人类和碳循环

地理学·变化的世界·人类和碳循环

第一部分：碳循环

•什么是碳循环?

碳原子在生物体、大气、海洋和地壳之间运动，这个运动被称为碳循环。在这些物质里，一个碳原子可能储存了几百万年

才转化为另一种物质。碳在大气里以二氧化碳的形式存在，在地壳里以水成岩的形式存在，然后溶解于水中。碳原子在循

环过程中并不是以一种固定的形式存在，但是碳原子的运动都称为碳循环。

图表 01: 拓展问题 问题 1.所有的生物形式都含有碳吗？

是的，到目前为止地球上所有的生命体都含有碳。碳是动物 和植物形成的基本单位。 问题 2.什么是存储和转移

当我们描述一种物质的循环运动时，“存储”和“转移”的

概念是非常有用的，比如水、氮气或碳。存储就是一种物质

能够停留一段时间而不移动，比如，海洋和植物。转移是一

个物质导致变化的过程。碳循环过程中的转移包括分解，这

时候生物遗体中的碳转移到了大气中。

问题 3.什么是碳沉积？

碳沉积就是物质吸收的碳比释放的碳要多。 碳沉积会发生在雨林和海洋中。 问题 4.什么是碳源？

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碳源就是一种吸收的碳比释放的碳量要大的物质。碳源包括化石燃料的燃烧和生物体的呼吸作用。

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•碳是如何在陆地、海洋和大气之间运动的？

碳在地球上大量的移动，通过诸如光合作用、分解作用和岩石形成等过程。

地球上的海洋在碳循环过程中起着至关重要的作用，因为大气中的碳溶解

在海水里。植物吸收大气或海洋中的二氧化碳，通过光合作用它们将碳转

化为生长所需的能量。之后，碳就“锁”在或者“储存”在了植物中，直

到它们死后经过腐烂和分解作用再释放回大气之中。如果一种植物在海洋

里死亡，比如浮游生物，它会沉到海底成为沉积物，最终可能会转化为水

层岩。

拓展问题

问题 5. 什么是浮游植物？

浮游植物是生活在海洋里的微小植物。当条件合适时它们会大量繁殖，形成海洋食物链的基础。它们的生长需要阳光和营养，还需要二氧化碳进行光合作用。

光合作用中会涉及到碳循环

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问题 6.哪些岩石含有碳？ 许多水成岩石里含有碳，因为它们可能是由富含珊瑚或其它海洋生物

遗骸的沉积物形成的。因为这些变形的石头可能曾经是水成岩，

其中含有碳。石灰石含有许多以碳酸钙形式存在的碳；粉笔就是

石灰石很纯净的形式。煤含有大量的碳，但是钻石是最纯净的碳形式。

•人类是如何影响碳循环的？

人类在许多方面都影响了碳循环，包括直接影响和间接影响。人类的许多活动，比如建发电厂、运输和砍伐森林等，都会涉

及到燃烧化石燃料和向大气中释放二氧化碳。温室气体的释放和全球变暖紧密相连，而温室效应会导致永久冻结带的融化和

海洋温度的上升。随着永久冻结带的融化，被禁锢了几千年的碳被释放到大气中。海洋温度上升，能够容纳的二氧化碳也变

少了，这意味着会有更多二氧化碳进入大气。

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交通过程中释放了温室气体

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拓展问题

问题 7.什么是永久冻结带？

永久冻结带的泥土通常都是低于 0℃的。永久冻结带大多数在北纬地带，包括阿拉斯加、加拿大和俄罗斯。永久冻结带中

可能会有一个层次里的水在夏天消融，而在冬天重新冻结起来。二氧化碳（以及甲烷）在永久冻结带中存在于死去的有机

物中，一旦这里消融了，这些气体就会释放出来。

问题 8.温室气体从何而来？

温室气体能够通过交通运输、土地使用、清洁过程、食品生产、发电站、农业、建筑和工业等方式释放出来。

第二部分：碳足迹

•什么是碳足迹？ 碳足迹是一种测量温室气体(包括二氧化碳)释放量的方法，这些气体的释放是用于支撑人类活动，并且对环境有着影响。

碳足迹可以测量个人、组织、活动或一种产品的碳释放量。包括直接影响，如驾驶汽车燃烧的汽油，以及二级影响，比如

消耗一些产品产生的碳，而这些产品的生产中使用了化石燃料，这些都会影响碳足迹的数据。

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飞行产生了大量的碳足迹

•碳足迹是如何改变的？

碳足迹和财富值有着很重要的相关性。一般来说，世界上经济发达地区的人们会比欠发达地区产生的碳足迹要多得

多。

我们一般使用每年释放的二氧化碳（或其等价物）的公吨数来测量碳足迹。碳足迹释放量大的可达每年 30 多公吨，而少的

每年不到 0.1 公吨。中东地区石油丰富的国家每年释放的碳足迹多达 30 公吨。许多欧洲国家每年的碳足迹在 5 到 10 公吨。

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拓展问题

问题 9.什么是相关性？

相关性是一种统计法，用来表示成对的变量能否或有多大的联系性。相关性可以用表格来表示。相关性包括正相关性（比如，两个变量同时上升），以及负相关性（比如，两个变量同时减少），以及无相关性。相互关系意味着相关性，但是相关性并不表示存在着彼此的关系。

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讨论：你认为那些国家的碳足迹最高/最低？为什么？

•碳足迹为什么会变化？

影响碳足迹的因素很多，包括文化、工业、消费理念和交通等。但是一般说来，国民生产总值高的国家一般碳足迹值大一些。很多富裕国家的人民，比如美国人，会消耗更多（从汽车消耗的汽油到经常性的飞行旅游），他们的生活方式是能量密集型的。一些出产石油和天然气的国家，如卡塔尔和阿拉伯联合酋长国，也有很高的碳足迹。他们的能量消耗量因为价格的低廉而很大。一些小的、偏远的国家，比如大西洋和印度洋上的岛国，通常需要进口大量食物，那里的人们出行也很频繁，所以他们的碳足迹也很高。

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降低消耗和循环利用能够降低碳足迹

第三部分：碳的抵消

•什么是碳的抵消？

碳抵消是一种经济手段，它可以使得个人和商业团体向一些环保项目投资，从而平衡他们的碳足迹。比如说，它可以计算一趟到纽约的飞机旅程排放的二氧化碳，也可以测量种植一棵树对环境带来的好处。碳抵消是一种更加便宜和方便的降低化石燃料消耗的方法，有效的实现一种活动的碳稳定排放。

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拓展问题

风力农场生产可再生能源

目前，碳抵消仅在很少的工业领域强制执行，比如私人运输工业。但是，今后碳抵消应该可以推广到更多的工业领域之中。

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拓展问题

问题 11.碳平衡是什么意思？

如果个人或企业实现了碳足迹零排放，这就叫做碳平衡。比如，有些组织的碳排放是完全平衡的，甚至是负数，因为它们实行了一些保护环境的活动。

图表 02:

对环境有利的活动可以让

个人或企业平衡他们的碳排放量

•碳抵消项目的标准是怎样的？

碳抵消项目必须对人类、环境都有着可持续性的好处。通常一家第三方的公司可以通过可持续的、对环境有利的项目来解

决积累下来的碳排放量。目前已经在运转的碳补偿项目包括： •为印度尼西亚的人民提供太阳能灶具

•为印度一家宾馆提供节能型的设备

•斐济的水力发电厂

•塞浦路斯第一家风力发电场

碳抵消质量评估系统是一个为了确保这些项目质量和完整性而创建的组织。

•建议活动 讨论：你认为碳抵消有必要吗？还是降低排放量的效果会更好？

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种植树木可以抵消人类许多活动

释放的碳

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•什么是碳捕捉？

碳捕捉是一种工业技术，用于捕捉、加工和存储释放的二氧化碳，防止它进入大气进而引起气候变化。一旦被捕获了，二

氧化碳会通过管道运送到地下很深的一个存储地点，比如石油或天然气开采后留下的深洞或空间里。

据统计，我们的地球拥有存储多达 10 万亿公吨二氧化碳的能力，可以容纳人类 100 年中释放的二氧化碳。地下存储效果很好，

因为人们加压后可以让二氧化碳更像气体而不是液体。二氧化碳还可以存在诸如多空的岩石内发射到太空里，意味着大量的

气体存储只会占用相对很小的空间。同样，二氧化碳也可以封存在地下的岩石中，那里就像地表以下天然的水库一样。这些

天然水库在岩石的上方，封闭性很好，可以使得二氧化碳安全的存储，从而保护人类和环境。

图表 03: 拓展问题

问题 12. 碳捕捉和碳存储有什么不同之处吗？

没有。被捕捉的所有碳都会被存储起来，以防止再次进入大气。碳捕获和存储经常一起简写为 CCS。

问题 13. 碳是如何被捕捉的？ 我们可以通过三种方式来捕捉碳：后燃、预燃和富氧燃

烧。燃烧指的是燃烧化石燃料，它会产生被称为废气的

副产品，包括二氧化碳、水蒸气、二氧化硫和氮氧化物。

捕获二氧化碳最常见的方法是后燃，化石燃料燃烧后产

生的二氧化碳会被捕获。在预燃过程中，二氧化碳从产

生的废气中被移除和捕捉。这种方法的一个问题就是，

过程中需要大量的能量将气体有效的压缩后再运输。

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讨论：你对于碳捕捉和碳存储有什么看法？

碳捕捉的方法有三种：后燃、预燃和富氧燃烧

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拓展问题

问题 14. 当我们将碳从源头捕捉并送往目的地时，使用的是普通的管道吗？ 准确的说不是，因为我们需要使用压缩机将二氧化碳持续的运输，所以需要一种能够承受二氧化碳腐蚀性作用的材料制

作管道。二氧化碳的输送管道通常从捕获的源头开始，直接通往存储的地方。管道可以输送三种形式的二氧化碳：气体、

液体和固体。但通常输送的是气体形式，压缩机会将气体在管道中压缩。二氧化碳必须是干净和干燥的，否则就会腐蚀

输送管道（它通常都是用碳锰合金制成的）。目前对输送二氧化碳的管道还没有标准的要求，但是专家认为不锈钢制成

的管道抗腐蚀性更低。所以，这是不经济的，因为这需要为输送二氧化碳建造全新的管道。

问题 15. 现在已经建成的碳存储中心有哪些？

斯莱普内尔气体存储点位于挪威西部的北海，这里的海底从 1996 年开始就用于二氧化碳的注入。

问题 16. 还有可以替代地下碳封存的方法吗？

是的。除了地下封存法以外，科学家还寻求在海底永久性封存二氧化碳的方法。有些专家认为，我们可以直接而安全的

将二氧化碳注入海底，只要在海底 3500 米以下的地方。但是海洋碳封存法还未进行广泛的验证，所以关于对海洋生物

安全性的影响，以及二氧化碳是否会重新进入大气的这些问题还有待研究。

管道可以运输三种形式的二氧化碳：气态、液态和固态

科学家们正在寻求

在海底永久封存二氧化碳的方法

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