球表面温度的因素是非常复杂的,其中,大气飘尘粒子散射太阳光影响地表气温也是一个相当重要的因素。有人提出,温度下降是由大气混浊度增加引起的。当大气中另一污染物——气溶胶颗粒物增加,由于其对入射太阳光的散射,使入射太阳能在达到地球表面之前被颗粒物重新反射回宇宙空间,即地球的有效反射率增加了。入射太阳能减少,因之地球温度下降。有人估算,若大气浑浊度从37％增加到38％,地球平均温度将降低1.7c,如果浑浊度持续增加,将导致另一冰河时期。
实际上,影响地球温度的因素,除了“温室效应”和大气混浊度增加的影响以外,还有如太阳黑子的活动强度等也是重要因素。太阳黑子能够增加太阳能通量,因而可以提高地球的温度。
大气污染物对环境的影响所涉及的范围有大有小,前面各节讨论的污染问题,只涉及污染源附近地区或某一个城市,属于局部性污染,而像有些污染物如二氧化碳及下一节提到的氟氯烃等造成的影响将波及全球,称为全球性污染。
5.3.5《联合国气候变化框架公约》的制定
1992年6月在巴西里约热内卢举行的联合国环境与发展大会上,150多个国家制定了《联合国气候变化框架公约》(unitednationsframeworkconventiononclimatechange,简称《框架公约》)。《框架公约》的最终目标是将大气中温室气体浓度稳定在不对气候系统造成危害的水平。为保护人类赖以生存的大气环境,该公约是人类社会应对气候变化、保护全球气候的第一部国际法律文书,奠定了国际社会共同应对气候变化的法律基石。《框架公约》是世界上第一个为全面控制co2等温室气体排放,以应对全球气候变暖给人类经济和社会带来不利影响的国际公约,也是国际社会在应对全球气候变化问题上进行国际合作的一个基本框架。《公约》于1994年3月生效,据统计,目前已有191个国家批准了《公约》,这些国家被称为《公约》缔约方。
《公约》由序言及26条正文组成。公约有法律约束力,旨在控制大气中co2、ch4和其他造成“温室效应”的气体的排放,将温室气体的浓度稳定在使气候系统免遭破坏的水平上。公约对发达国家和发展中国家规定的义务以及履行义务的程序有所区别。公约要求发达国家作为温室气体的排放大户,采取具体措施限制温室气体的排放,并向发展中国家提供资金以支付他们履行公约义务所需的费用。公约建立了一个向发展中国家提供资金和技术,使其能够履行公约义务的资金机制。
《公约》规定每年举行一次缔约方大会。自1995年3月28日首次缔约方大会在柏林举行以来,缔约方每年都召开会议,目前已经有全球的185个国家参与。第2至第6次缔约方大会分别在日内瓦、京都、布宜诺斯艾利斯、海牙和波恩举行。在气候公约于1994年生效后,考虑到气候公约仅仅是一项框架条约,不具法律约束力,为更好地保护全球气候,实质性地减少全世界的温室气体排放总量,1995年在柏林举行的第一次缔约方会议中,发达国家承诺将在2000年,将co2排放量恢复到1990年的水平。然而经过缔约方最终审评认定,这一承诺不足以实现公约中所预期达到的目标。为了使全球温室气体排放量达到预期水平,需要世界各国作出更加细化并具有强制力的承诺。
1997年12月,在日本京都通过了《联合国气候变化框架公约京都议定书》。《京都议定书》是在《公约》之后又一个重要的法律文件,它在附件一中为发达国家规定了量化的减、限排温室气体的义务。《议定书》规定,主要的工业发达国家要在2008—2012年间将温室气体排放量在1990年排放水平的基础上削减5.2％。限排的温室气体包括co2(二氧化碳)、ch4(甲烷)、n2o(氧化亚氮)、hfcs(氢氟碳化物)、pfcs(全氟化碳)、sf6(六氟化硫)。为达到限排目标,各参与公约的工业化国家都被分配到了一定数量的减少排放温室气体的配额。其中欧盟将6种温室气体的排放量削减8％,美国削减7％,日本削减6％。
第7次至第13次缔约方大会分别在摩洛哥马拉喀什、印度新德里、意大利米兰、加拿大蒙特利尔、肯尼亚首都内罗毕、印度尼西亚巴厘岛举行。
2008年7月8日,八国集团领导人在八国集团首脑会议上就温室气体长期减排目标达成一致。八国集团领导人在一份声明中说,八国寻求与《联合国气候变化框架公约》其他缔约国共同实现到2050年将全球温室气体排放量减少至少一半的长期目标,并在公约相关谈判中与这些国家讨论并通过这一目标。
《京都议定书》和碳排放交易越来越多的国家和政府为了保护日益恶化的环境,普遍采取对使用矿物燃料(含煤炭、天然气、石油)的生产单位以及非生产单位实行气体污染物排放限制。限制的主要办法之一就是制定发布行业排污标准,超过标准的将受到限期整改达标、罚款、停产等不同的处罚。矿物燃料的燃烧过程中,产生大量的二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫气体,按照一定的折算方法将其换算为标准的二氧化碳重量,并根据不同的行业排污标准下达二氧化碳排放的具体指标,简称“碳排放”。
一部分国家政府规定,在发生碳排放交易的企业排放总量不突破的前提下,允许企业间相互交易已经从政府环保部门获得的许可排放量。当然是环保措施好的企业有排放量余额,卖给超排放的、污染严重、一时又无力整改的企业。这样,排污指标就成了一种有使用价值的东西。这种企业间二氧化碳排放量的交易,称为碳排放交易。
使用碳排放交易这种经济手段推动环保的国际通行办法,是清洁发展机制(cleandevelopmentmechanism,cdm)的核心内容。根据1997年签署的《京都议定书》的约定,“已发展国家”有已经核准的2008—2012年间温室气体排放量上限;同时,至2012年,温室气体平均排放量必须比1990年的水平降低5.2％。
为减少“全球蔓延”的温室气体,《京都议定书》同时规定,协议国家(现有185个国家)承诺在一定时期内实现一定的碳排放减排目标,各国可将自己的减排目标分配给国内不同的企业。当某国不能按期实现减排目标时,可以从拥有超额配额(或排放许可证,英文简称cer)的国家(主要是发展中国家)购买一定数量的配额(或排放许可证)以完成自己的减排目标。同样的,在一国内部,不能按期实现减排目标的企业也可以从拥有超额配额(或排放许可证)的企业那里购买一定数量的配额(或排放许可证)以完成自己的减排目标,碳排放因此形成“大宗商品交易”的国际市场。
根据经济学家提出的理论,对碳排放征收排放税,并且将碳排放量配额作为一种可交易的商品,是一个理想的解决办法,原因很简单:排放到大气中的二氧化碳对地球上的每个人来说都是有害的。对于那些造成危害的人们,就应该征收与其所造成的损失等值的税金,以作为补偿和惩罚。采取这种办法,对于那些只顾排放而不顾其危害的人们来说,他们排放多少,就要交多少税金。而对于那些关注排放所带来的危害的人们来说,他们将会减少排放量,以减少所要支付的税金。采取了这样一种税收措施,排放者为了保证其收益,就会减少二氧化碳排放量,其所带来的危害也会随之减少。碳配额交易就是一些低碳排放量者向碳排放量配额不足者出售自己的配额,以降低高碳排放量者的减排成本。
随着《京都议定书》的生效,国际碳排交易市场作为新兴商品交易市场,具有现实的和潜在的交易能力。受《京都议定书》的政策牵引,英国早在2002年即启动自愿排放贸易计划(uktes),31个团体根据1998—2000年基线自愿性设定排放减量目标,包括了6种温室气体。2005年,欧盟温室气体排放交易体系(euets)启动,该体系覆盖欧盟25个成员国,包括近12000个燃烧过程排放二氧化碳的工业实体,遂使欧盟成为世界上最大的碳排放交易市场。伦敦金融城则是欧洲碳排放交易市场的中心。2006年,其碳排放交易额超过200亿欧元。
美国目前尚未加入签署《京都议定书》,其制定了“10年内减少20％的汽油用量”的发展减排计划。2003年建立的芝加哥气候交易所是全球首个以温室气体减排为目标和贸易内容的专业市场平台,包括了二氧化碳、甲烷、氧化亚氮、氢氟碳化物、全氟化碳、六氟化硫等6种温室气体的排放交易,会员200余个,这足以使其成为碳排放交易的美洲中心。
在《京都议定书》的框架下,“发展中国家”当前主要通过cdm机制参与国际碳排放交易,印度、巴西、智利等发展中国家也在全球碳排市场中占有相当交易量,中国政府于2002年8月正式核准《京都议定书》后以合法身份进入cdm机制。
中国经济持续高速增长带来旺盛的能源生产和消费,以能源消费为例,1980—2000年中国能源消费翻了一番;2000—2006年能源消费增长几近翻番。同时,中国能源利用率低,温室气体排放量大,减排技术落后于发达国家,具有巨大的、潜在的减排空间。
cdm有助于中国碳排放的减排,多出的排放权可交易变现,不足的排放权要用钱买,生产型企业的负责人便会在现有配额下努力减少碳排放,同时也有动力投资较高科技的设备,减少碳排放。中国国家发改委的最新消息称,到目前为止,中国已开展了279个清洁发展机制cdm项目,如果这些项目全部实施,相当于全球cdm减排量的50％。其中,获得京都议定书清洁发展机制执行理事会(eb)认可的项目有37个。项目涉及电力、垃圾填埋、林业、材料等多个领域,其中以电力项目最多。cdm项目增长速度之快使得国际财经人士认为中国正在形成碳排放交易的亚洲中心。
国内对cdm机制的通俗理解是,发达国家通过提供资金和技术的方式与发展中国家合作,在发展中国家实施具有温室气体减排效果的项目,项目所产生的温室气体减排量用于发达国家履行《京都议定书》的承诺。简言之,就是用“资金+技术”换取更多的温室气体排放权。这种理解导致的结果之一就是,中国企业将自身拥有的碳排放配额(或排放许可证)简单理解为一种商品,而不是经济资源或战略资源,交易变现的资金并没有专项使用于企业的减排技术改造,因此也就无法承担自身的温室气体减排国际责任。同时,这种思维简化的交易行为无法促成中国形成一个规则完善、合理的碳排放交易国内市场。
中国企业参与cdm其最大的好处是:推动技术进步和拓展融资渠道,目前中国企业技术和管理层面上的最大问题是资源和能源的利用率太低,而改善这一状况的制约瓶颈则是资金投入不足和缺乏融资渠道,如能参与cdm,则必将推动企业发展。但风险主要在于三个层面上:国家层面上为相关的国家政策不清晰及尚未制订完善;国际层面上则为京都议定书何时完全有效的国际走势不明确,特别是美国和俄罗斯等国家尚未确认实行“京都议定书”;企业层面上则包括商务知识和专业知识缺乏,项目开发难度大、时间长、程序复杂和信息渠道不畅通。中国企业参与cdm的不足之处是:不了解cdm市场交易的游戏规则;没有利用中介机构的专业服务;缺少相关的专业知识;未掌握有关的市场信息;缺乏国际商业视野以及相应的专业人才不足等。
中国目前减排成本低,这是一个不争的事实,也是我国企业参与cdm商机的一个重要因素。这是因为:中国企业与发达国家相比能耗太高,具有很大的下降空间;中国的劳动力价格相对较低廉;中国能源企业的技术含量低;中国企业的管理水平有较大的提升空间。上述方面是中国企业目前减排首先应当采取也是极其能见成效的措施和有利因素,随着上述措施的完善和中国承担减排义务时期的到来,中国还将实行能源多样化和开发利用清洁能源,环境保护和污染控制等进一步的举措,其成本虽有可能增加,但尚能控制在允许范围。因此中国企业应抓住这一机遇,入主cdm国际舞台。
低碳经济
低碳经济是以低能耗、低污染、低排放为基础的经济模式,是人类社会继农业文明、工业文明之后的又一次重大进步。低碳经济实质是能源高效利用、清洁能源开发、追求绿色gdp的问题,核心是能源技术和减排技术创新、产业结构和制度创新以及人类生存发展观念的根本性转变。
系统地谈论低碳经济,还应追溯至1992年的《联合国气候变化框架公约》和1997年的《京都协议书》。
低碳经济提出的大背景,是全球气候变暖对人类生存和发展的严峻挑战。在此背景下,“低碳经济”、“低碳技术”、“低碳生活方式”、“低碳社会”、“低碳世界”等一系列新概念、新政策应运而生。而能源与经济以至价值观实行大变革的结果,可能将为人类逐步迈向生态文明走出一条新路,即摈弃20世纪的传统增长模式,应用新世纪的创新技术与创新机制,通过低碳经济模式与低碳生活方式,实现社会可持续发展。
低碳经济最早见之于2003年的英国能源白皮书《我们能源的未来:创建低碳经济》。作为第一次工业革命的先驱和资源并不丰富的岛国,英国充分意识到了能源安全和气候变化的威胁,它正从自给自足的能源供应走向主要依靠进口的时代,按目前的消费模式,预计2020年英国80％的能源都必须进口。
2006年,前世界银行首席经济学家尼古拉斯·斯特恩牵头作出的《斯特恩报告》指出,全球以每年gdp1％的投入,可以避免将来每年gdp5％—20％的损失,呼吁全球向低碳经济转型。
2007年7月,美国参议院提出了《低碳经济法案》,表明低碳经济的发展道路有望成为美国未来的重要战略选择。
2007年12月3日,联合国气候变化大会在印尼巴厘岛举行,15日正式通过一项决议,决定在2009年前就应对气候变化问题新的安排举行谈判,制订了世人关注的应对气候变化的“巴厘岛路线图”。该“路线图”为2009年前应对气候变化谈判的关键议题确立了明确议程,要求发达国家在2020年前将温室气体减排25％至40％。“巴厘岛路线图”为全球进一步迈向低碳经济起到了积极的作用,具有里程碑的意义。
联合国环境规划署确定2008年“世界环境日”(6月5日)的主题为“转变传统观念,推行低碳经济”。
2008年7月,g8峰会上八国表示将寻求与《联合国气候变化框架公约》的其他签约方一道共同达成到2050年把全球温室气体排放减少50％的长期目标。
低碳经济不仅意味着制造业要加快淘汰高能耗、高污染的落后生产能力,推进节能减排的科技创新,而且意味着引导公众反思哪些习以为常的消费模式和生活方式是浪费能源、增排污染的不良嗜好,从而充分发掘服务业和消费生活领域节能减排的巨大潜力。
转向低碳经济、低碳生活方式的重要途径之一,是改变以高耗能源为代价的“便利消费”习惯。“便利”是现代商业营销和消费生活中流行的价值观。不少便利消费方式在人们不经意中浪费着巨大的能源。比如,据制冷技术专家估算,超市电耗70％用于冷柜,而敞开式冷柜电耗比玻璃门冰柜高出20％。由此推算,一家中型超市敞开式冷柜一年多耗约4.8万度电,相当于多耗约19吨标煤,多排放约48吨二氧化碳,多耗约19万升净水。上海约有大中型超市近800家,超市便利店6000家。如果普遍采用玻璃门冰柜,一年可节电约4521万度,相当于节省约1.8万吨标煤,减排约4.5万吨二氧化碳。
转向低碳经济、低碳生活方式的重要途径之二,是增强节能环保可持续发展意识,改变使用“一次性”用品的消费习惯。2008年6月中国开始实施“限塑令”,改变多年来人们无节制地使用塑料袋的习惯。“限塑”不仅在于遏制白色污染,还在于节约塑料的来源——石油资源、减排二氧化碳。据中国科技部《全民节能减排手册》计算,全国减少10％的塑料袋,可节省生产塑料袋的能耗约1.2万吨标煤,减排31万吨二氧化碳。增强可持续发展意识不仅能引导公众明白“限塑就是节油节能”,也引导公众觉悟到“节水也是节能”,觉悟到改变使用“一次性”用品的消费习惯与节能、减少碳排放、应对气候变化,实现可持续发展的关系。
转向低碳经济、低碳生活方式的重要途径之三,是戒除以大量消耗能源、大量排放温室气体为代价的“奢侈消费”的嗜好。2009年第一季度全国车市销量增长最快的是豪华车,其中高档大排量的宝马进口车同比增长82％以上,大排量的多功能运动车suv同比增长48.8％。与此相对照,不少发达国家都愿意使用小型汽车、小排量汽车。提倡低碳生活方式,并不一概反对小汽车进入家庭,而是提倡有节制地使用私家车。日本私家车普及率达80％,但出行并不完全依赖私家车。在东京地区私家车一般年行驶3000至5000千米,而上海私家车一般年行驶1.8万千米。国内人们无节制地使用私家车成了炫耀型消费生活的嗜好。由于人们将“现代化生活方式”片面理解为“更多地享受电气化、自动化提供的便利”,导致了日常生活越来越依赖于高能耗的动力技术系统,往往几百米的短程或几层楼的阶梯,都要靠机动车和电梯代步。另一方面,人们的膳食越来越多地消费以多耗能源、多排温室气体为代价生产的畜禽肉类、油脂等高热量食物,肥胖发病率也随之升高。而城市中一些减肥群体又嗜好在耗费电力的人工环境,如空调健身房、电动跑步机等进行瘦身消费,其环境代价是增排温室气体。
人们要实现宏大的节能降耗战略,或许要取决于很多细微之处。这些“细微之处”不只是制造业、建筑业中许多节能技术改进的细节,也包括日常生活习惯中许多节能细节。对于世界第一人口大国中国来说,每个人生活习惯中浪费能源和碳排放的数量看似微小,一旦以众多人口乘数计算,就是巨大的数量。发展低碳经济,是中国的“世界公民”责任担当,也是中国可持续发展,转变经济发展模式的难得机遇。
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