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地质工作与碳中和|碳汇

发布时间:2021年03月19日
来源:中国矿业报网(2021-03-19)作者:贾凌霄

提要:

中国科学院院士袁道先认为,在地球圈层中岩石圈是最大的碳库,地质碳汇的潜力巨大。通过岩溶作用可快速完成水对岩石的溶蚀,吸收大气中的CO2。沉积盆地深部存在体积巨大的咸水层,可用来埋存CO2

碳中和目标事关高质量发展能否实现,与人民福祉息息相关。“中和”出自《论语》,意指相对的事物互相抵消。碳汇可以直接从大气中清除CO2,实现相对“碳净零排放”。2020年中央经济工作会议将“做好碳达峰、碳中和工作”列为2021年的重点任务之一。

一、什么是“碳汇”

碳汇是从大气中清除CO2的过程、活动或机制。根据储存CO2场地的不同,碳汇主要包括地质碳汇、生物碳汇和海洋碳汇等。地质碳汇是指在储层、咸水层、煤层等地下岩层中储存CO2,或通过岩溶作用、矿物碳化、土壤等吸收CO2。生物碳汇是指植物通过光合作用吸收大气中的CO2,又被称为“绿碳”。海洋碳汇是指一定时间周期内海洋储碳的能力或容量,又被称为“蓝碳”。

二、碳汇在实现碳中和中的重要作用

CO2减排面临巨大挑战。煤炭是与能源相关的最大的碳排放来源,全球现有燃煤发电厂约1/3是在过去10年新建的。因此未来一段时间,大气中CO2浓度将继续增长。

要实现气候目标,就必须实现负排放,碳汇即属于“负排放”手段。研究表明,若全球化石燃料发电厂在自然寿命内继续运行,实现气候目标需要每年使用碳汇手段清除数十亿吨CO2

三、碳汇的潜力

中国科学院院士袁道先认为,在地球圈层中岩石圈是最大的碳库,地质碳汇的潜力巨大。通过岩溶作用可快速完成水对岩石的溶蚀,吸收大气中的CO2。沉积盆地深部存在体积巨大的咸水层,可用来埋存CO2。据估计,美国深部咸水层CO2储存潜力在5亿吨左右。全球砂岩分布广泛,砂岩碳汇前景广阔。专家预计,德国科尔钦地区的一口试验井在两年内CO2注入量能达到6万吨。页岩地层也可以提供额外的CO2存储空间。美国马塞勒斯裂缝性页岩岩层碳汇潜力约为2018~2030年美国固定源CO2排放量的一半,还可实现页岩气开采与CO2储存一体化。

矿物碳汇是一种相对稳定的碳汇方式,玄武岩和橄榄岩为矿物碳汇提供了巨大潜力。测试表明,每立方米年轻和未风化玄武岩的CO2自然封存能力超过100千克;阿曼构造上出露的地幔橄榄岩在自然条件下每年可消耗1万~10万吨CO2

土壤碳库在地球碳循环过程中的作用也不容忽视。美国地质调查局发现,美国本土48个州土壤碳库和森林碳库中共储存了约900亿吨碳,比美国50年来燃烧化石燃料产生的CO2排放量总和还要多。土壤碳库趋于一种动态平衡的过程中,采取有效的土地利用方式可以增加土壤碳汇值。

生物碳汇主要包括森林等陆生植物碳汇、湿地碳汇、水生生物碳汇等。《京都议定书》中将造林等活动作为抵消CO2排放的主要措施。预测到2030年,全球森林碳汇能力将达到27.5亿吨CO2/年。很多国家都开展了湿地碳汇评价调查。如20世纪90年代末期,欧美通过大型陆地碳汇监测网络EUROFLUX和AMERIFLUX对湿地进行了长期的碳通量观测和研究。水生动物通过生物链作用实现碳汇的潜力也十分巨大,地球上90%的光合作用是由藻类植物完成的。

海洋是地球上最大的活跃碳库。全球大洋每年从大气吸收CO2约20亿吨,占全球每年CO2排放量的1/3左右。国际社会日益认识到海洋碳汇的价值和潜力。2009年,联合国环境规划署、粮农组织等联合发布了《蓝碳倡议》,确认了海草床、红树林和盐沼等蓝碳生态系统在减缓全球气候变化和碳循环过程中至关重要的作用。2010年,保护国际基金会和政府间海洋学委员会等联合启动了“蓝碳倡议”。2015年,“海洋碳汇”写入中共中央、国务院印发的《生态文明体制改革总体方案》。

四、地质工作在碳汇领域前景广阔

地质工作在地质碳汇中的关键作用毋庸置疑。上世纪90年代,美国地质调查局耗资10亿美元启动了密西西比河流域的碳计划,以小流域分期分批推进的方式持续进行监测研究,旨在了解地质系统中的碳汇作用。欧盟委员会支持的“CO2地质封存卓越网络”是欧洲CO2地质封存方面的科学权威,提供封存场地选择及表征、风险分析、运营可靠性管理等方面的CO2地质封存安全标准。

经过多年地质工作积累,专家认为我国在岩溶碳汇方面具有地域优势。中国地质调查局岩溶地质研究所自上世纪90年代以来主持完成了多项国际地学计划项目,2008年与联合国教科文组织合作建立国际岩溶研究中心,2016年开始实施“全球岩溶动力系统资源环境效应”重大科学计划,在岩溶碳循环及其碳汇效应对应对现今气候变化的可能贡献领域开展了大量研究。

同时,生态地质调查也可在碳汇研究中发挥重要作用。例如,土壤地球化学调查可计算土壤储碳量、土壤平均碳密度等参数,圈定土壤碳汇源区;森林蓄积量、草原综合植被盖度与生物量调查可为生物碳汇研究提供评价依据。

(作者单位:中国地质调查局地学文献中心)

[责任编辑:kyb]

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