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为什么奶牛会产生甲烷
时间:2021-09-08 14:44:14

据外媒报道,今天,人类活动排放的甲烷占全球排放总量的60%,主要来自化石燃料的燃烧、垃圾填埋场的分解和农业部门。近四分之一的甲烷排放可归因于农业,其中大部分是来自饲养牲畜。水稻种植和食物浪费也是农业甲烷的重要来源,因为为人类消费而生产的所有食物中有近三分之一被丢失或浪费了。而美国宇航局(NASA)的科学家们正在研究全球甲烷预算,以更好地了解甲烷排放的主要来源,以及它们如何促进气候变化。

除了人类来源之外,甲烷也在自然环境中产生。最大的甲烷自然来源是湿地,它占全球甲烷排放量的30%。其他甲烷排放的自然来源包括海洋、白蚁、永久冻土、植被和野火。

自工业革命以来,由于石油、天然气和煤炭的大量使用,对牛肉和乳制品的需求增加,以及食物和有机废物的生产增加,大气中的甲烷浓度已经增加了一倍多。尽管大气中甲烷浓度的增加在接近20世纪末时明显放缓,但自2006年以来,浓度一直在大幅增加,这可能是由于饲养牲畜、重新依赖天然气以及近年来的湿地和全球变暖所造成的排放上升。

NASA新的甲烷三维画像显示了世界上第二大温室变暖的贡献者在大气中的流动。将来自排放清单和湿地模拟的多个数据集结合到一个高分辨率的计算机模型中,研究人员现在有了一个额外的工具来了解这种复杂的气体及其在地球的碳循环、大气成分和气候系统中的作用。新的数据可视化建立了一个更全面的画面,显示了地面上甲烷来源的多样性,以及该气体在大气中移动时的行为。

温室效应和甲烷

温室气体,包括甲烷,有助于化学反应和气候反馈。温室气体分子通过像热毯一样的作用来捕获太阳能。来自太阳的能量被地球表面吸收,尽管其中一些能量被反射到大气中。被吸收的能量也会以红外线的波长重新发射出来。一些反射和再发射的能量重新进入空间,但其余的被温室气体困在大气中。随着时间的推移,捕获的热量使我们的气候变暖,使全球气温上升。

人类活动驱动的温度上升会对自然来源释放的甲烷产生影响。例如,永久冻土可以自然解冻,并将甲烷排放到大气中,但由于人类活动造成的变暖,增加了永久冻土解冻的速度。

甲烷是世界上对全球变暖的第二大“贡献者”,仅次于二氧化碳。尽管二氧化碳在大气中比甲烷更丰富,但单个甲烷分子比单个二氧化碳分子更有效地捕获热量。

然而,一个甲烷分子的寿命比一个二氧化碳分子短,因为自然的化学过程比二氧化碳更快地将甲烷从大气中清除。这意味着,如果甲烷排放量下降,并保持对甲烷的自然化学洗涤,大气中的甲烷可能在短短十年内大幅减少。减少投入大气层的甲烷数量,可以对减少气候变化的近期影响产生重大和几乎直接的影响,并可能有助于将全球温度变化保持在2摄氏度以下。

为什么奶牛会产生甲烷

牛是反刍动物,意味着它们有专门的消化系统,可以处理人类和大多数其他动物无法消化的食物,如新鲜的草和未煮熟的谷物。当食物进入牛的胃部时,会经历一个称为肠道发酵的过程:微生物和细菌部分分解食物颗粒,然后在胃部称为瘤胃的部分发酵。随着食物颗粒的发酵,它们产生甲烷。每次牛打嗝--以及在较小程度上打嗝--甲烷都会被排出并进入大气层,在那里它是一种温室气体。

NASA对甲烷的关注

虽然甲烷浓度被很好地观测到,但排放量必须根据各种因素来推断。NASA科学家使用各种方法来跟踪甲烷的排放。为了得到最准确的估计,他们使用来自世界各国的排放清单,模拟湿地甲烷排放,并利用大气模型将其与地面、空中和卫星数据相结合。

在加州(和其他一些地区),研究人员驾驶配备有NASA机载可见光红外成像光谱仪--下一代,或AVIRIS-NG的飞机,收集高度校准的数据。这些数据被用于加州甲烷调查,这是一个由NASA、加州空气资源委员会和加州能源委员会共同资助的项目,用于快速识别和报告甲烷泄漏。

在阿拉斯加和加拿大西北部,NASA研究人员使用卫星、飞机和实地研究,以更好地了解来自融化的永久冻土的甲烷排放,作为北极寒带和脆弱性实验(ABoVE)的一部分。研究人员发现,富含碳的永久冻土正在以越来越快的速度解冻,这可能是人类引起的气候变化的结果,使北极地区成为甲烷排放的重要潜在来源。根据科学估计,这个地区的土壤储存的碳比过去200年所有人类活动所排放的碳多五倍。

NASA研究人员将来自ABoVE和加州甲烷调查等任务的数据与他们对甲烷在大气中的行为方式的了解相结合,创建甲烷计算机模型。这些模型可以帮助科学家和政策制定者了解过去、现在和未来的大气甲烷模式。

减少甲烷排放的途径

各个领域的研究人员已经研究了减少全球甲烷排放的潜在解决方案。例如,沼气系统通过将牲畜、农作物、水和食物的废物转化为能源来减少甲烷排放。沼气是通过在垃圾填埋场发生的相同的自然过程来分解有机废物产生的。然而,沼气系统利用产生的气体,将其作为清洁、可再生和可靠的能源,而不是让其作为温室气体释放到大气中。

由加州大学戴维斯分校的 Ermias Kebreab 教授领导的一项研究发现,在牛的饮食中加入几盎司的海藻可以将它们的甲烷排放量减少 82% 以上。

这些类型的技术和生物创新可能为决策者、牧场主和其他人提供更多管理我们未来甲烷的选择。

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