煤、石油和天然气开采以及天然地质源头都会泄漏甲烷。一项新研究表明，大气中来自化石燃料行业的甲烷比之前认为的要多。

　　撰文：ALEJANDRA BORUNDA

　　摄影：KATIE ORLINSKY，NAT GEO IMAGE COLLECTION

　　2015年，在格陵兰岛酷夏的实地工作期间，Benjamin Hmiel和团队钻入辽阔冰原的冰冻内部，定期取出一块摩托车引擎大小的冰块。这些冰块中隐藏着多年来一直困扰着科学家们的一个问题的部分答案：作为全球变暖的最重要来源之一，大气中的甲烷有多少来自石油和天然气行业?

　　在此之前，科学家们认为诸如火山和泥温泉等地质源头每年释放的甲烷占大气中甲烷的10%。不过，本周发表于《自然》杂志上的一项新研究表明，在如今的大气中，来自自然地质源头的甲烷比例要小得多。实际上，研究人员说，大气中的大多数甲烷最有可能来自工业。总的来说，研究结果表明我们低估了化石燃料开采所产生的甲烷的影响，低估幅度高达40%。

　　这对气候变化来说既是坏消息，也是好消息，该研究的主要作者、罗切斯特大学的研究人员Hmiel说。之所以很糟糕，是因为这意味着石油和天然气开采对温室气体的影响比科学家们知道的更大。不过，Hmiel发现，这个结果也几乎因为相同的原因而令人鼓舞：可归因为人类活动产生的甲烷排放越多，比如石油和天然气开采，就意味着决策者、企业和监管机构为解决这个问题必须采取更多行动。

　　“如果我们把大气中的甲烷总量看作是馅饼的各块——一块来自反刍动物，另一块来自湿地。我们过去认为来自地质甲烷的那块太大了，”Hmiel说。“因此，我们要说的是，化石燃料这块馅饼比我们想象的要大，我们可以对这块馅饼的大小产生更大的影响，因为这是我们能控制的事情。”

　　甲烷是“过渡性”燃料——但是过渡到何处呢？

　　甲烷是一种温室效应极强的气体，其碳氢结构使其非常善于吸收热量。在20年的时间跨度内，大气中一个甲烷分子吸收热量的效果比一个二氧化碳分子大约强90倍，长期来看后者是导致未来地球变暖的最主要温室气体。

　　自工业革命以来，甲烷的大气浓度至少增加了150%。由于甲烷能产生极强的温室效应，空气中的甲烷越多，人类就越难以阻止地球气温飙升至超过全球气候目标的水平。

　　甲烷也是一个全球性的、长达数十年的科学谜题的主角：今天使大气升温的所有额外甲烷究竟来自何处？是奶牛打嗝还是稻田？石油和天然气开采导致的泄漏？还是不断冒出气体的泥火山？

　　在过去的几十年里，随着减少二氧化碳排放的呼声越来越高，水力压裂法等天然气采集技术的成本越来越低，美国和其他国家的许多燃煤电厂都已经关闭。自2010年至今，美国已经关闭了500多家煤电厂。在许多情况下，煤电厂被天然气（主要由甲烷气体组成）发电厂所取代，目前美国近40%的能源需求由天然气发电厂解决。

　　甲烷的燃烧效率比煤炭高，因此在碳成本和空气污染方面，甲烷是比煤炭更好的选择。此外，甲烷在大气中滞留的时间也比二氧化碳少得多——前者平均为9年，而后者则多达数百年。

　　由于自身的特性，天然气经常被吹捧为一种“过渡性燃料”，可帮助人类平稳过渡到碳中性能源的未来。如今，在可再生能源或负碳技术发展的同时，天然气工厂不断补充着人类的能源需求。

　　“问题是：天然气究竟是一种过渡燃料，还是会存在很长一段时间？”德克萨斯大学奥斯汀分校的环境经济学者 Sheila Olmstead说。“市场告诉我们，天然气可能会存在很长一段时间。”

　　然而，天然气的气候成本依赖于一个基本假设：天然气的碳排放总量低于其他来源。不过，近年来，一系列科学研究对这一假设提出了质疑，这些研究主要是通过研究天然气开采过程中遗失了多少气体。

　　如果在整个开采过程中只有很少天然气泄漏或遗失——少于采集的天然气总量的百分之几——那么使用天然气就和其它燃料效果差不多，甚至更好。不过，康奈尔大学的气候科学家Robert Howarth说，如果“泄漏率”超过开采总量的1%，使用天然气的效果可能就不如其他燃料。

　　最近的一项研究发现，美国天然气开采过程中的“泄漏率”可能超过2%。另一些研究则调查了美国主要钻探区域的特定“超级排放者”，发现泄漏率更大。

　　Howarth说：“我想说的是，在过去几年的研究中，科学家们已经不再宣称甲烷是一种过渡性燃料了。但如果我们退回来说，我们确实需要天然气一段时间，这一计算方式取决于甲烷的损益平衡点。我们不确定我们是否接近这个目标。”

　　麻省理工学院的能源专家Jessika Trancik强调称，逐步停止二氧化碳排放至关重要，因为二氧化碳将使地球长期处于变暖状态。不过，为了达成世界各国现在都在努力实现的气候目标，防止气温上升超过2015年《巴黎协定》设定的2℃目标，阻止任何额外的甲烷泄露到大气中也至关重要。

　　奥地利国际应用系统分析研究所的温室气体专家Lena Hoglund Isaksson说：“在使用甲烷的情况下是不可能达成这些气候目标的。”

　　答案藏在冰里

　　很难计算出大气中的甲烷有多少来自于人类活动，比如石油和天然气的钻探或燃烧；有多少来自于其他受人类影响的活动，比如农业；又有多少来自于火山喷发等自然源头。

　　甲烷的来源决定了人类能采取什么行动。如果是来自石油和天然气，我们可以修复这些系统来减少泄露量。如果是来自火山，我们控制其排放的可能性就会更小。

　　“这就像一个侦探故事。” Hoglund Isaksson说。

　　过去，为了估算所谓的天然甲烷有多少来自地质来源，科学家们会专程前往某座泥火山，非常仔细地测量甲烷排放量。之后，科学家们将扩大观测范围，对整个地球做出估测。根据这一策略，大多数估测数据认为每年天然地质源头产生的甲烷约为500万吨，约占每年甲烷总排放量的10%。据最近的估计，人类每年从获取和燃烧化石燃料中产生的甲烷总量略少于2000万吨。

　　Hmiel的团队认为甲烷的地质来源实际上可能更小，而且他们有一个地方来验证这一假设：宽阔平坦的格陵兰冰原。那里的冰厚度超过100米，可以追溯到19世纪工业革命开始之前，因此那里的冰晶中的微小气泡中蕴藏着工业时代之前的甲烷。

　　他们挖出了900多公斤的冰，之后把含甲烷的空气从冰中蕴藏的气泡中吸出来。

　　来自天然地质源头的甲烷与其他来源的甲烷（如湿地）的化学组成略有不同。研究者从250年前的冰层中吸出的甲烷只含有微量地质甲烷。由于这些样本采集自工业革命开始之前的冰层，早于煤和石油中的甲烷含量同时增加的时代，所以冰层中的甲烷无一来自化石燃料。

　　相比之下，工业革命开始后的样品显示出化石燃料的明显特征。

　　不过，最关键的发现是，冰层中来自地质源头的甲烷含量极其稀少：在人类尚未依赖化石燃料的年代，每年释放到大气中的甲烷不超过50万吨。地质情况不太可能在这么短的时间内发生改变，因此Hmiel称，这一估计数据同样适用于今天的地质情况。

　　至关重要的是，这一数据比其他用于做出科学评估和政策决定的估测数据要少10倍——包括美国环境保护署和政府间气候变化专门委员会使用的数据。

　　总的来说，科学家们早就知道大气中到底有多少甲烷。这一数据一直没有改变：每年大气中新增的甲烷仍多达5700万吨。不过，如果来自自然地质源头的甲烷少的多，那么一定有其他来源弥补差额。该团队还可以证明，最有可能的来源是石油和天然气行业。

　　Hmiel认为，如果石油和天然气行业的甲烷排放量比之前所知的要多得多，也就意味着他们可以清理这些排放量——减少天然气使用量以及清除使用过程中产生的泄漏和其他浪费的天然气。

　　Olmstead说：“电力公司目前正在选择是将重点放在风能、太阳能还是天然气上，如果他们选择天然气，那么我们就要认识到天然气发电厂还将存在几十年。”

　　“天然气发电厂的实际使用时间远远超过了原本规定的有效期。知道了这一点，会改变我们今天所做的决定吗？我们会对未来10年、20年、30年、40年的甲烷排放产生影响吗？”