气象学家认为数百万年前大气二氧化碳含量下降与地球极冰期有关

气象学家认为数百万年前大气二氧化碳含量下降与地球极冰期有关 主要作者 Adriana Dutkiewicz 指着澳大利亚弗林德斯山脉北部斯图尔特冰川时期留下的沉积物 Dietmar Müller 教授/悉尼大学悉尼大学和阿德莱德大学的科学家团队在《地质学》杂志上撰文，描述了大约 7 亿年前地球上的一个时期，当时古老的罗迪尼亚大陆开始分裂。在这一过程中，它产生了新的海洋地壳，这有助于限制水下火山的二氧化碳脱气。研究人员说，与此同时，存在于现代加拿大的大量火山硅酸盐岩开始风化，这一过程有助于从空气中吸走更多的二氧化碳。研究人员认为，这两个过程将大气中的二氧化碳含量降低到了百万分之 200 以下，也就是今天大气二氧化碳含量的一半。研究论文称，这导致了众所周知的斯图尔特冰川期，即持续了5700万年的冰河时期，被认为是"地球历史上最极端的冰室气候时期"。有趣的是，大约十年前，另一组科学家也认为斯图尔特冰川是由火山活动形成的，但在这种情况下，哈佛大学的研究人员认为，降温更多的是与火山释放到空气中的气溶胶有关，而不是因为缺乏火山活动。让这一理论更加可信的是，冰河时期开始时，地球上还没有有机生命体，因此唯一可能影响大气中碳含量的过程是地质过程。这项研究的合著者、悉尼大学的迪特玛-穆勒（Dietmar Müller）说："地质学在这个时期主宰了气候。我们认为斯图尔特冰期的到来是双重打击的结果：板块构造重组使火山脱气降到最低，与此同时，加拿大的一个大陆火山区开始侵蚀，消耗大气中的二氧化碳"。地质学家们说，他们的发现可能为我们提供了一种观察地球未来温度变化的方法。目前大陆碰撞的增加再次减缓了火山源的二氧化碳排放，这最终可能会使地球回到另一个冰河时代。然而，这种趋势需要数百万年才能实现，这与目前人类活动对气候的影响的时间尺度完全不同。"无论未来会发生什么，重要的是要注意到，这里研究的这种地质气候变化发生得极其缓慢，"该研究的第一作者、悉尼大学的阿德里安娜-杜特凯维奇（Adriana Dutkiewicz）说。"根据美国国家航空航天局（NASA）的数据，人类引起的气候变化的速度比我们以前看到的要快10倍"。 ... PC版： 手机版：

科学家设计的新方案可以让碳捕集所需的能量将来自太阳

科学家设计的新方案可以让碳捕集所需的能量将来自太阳 在新工艺中，空气通过一种液体来捕捉二氧化碳。如果用光照射液体，温室气体就会再次释放并被收集起来。图片来源：苏黎世联邦理工学院因此，苏黎世联邦理工学院的研究人员正在开发一种利用光的新方法。通过这种方法，未来碳捕集所需的能量将来自太阳。在电化学能源系统教授玛丽亚-卢卡茨卡娅的领导下，科学家们正在利用这样一个事实：在酸性水液中，二氧化碳以二氧化碳的形式存在，但在碱性水液中，二氧化碳会反应生成碳酸盐，即碳酸盐。这种化学反应是可逆的。液体的酸性决定了它是含有二氧化碳还是碳酸盐。为了影响液体的酸性，研究人员在液体中加入了能对光产生反应的分子（称为光酸）。如果用光照射这种液体，这些分子就会使其呈酸性。而在黑暗中，它们又会恢复到原来的状态，使液体呈碱性。这就是 ETH 研究人员的方法的详细工作原理：研究人员在黑暗中将空气通过含有光酸的液体，从而从空气中分离出二氧化碳。由于这种液体呈碱性，二氧化碳会发生反应并形成碳酸盐。一旦液体中的盐分积累到一定程度，研究人员就用光照射液体。这使得液体呈酸性，碳酸盐转化为二氧化碳。二氧化碳从液体中冒出，就像在可乐瓶中一样，可以收集到储气罐中。当液体中几乎不剩任何二氧化碳时，研究人员关闭光源，循环重新开始，液体就可以捕获二氧化碳了。"然而，在实践中出现了一个问题：所使用的光酸在水中并不稳定。"卢卡茨卡娅研究小组的博士生、本研究的第一作者安娜-德弗里斯（Anna de Vries）说："在最早的实验过程中，我们发现分子在一天后就会分解。"于是，卢卡茨卡娅、德弗里斯和他们的同事分析了分子的衰变。他们不是在水中，而是在水和有机溶剂的混合物中进行反应，从而解决了这个问题。科学家们通过实验室实验确定了两种液体的最佳比例，并通过巴黎索邦大学研究人员的模型计算解释了他们的发现。首先，这种混合物能让光酸分子在溶液中保持稳定近一个月。另一方面，它确保了光可以根据需要在酸性和碱性溶液之间来回切换。如果研究人员使用的有机溶剂不含水，反应将是不可逆的。其他碳捕获过程也是循环往复的。一种成熟的方法是使用过滤器在环境温度下收集二氧化碳分子。为了随后从过滤器中清除二氧化碳，必须将过滤器加热到约 100摄氏度。然而，加热和冷却都是高能耗的：它们占过滤器方法所需能源的大部分。Lukatskaya说："相比之下，我们的工艺不需要任何加热或冷却，因此所需的能源要少得多。不仅如此，ETH 研究人员的新方法还可能仅靠阳光就能工作。我们系统的另一个有趣之处在于，我们可以在几秒钟内从碱性变为酸性，并在几分钟内恢复到碱性。这让我们可以比温度驱动系统更快地在碳捕获和碳释放之间切换。"通过这项研究，研究人员表明，光酸可以在实验室中用于捕获二氧化碳。下一步，他们将进一步提高光酸分子的稳定性，使其走向市场。他们还需要研究整个过程的参数，以进一步优化该过程。参考文献：《溶解调谐光酸作为二氧化碳捕获和释放的稳定光驱动 pH 开关》，作者：Anna de Vries、Kateryna Goloviznina、Manuel Reiter、Mathieu Salanne 和 Maria R. Lukatskaya，2023 年 12 月 20 日，《材料化学》。DOI: 10.1021/acs.chemmater.3c02435编译自/scitechdaily ... PC版： 手机版：

MIT科学家正尝试利用二氧化碳足迹发现潜在外星生命

MIT科学家正尝试利用二氧化碳足迹发现潜在外星生命 研究人员提出，如果一颗陆地行星的大气中二氧化碳含量比同一星系中的其他行星少很多，这可能是该行星表面存在液态水也可能是生命的迹象。更重要的是，这一新特征就在美国宇航局詹姆斯-韦伯太空望远镜（JWST）的观测范围之内。虽然科学家们已经提出了其他宜居迹象，但这些特征即使不是无法测量，也很难用现有技术测量。研究小组表示，这种二氧化碳相对耗尽的新特征是目前唯一可以探测到的宜居性迹象。麻省理工学院行星科学助理教授朱利安-德-维特（Julien de Wit）说："系外行星科学的圣杯是寻找宜居世界和生命的存在，但迄今为止人们谈论的所有特征都超出了最新天文台的能力范围。现在我们有办法找出另一颗行星上是否有液态水。这也是我们在未来几年内可以实现的目标"。在这幅插图中，美国宇航局詹姆斯-韦伯太空望远镜的多层遮阳板在天文台的蜂巢镜下伸展开来。韦伯望远镜是未来十年中最重要的天文台，为全世界成千上万的天文学家服务。它研究我们宇宙历史的每一个阶段。图片来源：NASA GSFC/CIL/Adriana Manrique Gutierrez研究小组的研究成果最近发表在《自然-天文学》上。de Wit 与英国伯明翰大学的 Amaury Triaud 共同领导了这项研究。他们在麻省理工学院的合著者包括本杰明-拉克姆、普拉杰瓦尔-尼劳拉、安娜-格利登-奥利弗-贾古茨、马特伊-佩奇、亚努什-佩特科夫斯基和萨拉-西格，以及伍兹霍尔海洋研究所（WHOI）的弗里德-克莱因、法国综合理工学院的马丁-图尔贝和波尔多天体物理实验室的弗兰克-塞尔西斯。迄今为止，天文学家已经探测到 5200 多个太阳系外的世界。利用目前的望远镜，天文学家可以直接测量行星到恒星的距离以及完成一个轨道所需的时间。这些测量结果可以帮助科学家推断行星是否在宜居带内。但是还没有办法直接确认一颗行星是否真的适合居住，也就是说它的表面是否存在液态水。在整个太阳系中，科学家可以通过观察"闪光" - 即从液体表面反射的闪光来探测液态海洋的存在。例如，在土星最大的卫星土卫六上就观测到了这些闪光或镜面反射，这有助于确认该卫星上有大型湖泊。然而，要在遥远的行星上探测到类似的微光，目前的技术还无法实现。不过，德威特和他的同事们意识到，还有一种近在咫尺的宜居特征可以在遥远的世界中探测到。特里奥德说："通过观察我们自己系统中的陆地行星，我们萌生了一个想法。"金星、地球和火星都有相似之处，即都是岩石行星，居住在相对于太阳而言较为温和的区域。地球是三颗行星中目前唯一拥有液态水的行星。研究小组还注意到另一个明显的区别：地球大气中的二氧化碳含量要少得多。我们假设这些行星是以类似的方式诞生的，如果我们现在看到一颗行星的碳含量少了很多，那么它一定是去了某个地方。唯一能从大气中移除这么多碳的过程是涉及液态水海洋的强大水循环。事实上，地球的海洋在吸收二氧化碳方面发挥了重要而持久的作用。在数亿年的时间里，海洋吸收了大量的二氧化碳，几乎相当于今天金星大气中持续存在的二氧化碳量。这种行星级的效应使得地球大气中的二氧化碳含量大大低于其行星邻居。研究报告的合著者弗里德-克莱因（Frieder Klein）说："在地球上，大气中的大部分二氧化碳在地质时间尺度上被封存在海水和固体岩石中，数十亿年来，这有助于调节气候和宜居性。"研究小组推断，如果在一颗遥远的行星上检测到类似的二氧化碳消耗，那么这将是其表面存在液态海洋和生命的可靠信号。在广泛查阅了生物学、化学、甚至气候变化背景下的碳封存等多个领域的文献后，研究人员认为，如果我们探测到碳耗竭，那么它就很有可能是液态水和/或生命的强烈信号。寻找生命的路线图在他们的研究中，研究小组提出了一种通过寻找贫化二氧化碳特征来探测宜居行星的策略。这种搜索对"豌豆荚"系统最有效，在这种系统中，多个大小差不多的陆地行星的轨道彼此相对靠近，类似于我们的太阳系。研究小组提出的第一步是确认这些行星是否有大气层，方法很简单，就是寻找是否存在二氧化碳，预计二氧化碳在大多数行星大气层中占主导地位。"二氧化碳是一种非常强的红外线吸收体，很容易在系外行星的大气层中被探测到，"de Wit 解释说。"二氧化碳的信号可以揭示系外行星大气层的存在"。一旦天文学家确定一个星系中有多颗行星拥有大气层，他们就可以继续测量它们的二氧化碳含量，观察是否有一颗行星的二氧化碳含量明显低于其他行星。如果是这样，那么这颗行星很可能适合居住，也就是说它的表面有大量的液态水。但宜居条件并不一定意味着行星上有人居住。为了确定是否真的存在生命，研究小组建议天文学家寻找行星大气层中的另一个特征：臭氧。研究人员注意到，在地球上，植物和一些微生物会汲取二氧化碳，但汲取的量远不及海洋。不过，作为这一过程的一部分，生命形式会释放出氧气，氧气与太阳的光子发生反应，转化成臭氧一种比氧气本身更容易检测的分子。研究人员说，如果一个星球的大气层同时显示出臭氧和二氧化碳枯竭的迹象，那么这个星球很可能是一个宜居的、有人居住的世界。特里奥德说："如果我们看到臭氧，那么它很有可能与生命消耗二氧化碳有关。如果是生命，那就是灿烂的生命。它不仅仅是几个细菌。它将是一个星球规模的生物体，能够处理大量的碳，并与之相互作用。"据研究小组估计，美国宇航局的詹姆斯-韦伯太空望远镜将能够测量附近多行星系统中的二氧化碳，可能还包括臭氧，比如TRAPPIST-1一个围绕一颗明亮恒星运行的七大行星系统，距离地球仅40光年。"TRAPPIST-1 是我们可以利用 JWST 进行陆地大气研究的少数系统之一，"de Wit 说。"现在我们有了寻找宜居行星的路线图。如果我们齐心协力，就能在未来几年内完成颠覆性的发现。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

科学家给冰川称了称体重 才知它们“暴瘦”成这样

科学家给冰川称了称体重 才知它们“暴瘦”成这样 其中，有48条冰川的重量损失超过30%，7.5万亿吨融水进入大海，这些融水可能会对通过影响海洋环流带来一系列连锁反应。01 如何知道冰川的“体重”？科学家们是如何知道冰川的面积、厚度和重量变化的呢？冰川的面积测算有很多方法，过去可以通过绘制冰川分布地图，蒙上方格纸数格子来测算。现在可以通过无人机测量、查看卫星遥感图，都能圈定冰川的面积大小，利用计算机就可以得到具体的面积数据。冰川的厚度可以通过在剖面处直接测量或者通过打钻的方式获取。如果有陡峭的冰川剖面，从顶到底垂直拉一条测绳或者用测距仪直接测定剖面高度，就可以得到该点的冰川厚度。打钻要更复杂一些，要确保钻井垂直，并且要打到冰川底部，钻井深度即冰川厚度。还可以借助重力仪、探地雷达等仪器设备，更加便捷地获取的冰川厚度信息。比如，科学家们在1968年就借助重力仪，在珠穆朗玛峰脚下的绒布冰川，观测到两个断面的冰厚数据。2009年，又通过探地雷达对东绒布冰川进行了较为全面的厚度测量。图中黑色线条L1-L8为珠峰东绒布冰川探地雷达测厚线路分布，红色线条C1-C5为冰川槽谷断面分布，蓝色线条为冰川主流线，冰川末端在C1附近，并在P1、P2进行了探地雷达波速测量。【1】P1和P2两地的探地雷达波速测量结果，可以清晰看到冰岩界面。亮斑对应的速度0.13米/纳秒就是冰川表面到冰岩界面之间的平均波速，乘以时间400纳秒就可以得到P1和P2两地的冰川厚度约为52米。【1】依次为东绒布冰川L1-L8的雷达实测图，可以清晰看到冰层厚度和冰下地貌。【1】有了多个点位的冰川厚度，就可以通过计算机模型求得冰川整体的平均厚度和最大厚度，点位越多，分布越均匀，得到的数据就越准确。比如，冰川厚度测量数据显示，东绒布冰川的平均厚度约为190米，最大厚度约为320米。有了面积和平均厚度就可以得到冰川的体积数据，再乘以冰川的平均密度就可以得到冰川的重量数据。对比不同时期的数据就可以了解冰川重量的变化。02 融水入海有何影响？冰川储藏着大量陆地淡水，这些淡水在短时间内大量进入海洋，会明显减小海水的盐度，打破海水原有的平衡，影响到洋流这一海洋运动。洋流的形成有许多原因，有的受信风、西风等盛行风吹拂海面而成。海水流动起来后，有的地方海水变多，有的地方海水变少，水多的地方就会向水少的地方流动，这就是补偿流。还有一些受密度差异影响，比如直布罗陀海峡两侧的海水密度不同，地中海一侧密度大，大西洋一侧密度小，表层海水从大西洋流入地中海，深层海水从地中海流入大西洋，这就是密度流。不同的洋流把热水或者冷水带往其他海域，促进不同海域间的热量交换。欧洲西部正是因为受北大西洋暖流的影响，带来大量水汽何热量，使得这里虽然纬度较高，冬天的最冷月均温也能在零度以上，形成终年温和湿润的温带海洋性气候。当海水密度受融水影响降低后，原本的洋流可能就会中断，极大地改变相关地区的气候、植被等环境。在第四纪地质历史上，受气候变暖影响，北美的冰川融化后，进入大海改变海水性质，导致北大西洋暖流中断，欧洲西部因此陷入非常寒冷干燥的环境。03 可以阻止融水入海吗？既然融水入海，会对洋流、气候、植被等带来如此巨大的影响，那么我们人类现在可以直接阻止融水入海这一过程吗？答案是否定的，因为全球冰川体量巨大，仅仅是南极众多冰川中的48条在25年间的融水量就达到了7.5万亿吨，想要阻止如此多的水入海，以人类目前的水平还是无法做到的。有人说冰川既然是淡水，那融化后的淡水不正好可以被人类所利用，解决一下缺水问题吗？想法很美好，操作起来却非常困难。南极大陆远离其他人口密集的区域，这些融化的水需要用巨大的容器装起来，再运输到缺水地区，成本巨大。阿拉伯联合酋长国曾计划将南极冰山运到中东，解决自己国家的缺水问题，但因为无法解决沿途融水储存，以及距离遥远成本巨大的问题，最后只能放弃。难道我们只能眼睁睁看着南极冰川融化，对全球环境产生巨大影响，却无能为力吗？也不尽然，南极冰川融化的根本问题是全球变暖，是以二氧化碳为代表的温室气体排放导致的恶果，解铃还须系铃人，只有从根本上解决二氧化碳过量排放的问题，才能避免这一问题。目前，全球许多国家已经提出了自己的双碳目标，中国承诺在2030年前实现碳排放量达到峰值，在2060年前实现碳中和，即排放和吸收二氧化碳的量相互抵消，实现二氧化碳的净零排放。为了更好地实现双碳目标，各国在新能源和节能减排等多个领域，开源节流，减少碳排放，增加碳吸收。增加太阳暖、风能、水能这些低碳能源的使用，减少化石燃料这些排放大量二氧化碳的能源比例，增加能源利用率。植树造林，增加植物对二氧化碳的吸收。等二氧化碳净排放量不再继续增加，全球变暖速度或将得到有效缓解，南极冰川退缩的问题也许会得到有效控制。 ... PC版： 手机版：

科学家在蓝藻中发现了一种新的酶功能 有望催生更好的碳捕捉作物

科学家在蓝藻中发现了一种新的酶功能 有望催生更好的碳捕捉作物 5月10日发表在《科学进展》（Science Advances）杂志上的这项研究展示了一种名为羧基体碳酸酐酶（CsoSCA）的酶以前未知的功能，这种酶存在于蓝藻（又称蓝绿藻）中，能最大限度地提高微生物从大气中提取二氧化碳的能力。蓝藻因其在湖泊和河流中的有毒繁殖而广为人知。但这些蓝绿色的细菌分布广泛，也生活在世界的海洋中。虽然它们会对环境造成危害，但研究人员将它们形容为"微小的碳超级英雄"。通过光合作用，它们每年在捕捉全球约 12% 的二氧化碳方面发挥着重要作用。蓝细菌是一组光合细菌，通常被称为"蓝藻"，尽管它们是原核生物而不是真正的藻类。从海洋、淡水到裸岩，这些生物广泛存在于各种水生和陆地环境中。蓝藻以其进行含氧光合作用的能力而闻名，这意味着它们会产生氧气作为副产品，与植物类似。这一过程对地球上的生命至关重要，因为它为大气中氧气的产生做出了重要贡献。第一作者、澳大利亚国立大学博士研究员萨沙-普尔斯福德（Sacha Pulsford）介绍了这些微生物捕获碳的惊人效率。Pulsford女士说："与植物不同，蓝藻有一个称为二氧化碳浓缩机制（CCM）的系统，它能固定大气中的碳并将其转化为糖，其速度明显快于标准植物和农作物物种。"CCM 的核心是被称为羧基体的大型蛋白质区。这些结构负责封存二氧化碳，容纳 CsoSCA 和另一种叫做 Rubisco 的酶。CsoSCA 和 Rubisco 两种酶协同工作，显示出 CCM 的高效特性。CsoSCA 的作用是在羧基体内产生局部高浓度的二氧化碳，然后 Rubisco 可以吞噬这些二氧化碳，并将其转化为糖分供细胞食用。论文的主要作者、英国国立大学的本-朗博士说："到目前为止，科学家们还不清楚CsoSCA酶是如何受控的。我们的研究重点是揭开这个谜团，尤其是在遍布全球的一个主要蓝藻群中。我们的发现完全出乎意料。CsoSCA酶随着另一种名为RuBP的分子的旋律起舞，RuBP像开关一样激活了它。把光合作用想象成做三明治。空气中的二氧化碳是馅料，但光合作用细胞需要提供面包。这就是 RuBP。""就像做三明治需要面包一样，二氧化碳转化为糖的速度取决于 RuBP 的供应速度。CsoSCA酶向Rubisco提供二氧化碳的速度取决于RuBP的含量。当RuBP足够多时，酶就会开启。但是，如果细胞中的 RuBP 用完了，酶就会关闭，从而使系统高度调整和高效。令人惊讶的是，CsoSCA酶一直蕴藏在大自然的蓝图中，等待着被发现"。科学家们说，工程作物在捕获和利用二氧化碳方面的效率更高，这将大大提高作物产量，同时减少对氮肥和灌溉系统的需求，从而极大地促进农业发展，它还可以确保世界粮食系统更能适应气候变化。Pulsford 女士说："了解 CCM 的工作原理不仅能丰富我们对地球生物地球化学基本自然过程的认识，还能指导我们为世界面临的一些最大的环境挑战制定可持续的解决方案。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

中国将建立电力二氧化碳排放因子常态化发布机制

中国将建立电力二氧化碳排放因子常态化发布机制 中国生态环境部、国家统计局发布公告称，将建立电力二氧化碳排放因子常态化发布机制，并拟于2024年尽早发布2022年电力二氧化碳排放因子。 根据《人民日报》星期二（4月16日）报道，中国生态环境部、国家统计局发布《关于发布2021年电力二氧化碳排放因子的公告》。 此次发布的2021年电力二氧化碳排放因子，分为三种口径，包括2021年全国、区域及省级电力平均二氧化碳排放因子，2021年全国电力平均二氧化碳排放因子(不包括市场化交易的非化石能源电量)和2021年全国化石能源电力二氧化碳排放因子。 据介绍，电力二氧化碳排放因子是核算电力消费二氧化碳排放量的重要基础参数。本次发布的电力二氧化碳排放因子可供不同主体核算电力消费的二氧化碳排放量时参考使用，是落实《关于加快建立统一规范的碳排放统计核算体系实施方案》中“统筹推进排放因子测算”要求的重要举措，为碳排放核算提供基础数据支撑。 公告说，下一步，生态环境部、国家统计局将建立电力二氧化碳排放因子常态化发布机制。根据基础数据更新情况，拟于2024年尽早发布2022年电力二氧化碳排放因子。 2024年4月16日 8:16 PM