研究表明微生物，而不是化石燃料，产生了大部分新的甲烷

在过去的三年里，纳文·钱德拉 (Naveen Chandra) 大部分时间都在日本全球变化研究所进行模拟。 他正试图重现过去50年的历史 地球大气层 在一台大约礼堂大小的超级计算机上。

钱德拉博士一直试图回答他的团队研究中提出的一个问题。 2019 年至 2020 年期间，这些研究人员研究了大气中甲烷的浓度及其随时间的变化。 直到20世纪90年代，浓度有所增加，然后稳定下来，然后在2007年左右再次开始增加。根据最近的估计，今天大气中的甲烷浓度是300年前的三倍。

这些甲烷从哪里来？ 这就是他们想知道的。

不断发展的理解

甲烷是仅次于二氧化碳 (CO2) 的第二丰富的人为温室气体，但它使地球变暖的程度更大。 一个多世纪以来，甲烷的全球变暖潜力是二氧化碳的 28 倍，在更短的时间内（如二十年）甚至更高。

直到最近，政策制定者才开始关注甲烷与解决全球变暖问题。 在 2021 年联合国气候谈判上，成员国发起了“全球甲烷承诺”，以减少气体排放并减缓地球变暖。 然而我们对甲烷的理解也在不断发展。

例如，钱德拉博士和他的团队 最近报道 微生物是大气中甲烷的最大来源，而不是化石燃料的燃烧。

甲烷的来源

科学家们越来越认识到甲烷的各种来源，其中大多数可分为两类：生物源和热源。 当从地壳深处提取天然气或石油等化石燃料时，会释放出产热甲烷。 生物甲烷来自微生物作用。

产生甲烷的微生物是古细菌——不同于细菌和真核生物的单细胞微生物——被称为产甲烷菌。 它们在缺氧的环境中繁衍生息，例如动物的消化道、湿地、稻田、垃圾填埋场以及湖泊和海洋的沉积物。

产甲烷菌通过将有机物转化为甲烷，在全球碳循环中发挥着至关重要的作用。 虽然甲烷是一种强效温室气体，但产甲烷菌产生的甲烷是自然生态系统的重要组成部分。 但农业、奶牛养殖和化石燃料生产等人类活动进一步增加了甲烷排放量。

生物成因和热成因活动都会产生不同的甲烷同位素。 跟踪同位素是跟踪哪些来源最活跃的一种方法。

使用超级计算机建模

日本海洋地球科学技术机构 (JAMSTEC) 首席科学家、该研究的主要作者之一普拉比尔·帕特拉 (Prabir Patra) 表示，碳 13 是关键。 （该碳同位素的原子有 13 个核子：6 个质子 + 7 个中子。）

如果 1,000 个甲烷分子中碳 13 原子的数量少于一定水平，则甲烷来自生物来源。 如果甲烷来自热源，例如被捕获的化石燃料或地质活动，则 1,000 个分子中将会有更多的碳 13 原子。

钱德拉博士和帕特拉博士与来自奥地利、日本、荷兰和美国的科学家合作，从 20 世纪 90 年代以来跟踪全球大气参数的 12 个监测点收集数据。 然后，他们按年份对甲烷同位素数据进行分类，并通过他们开发的程序运行它，以在超级计算机上重现 1980 年至 2020 年的大气。

“一年的数据分析大约需要 4-5 个小时，”钱德拉博士说。

数据不匹配

最后，该团队将自己的结果与两个排放清单（EDGAR 和 GAINS）进行了比较，发现了一些差异。 EDGAR 报告称，1990 年至 2020 年间，石油和天然气勘探产生的甲烷排放量有所增加。GAINS 记录了自 2006 年以来排放量大幅“非常规”增长。他们的发现与两份清单的结果不一致。

帕特拉博士说，将所有生物同位素和热成因同位素的数字合并起来应该与一年的总排放量相匹配。 他们还从其他可用数据中获取见解，例如稻田、湿地、奶牛场的数量、生物质燃烧以及类似的甲烷排放源，并估算了这些源的排放量。 但当他们用这些数据运行大气模型时，每年的甲烷总排放量超过了总产量。

事实上，模型显示，1990 年至 2000 年代化石燃料的甲烷排放量有所下降，此后一直保持稳定。 他们还发现微生物产生的甲烷比化石燃料还多。

需要本地数据

该研究的作者在论文中写道，一个可能的原因可能是拉丁美洲养牛业的增加以及南亚和东南亚、拉丁美洲和非洲废物排放量的增加。 他们补充说，全世界湿地的数量也有所增加。

过去的研究表明，利用卫星数据，厌氧古菌等微生物可能是大气甲烷的主要贡献者。 但帕特拉博士表示，“大多数使用卫星的研究无法测量实际情况 [changes over time] 甲烷。” 卫星数据是使用模型来解释的，“因此容易出现不确定性”。 他说需要地面模型来证实这些解释。

他补充说，他们自己的大气模型也只是一个开始。 它的数据来自位于遥远地方的天文台。 “如果你真的想问什么是来自湿地，什么是来自稻田，我们需要在这些确切的位置进行测量，”帕特拉博士说。 “我们在世界任何地方都没有这种观察来进行这种测量。 我们只能代表全球排放量。”

但我们所知道的是：“如果你想减少甲烷排放，首先应该控制人类活动。 我们可以在这里清楚地概述什么是人为的。 废物和垃圾填埋场、稻田、肠道发酵、石油和天然气以及煤炭，”他说。

莫妮卡·蒙达尔 (Monika Mondal) 是一名自由科学与环境记者。