美国研究团队利用稳定同位素分析追踪全球甲烷上升主因

美国国家海洋和大气管理局全球监测实验室与科罗拉多大学研究团队近期通过高精度甲烷浓度测量和碳、氢稳定同位素分析，对2007年以来全球大气甲烷快速上升的来源进行了追踪。研究结果显示，过去二十年间，微生物排放是推动甲烷浓度上升的主要因素，而与化石燃料相关的甲烷排放整体可能保持相对稳定。

甲烷分子由一个碳原子和四个氢原子组成，不同来源的甲烷在碳同位素和氢同位素组成上存在差异。研究人员利用这一“化学指纹”区分甲烷来源：天然气等化石燃料甲烷通常含有相对较高比例的碳-13;而湿地、垃圾填埋场、牲畜和农业环境中由微生物过程产生的甲烷，碳-13比例较低，表现出更“轻”的同位素特征。氢同位素中的氘比例也会随甲烷形成方式变化，可作为进一步识别来源的依据。

相关研究中，科罗拉多大学北极与高山研究所科学家西尔维娅·米歇尔领导的团队重点分析了2020年至2022年期间的大气甲烷变化。结果显示，在甲烷浓度上升的同时，较重的碳-13与较轻的碳-12比例下降。研究团队认为，这一结果不支持“化石燃料排放增加导致甲烷快速上升”的解释，也不支持大气中羟基自由基变化造成观测结果的假设。研究人员表示，在测试多种假设后，微生物来源增加是最合理的解释。

随后，科罗拉多大学环境科学合作研究所科学家本·里德尔-杨领导的后续研究加入了氢同位素分析。研究指出，单靠碳同位素并不总能准确锁定甲烷来源，而将氢同位素纳入分析后，可形成更完整的二维指纹识别方法。研究人员称，两种估算结果高度吻合，增强了此前结论的可靠性。该研究还提到，尽管全球石油和天然气产量上升，相关排放仍相对稳定，可能与甲烷泄漏控制和排放政策实施有关。

在最新发表的研究中，科学家尤米·吴带领团队采用三维大气反演建模方法，从观测到的大气气体浓度反推地表排放源和汇的位置及强度。研究团队利用美国国家海洋和大气管理局全球温室气体参考网络及其他全球网络数据，追踪了2000年至2022年的全球甲烷排放变化。

分析显示，2007年至2013年间，多类排放源的甲烷排放均有所增加，其中温带亚洲贡献较大。到2014年以后，南美洲和非洲的热带微生物排放成为全球甲烷排放增长的主要驱动因素。近年来，热带微生物排放仍在增加，而美国和欧盟的化石燃料相关排放则有所下降。

研究还显示，2000年至2022年间，湿地约贡献了全球甲烷总排放增量的40%，这一判断得到陆地水储量卫星估算结果的支持。研究人员表示，区分农业、废弃物排放与湿地排放具有重要意义，因为前者可通过管理措施加以控制，而湿地排放不受人类直接控制。相关成果为理解全球甲烷变化及其环境响应提供了新的观测依据。