什么是气候变化?核能如何有助于测量和监测气候变化?

从冰川融化、湖泊萎缩到收成遭到破坏和健康风险增加,气候变化的影响是显而易见的。一个特定位置的气候可以描述为该位置在相当长一段时间内的平均天气状况,而气候变化是指这些天气模式的转变。气温升高正在改变天气模式,破坏自然界的平衡和我们的日常生活。

根据世界气象组织(气象组织)的数据,全球气温已上升至比工业化前水平高1.1摄氏度左右,过去七年是有记录以来最暖时期。然而,气温升高只是故事的开始。

"气候变化正在改变我们世界的面貌。"气象组织高级科学官员Oksana Tarasova说,"通过气温升高、海平面上升和极端事件强度增加,气候变化影响着我们的生活和财产。"

虽然火山爆发和植物分解等自然因素会影响气候,但科学家们一致认为,人类活动是气候变化的主要驱动因素。燃烧煤、石油和天然气等化石燃料以及清理土地和森林,会产生二氧化碳和甲烷等温室气体的排放,这些气体会捕获热量并导致温度升高。

气象组织的最新报告证实,温室气体浓度在2021年达到历史最高水平。全球二氧化碳浓度为百万分之415.7,比工业化前水平高出约50%。

"减少人类对气候的影响意味着解决温室气体排放问题。"Tarasova说,"问题是:我们如何能以最有效的方式做到这一点?"

答案在空气中,稳定同位素揭示了这一点。

稳定同位素是原子的非放射性形式。核技术可用于测量物质中同位素的数量和比例,而这些同位素特征信息可用于确定物质来源。

为了应对气候变化,科学家们正在研究空气样本,并利用核技术确定问题的根源。"我们需要了解二氧化碳的来源、汇(从大气中吸收的碳多于释放的碳)以及二氧化碳的同位素组成或同位素特征。"原子能机构陆地环境放射化学实验室主任Manfred Gröning说,"空气样本中二氧化碳的同位素组成就像一张身份证,显示它是来自自然过程还是工业过程。"

通过确定排放源,可以针对污染者和减少大气中温室气体采取更有效和更高效的措施。"一处可能发生野火,另一处可能是农业活动和植物退化问题,还可能有燃烧化石燃料问题。所有这些都影响了气候变化的复杂性。"Gröning说,"我们希望科学地确定这些排放源。"

气候变化没有边界,影响着地球的所有地方。全球监测的统一方案取决于同位素测量的标准化,而这正是原子能机构发挥主要作用的地方。

"原子能机构不仅有同位素分析方面的专家,而且有开发基准材料方面的专家。"原子能机构基准材料专家Federica Camin说。基准材料是用于校准实验室设备的物理标准。自20世纪60年代以来,原子能机构为实验室开发和分发了基准材料,以协助利用核分析技术对结果进行质量保证。

"在测量质量时,千克是测量标准。在测量温室气体时,基准材料提供了这一标准,从而使实验室在同一测量尺度上保持一致,而不受位置的影响。这就是你所需要的全球监测系统。"Camin说。原子能机构已开发一种装在小瓶中的白色粉末形式的碳酸盐标准。她说:"实验室可以利用这种粉末状固体碳酸盐,产生二氧化碳气体,用于校准他们的分析仪器。"

为了增加用户获取二氧化碳基准材料的机会,原子能机构正在生产更易于实验室使用的气体基准材料。"世界上约有40个实验室正在率先测量大气中温室气体的稳定同位素。这些实验室需要标准。"Camin说,"我们正在开发三种新的二氧化碳气体基准材料,以便更多实验室能够使用,从而为世界高质量的温室气体数据集作出贡献。"这些新基准材料预计将于2024年分发。

Gröning说,对大气温室气体浓度及其同位素比率的准确测量极其复杂。这些测量需要足够的实验室设备、规程和人力资源,以确保数据的可比性。只有少数研究机构有资格测量同位素,以跟踪和追查温室气体排放的确切来源。2021年,为了帮助缩小全球测量方面的差距,原子能机构和气象组织启动了第一个联合技术合作项目,以帮助在非洲、亚洲及太平洋、欧洲、拉丁美洲和加勒比地区建立同位素测量能力,特别是甲烷排放的测量能力。

Gröning警告说:"在未来几十年里,更多的甲烷将从融化的永久冻土释放到大气中。"在全球范围内,了解甲烷如何释放以及甲烷如何转移、衰变或消除,将有助于使科学家了解缓解气候变化所需的过程和措施。原子能机构正在开发甲烷气体基准材料。

通过发展使用同位素技术监测测量的能力,可以收集更多的数据,并将其添加到气象组织"全球大气观测网"中。"全球大气观测网"计划旨在监测地球大气中的温室气体趋势。"我们需要更多的测量和更高质量的数据来了解我们在未来几年和几十年的前景。"Gröning补充说。他说:"这需要时间,但取得成果的可能性很大。"