对碳循环的认识姚云 201321170005 地遥学院 课程与教学论专业碳是构成有机化合物的基础元素，地球上碳元素的分布非常广泛。所有的有机物都含有碳元素。地球上最大的两个碳库是岩石圈和化石燃料，含碳量约占地球上碳总量的99.9。这两个库中的碳活动缓慢，实际上起着贮存库的作用。地球上还有三个碳库大气圈库、水圈库和生物库。CO2 在大气圈、海洋和陆地生态系统三个主要碳库之间进行着自然交换,人类活动增加了CO2 在三个碳库之间的交换变率并部分改变了交换的方向。自然界碳循环的基本过程大气中的二氧化碳（CO2）被陆地和海洋中的植物吸收,然后通过生物或地质过程以及人类活动，又以二氧化碳的形式返回大气中。一未被干扰下的碳循环陆地碳循环陆地生态系统是人类赖以生存与持续发展的生命支持系统，是全球生态系统碳循环的重要组成部分,在全球碳收支中占主导地位。总的来说，陆地生态系统碳循环过程主要包括两方面内容一是指植物通过光合作用吸收 CO2，将碳贮存在植物体内，固定为有机化合物，形成初级生产量，同时又在不同的时间尺度上通过各种呼吸途径将 CO2 返回大气；二是指有机物的代谢，一部分有机物通过植物自身的呼吸作用和土壤及枯枝落叶层中有机质的腐烂即异氧呼吸返回大气，未完全腐烂的有机质经过漫长的地质过程形成化石燃料储藏于地下，另一部分则通过各种人为和自然因素进入大气一植被一土壤一岩石一大气的碳库之间的循环过程。海洋碳循环海洋在全球碳循环中起着极其重要的作用，海洋是地球上最大的碳库。海洋储存碳是大气的60 倍，是陆地生物土壤层的20倍。海洋中的碳主要以溶解无机碳DIC、溶解有机碳DOC、颗粒有机碳POC等形式存在，以溶解无机碳居多。海洋碳循环是碳在海洋中吸收、输送及释放的过程，主要包括 CO2 的海-气通量交换过程、环流过程、生物过程和化学过程。海洋碳循环可以分为三个方面。第一方面是“碳酸盐泵”，就是大气中的 CO2气体被海洋吸收，并在海洋中以碳酸盐的形式存在；第二方面是“物理泵”，即混合层发展过程和陆架上升流输入，它与海洋环流密切相关；第三方面是“生物泵”，即生物净固碳输出，它是浮游植物光合固碳速率减去浮游植物、浮游动物和细菌的呼吸作用速率，也就是通过生物的新陈代谢来实现碳的转移，在海洋中主要是通过海洋浮游植物的光合作用来实现的。大气碳循环大气中碳含量并不高，但是大气中碳循环却是至关重要的，大气将陆地和海洋碳循环链接为一个整体，构成了整个全球的碳循环。大气碳循环主要有三类1、大气中的碳被陆地上的有机体吸收，主要是植物的光合作用及土壤中有机体合成；2、在气水界面被海水吸收，进入海洋碳循环体系；3、地质作用（如火山等）及有机体的呼吸作用释放CO2进入大气碳循环。（二）干扰下的碳循环（1）由于土地利用方式的变化如土地荒漠化、森林破坏和现代建筑物所需的水泥逐渐增多等，使得陆地由最初的碳汇逐渐转变成现在的弱碳源；（2）由于水质污染等致使水生浮游生物大量死亡，生物泵作用弱化，使得大洋作为全球碳循环中最主要的碳汇的作用在减弱；（3）汽车尾气的排放以及化石燃料的燃烧，使大气中的CO2明显增多，其成为了主要的碳汇。对碳循环失衡问题的认识（二）对人类福利的认识自工业化革命以来，人类对环境的影响已经超过了人类历史上的任何时期，一方面人类的生产活动每年将大量的碳排放到大气中，许多气体可能要在大气中停留 100 年甚至更长的时间；另一方面，人类对自然界的一些改造活动如森林砍伐，使得碳排放量增加、吸收能力降低。这两方面的人类活动导致全球大气中CO 浓度呈不断升高的趋势，CO 质量分数已由工业化前1750年的280．4-10g 增加至当前的 3671．Lg／g。随之而来的是温室效应增强，全球变暖问题凸显。据 IPCC2001 年的第三次评估报告 ，全球大气的平均温度在过去的100 年中上升了约0．6C，而且在未来几十年内人为的增暖率将保持在每 1O 年增加0．1～0．2C 的幅度。温度的升高也打破了原有的平衡，对地球环境与人类社会产生了一系列的影响。政治经济方面限制二氧化碳的排放量就等于是限制了对能源的消耗，必将对世界各国产生制约性的影响。应在发展中国家“减排”，还是在发达国家“减排”成为各国讨论的焦点问题。发展中国家的温室气体排放量不断增加，2013 年后的“减排”问题必然会集中在发展中国家。有关阻止全球气候变暖的科学问题必然引发“南北关系”问题，从而使气候问题成为一个国际性政治问题。全球气候变暖对农作物生长的影响有利有弊。其一，全球气温变化直接影响全球的水循环，使某些地区出现旱灾或洪灾，导致农作物减产，且温度过高也不利于种子生长。其二，降水量增加尤其在干旱地区会积极促进农作物生长。全球气候变暖伴随的二氧化碳含量升高也会促进农作物的光合作用，从而提高产量。其三，温度的增加有利于高纬地区喜湿热的农作物提高产量。人体健康方面（1）全球气候变暖直接导致部分地区夏天出现超高温，心脏病及引发的各种呼吸系统疾病，每年都会夺去很多人的生命，其中又以新生儿和老人的危险性最大。（2）全球气候变暖导致臭氧浓度增加，低空中的臭氧是非常危险的污染物，会破坏人的肺部组织，引发哮喘或其他肺病。（3）全球气候变暖还会造成某些传染性疾病传播。（4）化石燃料的燃烧等使得大气污染加剧，雾霾天气增多，影响人类身体健康。资源环境方面① 热带扩展，副热带、暖热带和寒带缩小，寒温带略有增加；② 草原和荒漠的面积增加，森林的面积减少；③ 农业的种植决策、品种布局和品种改良、土地利用、农业投入和技术改进等受到影响；④ 加剧了目前日趋紧张的水资源问题；⑤改变了区域降雨、蒸发的分布状况；⑥ 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。（二）技术和体制的改变技术应对与其他污染物不同，CO2 的减排存在很大的技术难度。截止2011 年，主要有 3种技术方向和选择。一是采取化石能源的替代技术，主要包括清洁能源替代技术、可再生能源技术、新能源技术核能目前已经被排除在联合履约和CDM机制之外；二是提高能效，进而通过减少能耗实现削减CO2排放；三是碳埋存及生物碳汇技术。此外，税收等财政金融政策可以起到加速技术改造进程，优化资源配置，降低全社会减排成本的作用。体制改变针对全球气候变暖的挑战，国际社会在1992 年制定了联合国气候变化框架公约（以下简称公约），并于1997 年12月在日本京都达成了（以下简称议定书）。要求30多个国家（包括发达国家和经济转型国家）在2008至2012年间，把温室气体的排放量平均比 1990 年削减5.2。 这标志着国际社会进入了一个实质性减排温室气体的阶段，人类发展史上首次具有了一个国际法律框架，用以限制人类活动对地球系统的碳循环和气候变化的干扰。减少碳排放成为缔约国家社会经济发展和生产经营活动的重要目标之一。在欧洲，企业可以通过买卖二氧化碳排放量信用配额来实现排放达标的目标。碳排放已经成为一种市场化的交易。在伦敦金融城，除了股票、证券和期货交易所外，还有不少专门从事碳排放交易的公司。碳排放交易是用经济手段推动环保的国际通行办法，是清洁发展机制，简称CDM的核心内容。碳排放形成“大宗商品交易”的国际市场。中国可以通过积极参与项目获得巨大的经济收益，据估计中国可以提供全球 CDM所需项目的一半以上。除上述强制性的减排机制外，国际上还有一些基于项目的自愿减排机制，比较著名的主要有黄金标准（ＧｏｌｄＳｔａｎｄａｒｄ）、ＶＣＳ、ＣＡＲ、ＡＣＲ和ＶＥＲ＋等，各种的自愿减排机制其碳减排的评价制度都比较类似。总体而言，国家面对碳失衡问题的主要举措制定规章和标准限制排放量；对碳排放征税或收取费用，税收是消化温室气体排放成本的有效方法；引入碳排放许可证可转让市场机制；鼓励业界和政府自愿签订协议，因为自愿协议在政治上具有吸引力，提高各方的减排意识，发挥其相应的作用；提供补贴和减免税收等财政刺激政策，以促进新技术的研发和扩散；鼓励研发和示范，促进科技进步、降低成本以及稳定发展。加强减排意识的提高，推动消费行为模式的改变。