地球每年凭空蒸发掉六亿吨碳,这个数字放在那里几十年,全球最顶尖的气候学家盯着它,谁也说不清楚碳跑到哪里去了。
卫星扫过,模型算过,海洋量过,森林测过,全部对不上账。
直到一支中国团队钻进了新疆塔里木那片遮天蔽日的黄沙里,一待就是十年,挖出了一个连他们自己都没料到的答案。这个答案,究竟藏在哪里?
碳排放这件事,全球科学家做过无数次计算。工厂烧煤、汽车跑路、城市运转,人类每年往大气里排多少碳,是有一套核算体系的。碳排出去之后,一部分留在大气里推高温室效应,一部分被海洋吸走,一部分被陆地上的植被固定下来。问题就卡在这里了。
科学家把这几个数字加加减减,账总对不上。每年大约有六亿吨碳,既没留在大气里,海洋那边也没收到,陆地植被的固碳量也填不上这个缺口。这六亿吨碳,年年失踪,年年没人找得到。
这个问题有个专门的名字,叫"全球碳汇缺口",也被很多学者称为"失踪碳"难题。它存在的时间说长不长,从二十世纪后半段开始就一直悬在那,气候学界拿它没辙。
全球碳模型的精度,直接决定了各国减排政策的制定方向。这个缺口补不上,模型的预测就会持续跑偏,政策的依据就会不够准。这六亿吨碳找不到,不是一道纸面上的学术题,是实实在在影响气候谈判走向的现实问题。
国际上不乏顶尖团队试图溯源。有人往深海找,有人往高纬度苔原找,有人重新算了一遍热带雨林的固碳量,折腾来折腾去,缺口还是在那,没有实质性进展。
这场悬案,最终在一个没人预料到的地方被揭开。
塔里木盆地坐落在新疆南部,四面环山,塔克拉玛干沙漠占据了盆地腹地的大部分面积。这片沙漠是中国最大的沙漠,也是世界第二大流动沙漠,年降水量在某些地方不足十毫米,植被覆盖率全域不足百分之五。
从任何一个生态学的标准来衡量,这都是一块接近"死地"的区域。学界对它的定性,沿用了将近一百年:荒漠是碳中性区域,不往大气里排碳,也不从大气里吸碳,跟全球碳循环基本没有关系。中科院研究员李彦带着团队,2005年进驻塔里木,开始系统性的野外勘测工作。
最初的目标,并不是冲着"失踪碳"去的。团队的任务是弄清楚干旱区生态系统的碳动态规律,属于基础性科研工作。他们在塔里木全域架起了32套高精度通量监测塔,覆盖不同地貌类型的样点,每隔十秒采集一组数据,全天候不停机运转。数据积累到一定量之后,异常出现了。
监测数据显示,塔里木地区的大气二氧化碳浓度,不是在缓慢上升,而是在被持续地往下拉。腹地年均大气碳浓度稳定在387.3ppm,明显低于理论预测值。这意味着,有什么东西在持续地把大气里的碳往外抽走。荒漠在固碳。
这个结论,任何一个看到数据的人,第一反应都是设备坏了。毕竟塔里木的野外环境太极端,白天地表温度能到六七十摄氏度,晚上急剧骤降,昼夜温差轻易超过四十度。精密仪器泡在这种环境里,出故障是常态。
团队立刻启动了全面的仪器排查程序。全员轮番上阵,逐套更换设备,重新校准传感器,调整监测点位,用多套仪器同步采集数据进行交叉比对,这个过程持续了数个月。
最终结果让人无话可说——不是仪器的问题。数据稳定、一致、可重复,荒漠固碳的信号不是噪声,是真实存在的。
数据确认之后,团队面对的是一个更难的问题:这些碳,到底去了哪里?
第一个猜测方向,是植被。塔里木不是完全没有植物,戈壁边缘散布着胡杨、红柳、骆驼刺等耐旱物种。学界过去认为荒漠碳中性,有一部分依据就是这类植被太稀少,固不了多少碳。团队的第一反应是,也许之前低估了这些植物的固碳能力?
于是开始了大规模的植被调查。队员深入塔克拉玛干十二处无人核心腹地,很多地方连基础的交通条件都没有,全靠徒步推进。累计徒步距离超过一万公里,划出了上百个监测样区,逐一核算植被固碳量。
数字出来,直接把这条路堵死了。全域植被年固碳量不足十万吨,跟监测到的失踪碳数量差了两个数量级,压根对不上。团队开始往更深的地方想。
引入碳同位素溯源技术,是研究方向的一个关键转变。碳同位素就像碳元素的身份证,不同来源的碳,其同位素比例不一样,可以用来追踪碳的流动路径。同时,团队在研究区域启动了深层钻井取样工程,从地表往下打,穿过土壤层、穿过岩层,一直挖到百米以下的地下含水层,完成了86组深层钻井取样,把每一层的碳含量都摸了个底。答案就藏在土层深处。
塔里木盆地地表覆盖着大面积的盐碱土,这种土壤的碱性非常高。大气中的二氧化碳沉降到地面之后,会和土壤里的碱性物质发生反应,生成碳酸盐。碳酸盐的化学性质极度稳定,不容易分解,也不会重新挥发回大气。
这是第一步,碳完成了形态转变。第二步,是运输。塔里木降雨量极少,但盆地里有大量绿洲农田,农业灌溉的用水量相当大。灌溉水顺着土壤缝隙持续向下渗透,渗透过程中把含碳的碳酸盐物质一起带走,随着水流不断下沉,最终进入千米以下的深层地下咸水层。
地下咸水层的环境,密闭、无氧、稳定。碳酸盐物质沉进去,就再也出不来了。日积月累,形成了规模惊人的地下碳库。
权威勘测数据显示,仅塔里木盆地的地下碳储量,就达到了两百亿吨。
原因很简单——这个发现直接推翻了沿用将近百年的荒漠生态定论。
过去学界把荒漠排除在碳循环体系之外,不是没有道理,是因为从地表来看,荒漠确实什么都没有。稀疏的植被,光秃的戈壁,测不出什么固碳能力。没人想到地下还藏着另一套运转了不知多少年的系统。
塔克拉玛干沙漠的实测数据显示,这片沙漠每年稳定固碳大约160万吨,折算下来相当于1021平方公里森林的年均固碳能力。更大的尺度上,全球干旱荒漠地区的地下碳库总量,估算超过一千亿吨。
这个数字,直接填上了全球碳汇缺口里的一大块。
对中国来说,这个发现的意义还有另一层。过去国内统计碳汇,统计范围局限于森林、湿地、草原这类绿色植被系统,广袤的西北戈壁荒漠一直被排除在外。荒漠无机固碳机制得到证实之后,中国天然碳汇的统计基数大幅提高,碳核算体系变得更准确也更完整。
在国际气候谈判的场合,这意味着中国手里多了一份自主勘测的硬数据,在碳排放责任的核算与磋商中,话语权的分量不一样了。
塔里木的发现,也推动了西北治沙工作思路的调整。早年治沙,核心目标是防风固沙和恢复植被。弄清楚荒漠地下固碳机制之后,在改良盐碱土地、扩展绿洲边界的同时,同步挖掘荒漠天然储碳潜力成为新的考量维度。
地球自带一套调节系统,这套系统的复杂程度远超人类目前的认知边界。热带雨林在地表固碳,荒漠地下水在深层储碳,一个在上,一个在下,共同撑着全球碳循环的框架。这套机制运转了多少万年,人类到最近才刚开始摸到门边。
中科院李彦团队用十年时间,在塔里木盆地的风沙里把这道门推开了一条缝。
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