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  温室气体二氧化碳 (CO2) 是人类使用碳基燃料活动的产物,例如家庭供暖、汽车和制造厂等等。但二氧化碳也有许多天然来源,如土壤、火山和所有呼吸的生物。因此,气候学家和公民科学家等都应该问的一个问题是:“你怎么知道二氧化碳的增加是由人类活动造成的?”

  科学家有两种方法可以测量二氧化碳的“人类”来源(我们称之为人源二氧化碳)和二氧化碳的“自然”来源(我们称之为生物源二氧化碳)。第一种方法是使用放射性同位素碳-14(或 14C)。这种同位素在某些情况下用于测定物体的年龄(因此有“放射性碳年代测定法”一词),也可用于测定大气中二氧化碳的年龄。测量二氧化碳的年龄对于确定多少二氧化碳是人源的,多少是生物源的有多大作用? 很多人源二氧化碳是化石燃料燃烧的结果,就像它的名字所暗示的那样,已经非常非常古老了(有数千万到数亿年的历史)。但是大部分的生物源二氧化碳是消耗或分解植物形成的现代有机物质的结果,相对年轻(存在几天到几百年)。所以,测量二氧化碳的碳 -14 就可以得出样本中二氧化碳的年龄,并计算出其中有多少人源二氧化碳。这种方法需要注意的是,它不适用于以木材为燃料的情况,也不适用于刀耕火种的耕作方式。而且在当前的技术状况下,分析成本大约为每份样本 500 美元。

  替代策略是测量一氧化碳(CO)。对于大气学家和气候学家来说,一氧化碳已经成为一种重要的分子,因为它影响了其它温室气体的水平。但是一氧化碳也可以用作人源二氧化碳的示踪气体。这是怎么回事呢?在理想状态下,燃料的燃烧率应为 100%,这意味着当你给汽车引擎加速时,排放物只有二氧化碳和水。但是,因为燃烧率不会达到 100%,所以燃烧过程中就产生了许多其它燃烧产物,其中包括一氧化碳。因此,在任何时候只要有人源二氧化碳产生,就会伴有少量的一氧化碳。换句话说,如果你发现二氧化碳和一氧化碳都有增加,那么你就知道二氧化碳的增加是人为导致的;但是如果你通过测量发现二氧化碳增加而一氧化碳没有变化,那么增加是生物导致的。最重要的是,这种方法适用于任何碳燃烧来源,包括木材燃料和刀耕火种的耕作方式。

  在 Picarro,我们与美国国家航空航天局 (NASA)美国国家海洋和大气管理局(NOAA)、中国气象局 (CMA) 和诸多其它机构的科学家一起开辟对二氧化碳和一氧化碳同时进行精确测量的道路。根据该数据,科学家能够准确测量有多少人源二氧化碳随着时间的推移释放到大气中,并将该信息与广泛的气候因素(如温度和降水)相关联。这将帮助科学家阐明人类活动与我们所居住的星球之间的关系,从而使我们能够更好地预测未来的气候情况。