碳循環成果

1. 　研究現狀

目前，國際上側重研究第四紀，即約2.5Ma以來地球氣候和環境的變化，特別是過去幾十萬年和2000年以來這兩個時段的氣候、環境變化的原因和規律。之所以要集中研究最近2000年的地球歷史，是因為這段時間是人類對地球影響最大的時期，同時也是人類歷史資料與自然記錄中對環境信息記載存在著重要重疊的時期。深入了解這段時間的氣候和環境變化將為預測未來50～100a地球系統的區域至全球尺度的變化速率提供極有價值的參考資料。而對晚第四紀的最後幾十萬年，重點是15萬年以來的氣候和環境進行研究，則能幫助我們弄清引起冰期-間冰期旋迴變化的作用機制及其自然反饋，從而深化我們對引起全球氣候變化的自然過程的認識。

除這兩個重要時間段的研究外，科學家還對更老的地質時期（從全球變化角度氣候和環境發生迅速和突然變化）的氣候環境變化給予關注，如二疊—三疊紀泛大陸的氣候變化、白堊紀的冷暖變化、缺氧事件和末期的大絕滅事件、上新世（5.30～1.60Ma）的地球氣候變暖。現已知上新世平均氣溫比現代高2～3℃，海平面比現今高30～50m等。對這些重要時期的研究有助於加深對最近地質時期全球變化的背景及原因的認識。

古環境和古氣候的變遷信息較好地保存在黃土-古土壤、冰心、湖泊沉積、洞穴碳酸鈣沉積、風成堆積、火山沉積、紅土以及海洋、河流沉積等地質體中，其中尤以深海沉積、黃土-古土壤系列和極地冰心的地質記錄成效最佳，被公認為是全球變化研究的重要支柱。

全球環境變化重點研究了地球系統的主要外源氣候作用機制、地球系統演化的內部過程、快速和突然的全球變化及古氣候與古環境的模擬，以及改進資料信息的獲取技術和發展地層年代學等技術支撐系統研究。

90年代全球環境變化研究的進展大致如下：

1）全球環境變化的外源氣候作用機制方面

研究主要集中在太陽內部變化產生的輻射調整和軌道作用力周期性變化引發的日射變化如何驅動控制氣候發生相應的變化上。這種氣候變化是長期的，一般在幾千年到幾十萬年的時間尺度上，通過對深海岩心的δ¹⁸O記錄和黃土記錄等獲得高解析度的數據集試圖弄清晚第四紀冰期-間冰期旋迴的變化作用機制。結果表明，第四紀氣候存在約20～100ka尺度的周期性變化，這一尺度恰好與地球軌道參數變化周期相當。許多學者對深海、陸地的地質記錄進行周期分析，證明了氣候變化是對軌道參數變化的線性反應，這是古氣候研究的一大成就。而且發現第四紀以來氣候變化的主導周期有一個轉變過程，大體上是從歲差周期主導轉變為黃赤交角周期為主導，最後是以偏心率周期為主導。但當前對氣候系統變化存在100ka周期的起因及演化機制仍眾說紛紜，有待更多的證據來證明這些假說。

2）對地球內部作用過程作為氣候變化的驅動力的重要因子的認識在逐步加深

近年來已認識到岩石圈運動，尤其是地球內部作用過程對大氣圈、水圈和生物圈的影響不可忽視。它對全球環境變化，如大氣成分的變化，地表乾旱化、地震、火山的活動、酸雨的形成、土地荒漠化等都起著重要的作用。

（1）板塊構造運動對地球氣候和環境的影響。大陸的拼合、碰撞和分裂，改變了大陸的分布及位置，極大地影響了大洋和大氣循環，從而改變了陸地的氣候和生態環境，構造運動還直接引起地形地貌的變化，從而影響氣候的變化。

（2）地殼垂直運動（降升）對氣候變化的影響比水平運動可能更強，最明顯的例子為青藏高原和美國西部山脈的隆升。一些學者通過模擬研究認為，青藏高原隆升可以改變大氣環流和大洋環流形式，特別是東亞季風的形成和發展影響了北半球甚至全球的氣候和環境。現確認高原隆升是晚新生代氣候變化的主要驅動力。美國學者研究認為，內華達山脈的抬升導致大盆區近500年的乾燥氣候。

（3）巨型地幔和火山活動放氣作用對全球變化的影響。火山噴發把大量固、液、氣體從地球深部排放到大氣圈中，從而改變了大氣化學組分和日照率。火山作用產生的氣溶膠，特別是硫氣溶膠（主要是SO₂形成的H₂SO₄）對地面溫度的影響，它能降低對流層下部的氣溫。火山噴發後的兩年內溫度可能會下降0.2～10℃。火山作用的氣候效應被北美高山冰川波動、格陵蘭冰心記錄，甚至樹木年輪生長的研究所證實。但火山活動引起區域性還是全球范圍的溫度變化，還有待進一步弄清火山噴發的時間、范圍和氣候的響應等許多問題。

近年來，巨型地幔柱已引起地學家的廣泛興趣，他們開始注意到這一地球深部過程在全球變化中的重要作用，並認為地幔放氣（CO₂）會引起溫室效應，岩漿活動迅速擴張引起全球海面上升等。有人提出中白堊世氣候變暖、溫度上升的原因與巨型地幔柱迅速大量排放CO₂有關（CO₂濃度為現代值285×10^-6的3.7～14.7倍），而不僅是因為古地理的變化即大陸重新配置所致。地幔熱柱來自核幔邊界2900km深處，在地表形成許多熱點和火山。陸上火山噴發出的火山灰遮蔽日照而致降溫，而大洋中脊山帶上的水底火山噴發出大量的CO₂。構造地震活動在地質歷史時期以及現代從未停止，有些還相當強烈。中國學者通過衛星遙感的紅外譜圖發現臨震前在10⁴km²級的大面積范圍內向大氣層大量急速釋放CO₂，不過其定量研究還遠遠不足。

（4）全球碳循環研究的新進展。由於大氣CO₂濃度上升造成的溫室效應對全球變化產生重要影響，因此除了減少人類活動工業化排放到大氣中的CO₂量以外，查明地球內部成因的CO₂的氣源，即全球碳循環已逐漸成為重要研究課題。近年來岩溶地質學家通過研究，發現全球碳酸鹽岩含碳量為10¹⁶t，佔地球總碳量99%以上，在全球碳循環中佔有重要地位。它不僅通過表層岩溶作用從大氣中回收CO₂，而且還可隨著碳酸鹽鈣華的沉積而釋放CO₂，從而直接參與全球的碳循環，對氣候變化有重要影響。中國袁道先等人估算了通過岩溶作用回收大氣碳的通量（以CO₂形式）全國為3.83×10⁶t/a，全球為6.08×10⁸t/a。日本估算全球碳的回收量為2.2×10⁸t/a。估算結果雖因參數不一而有差別，但都在同一數量級上。在中國、土耳其、義大利等岩溶區的測試驗證，有濃度高達23%～90%的幔源CO₂通過活動斷裂向大氣釋放，並伴隨大量鈣華快速沉澱。在30屆國際地質大會上還報導了在西班牙南部某地，由於對碳酸鹽岩含水層的過量開采，引起深部濃度達85%的CO₂突然入侵的實例。可見，除人類活動影響外，地球深部CO₂正通過地熱區、火山活動及活動斷裂帶不斷釋放，直接進入大氣促進了溫室效應或儲存於蓋層成為氣田。

（5）地球系統還有一些內部過程對氣候變化有驅動作用，如CO₂、CH₄及N₂O等主要活躍痕量氣體的作用；冰蓋消長與海平面變化的影響等。目前這些都已被PAGES列為專題研究。

（6）天文事件如彗星或小行星撞擊可能誘發的古氣候變化，以及地質歷史時期中，如認為白堊紀—第三紀間有地外事件發生，重大的地質災變導致生物大絕滅等，也是全球變化研究中需要考慮的。

3）快速和突然的全球變化原因和作用機制研究的新進展

科學家們普遍認為氣候環境的演變主要受米蘭科維奇軌道參數（偏心率、地軸傾斜度和歲差）的控制，還有地殼運動、海陸分布等的影響，但對突發事件（突然變冷和突然變熱）的原因和機制及其響應卻不甚清楚。這種非軌道力的變化機制有可能是大氣環流和風場變化引起的。因此探索和重建重要時期的古氣候和環境，對於預測未來50～100a可能的變化將提供重要依據。近年來根據海洋沉積物、冰心和黃土等地質記錄發現氣候系統存在著不穩定性，它表現為氣候以很快的速度（十幾年到幾十年）從一種狀態變化到另一種狀態。現在對末次冰期-間冰期發生的一些氣候事件，包括新仙女木事件（YD）,Heinrich（H）事件，Dansaard-Oeschger（D-O）旋迴（顫動）等進行重點研究。研究結果表明，YD事件（1.1萬年前氣候突然變冷）已在不同區域不同記錄中，如海洋沉積、格陵蘭的冰心記錄，阿拉斯加的孢粉記錄，北美的冰川記錄等都有發現。甚至太平洋地區、亞洲中國和南半球委內瑞拉也有記錄。Heinrich事件是指在北大西洋沉積中發現冰漂碎屑周期性增加的過程，又特指末次冰期期間普遍存在的6次大的冰漂碎屑沉積事件。它是由於冰山崩塌、湧出，導致北大西洋海水溫度、鹽度降低而氣候變冷。H事件在北太平洋深海沉積、中國黃土堆積、南美山地冰川等各種記錄中都有顯示。D-O旋迴距今22～37ka，有10次氣候突變（突然升溫降溫）。由上述情況可知，YD事件、H事件、D-O旋迴很大程度上都是一個全球性氣候事件，其產生原因可以用冰蓋融化、北大西洋環流強度的變化來解釋。此外，低緯度水文循環也可能引起氣候系統的不穩定性。

關於冰期-間冰期的轉換和南北半球氣候變化耦合（同時發生）的機制，G.H.Denton等提出了「海面變化-冰蓋波動鎖定」的解釋，以後W.S.Broecker（1989）進一步認為是大洋傳送帶的開-合過程導致的，可能與北大西洋大洋環流有關。但目前還沒有一個假說能作出滿意的解釋。

萬年以下時間尺度的氣候變化事件也開始在一些地質記錄中被檢出。如格陵蘭冰心化學分析結果顯示，自全新世以來存在明顯的千年尺度的波動。最近這種波動尺度在中國黃土記錄中以及赤道、高緯度地區、極地，從海洋到陸地的許多沉積記錄中都有發現。看來這種短時間尺度氣候事件也具有時間性。

近年來大范圍的氣候異常引起了科學家們對厄爾尼諾-拉尼娜現象的關注。所謂「厄爾尼諾」是指熱帶中、東太平洋表層海水大面積升溫，而「拉尼娜」則相反，是指海水大面積降溫。20世紀初，人們已開始注意到厄爾尼諾對海洋生態環境的影響。60年代認識到厄爾尼諾給全球氣候造成重大影響，主要表現在熱帶東太平洋地區洪水泛濫和熱帶西太平洋地區荒蕪乾旱。研究表明，從50年代至今共發生14次厄爾尼諾。但現在發現厄爾尼諾的發生頻率近年來逐漸加快。80年代有2次，而90年代已3次，並以1997/1998年為百年來最強的一次，使全球一些地區出現嚴重乾旱或洪澇。拉尼娜現象自50年代至今發生了9次。專家們已確認厄爾尼諾-拉尼娜現象是熱帶海洋和大氣之間相互作用、相互影響的結果。其發生頻率的加快是否與全球升溫有什麼聯系認識尚不一致。但厄爾尼諾-拉尼娜的影響已成為全球短期氣候異常的主要因素是毋庸置疑的。

據最新的研究報導，從厄瓜多安第斯山脈上拉古納湖底10m長的沉積物分析顯示，厄爾尼諾歷史可追溯到15ka前，而在近5ka來出現頻率加快，大約每隔2～8年發作一次，而不像在地球氣溫較高時那樣每15～35年發作一次。

4）天然氣水合物對全球變化的影響和反饋成為不容忽視的新領域

天然氣水合物在本世紀60年代以後陸續發現，但最初僅作為一個重要的潛在能源看待。而80年代後期科學家們才發現它與全球氣候變化有著密切的關系。天然氣水合物是水的晶格（90%）充填了天然氣分子而形成的冰狀固體，天然氣成分以甲烷為主。天然氣水合物的含碳量很高，據粗略估計全球可達1×10⁴Gt，因而認為它是地圈淺部的重要碳庫，是全球碳循環中的重要組成部分。天然氣水合物在自然界中只能形成於甲烷來源豐富的富有機質沉積物或油氣富集區，它在低溫高壓條件下才能穩定存在。一旦條件變化，如溫度增高或壓力降低天然氣水合物即會分解，向大氣釋放大量甲烷，產生溫室效應，從而對全球氣候產生重大影響。反之，在溫壓條件適宜時，則吸收甲烷形成天然氣水合物。目前的研究表明，天然氣水合物的蘊藏量極大，因而通過甲烷的釋放和吸收對全球變暖產生重大影響。

天然氣水合物與地質歷史時期產生的海底滑坡可能有聯系，這被解釋為由於天然氣水合物的不穩定性而釋放大量的甲烷所形成的充氣層，降低了沉積物的強度所致，同時還伴隨海平面下降事件。隨著對天然氣水合物研究的深入，它在全球碳循環中的作用，以及對全球環境、氣候變化影響的強度、機制等的認識將進一步提高。

5）對150ka來和最近2ka時間段地球環境與氣候的研究

（1）150ka時間段主要是研究晚第四紀的冰期-間冰期旋迴，時間解析度至少要達到1ka。這方面的重要成果是根據格陵蘭和南極冰心的連續記錄，恢復了160ka以來的氣候變化史，特別是大氣組分的變化；同時對18ka來的氣候變化，進行了每隔3ka時段的氣候模擬，模擬結果與地質記錄一致；還對晚更新世以來的海面變化機制和規律進行了探討。

在第30屆國際地質大會上報導了新的全球變化的記錄材料。中國岩溶地質研究所通過對桂林一個長達1.22m的石筍，在研究其內部微層理的沉積學特徵基礎上，用AMS¹⁴C法測年配合U系穩定同位素地球化學綜合研究，揭示了中國南方36ka以來古環境變化的3個氣候旋迴，每個旋迴持續3ka左右，在暖濕期解析度可達0.1ka，在乾冷期也可達0.5ka。美國Iowa州冷水洞，英美合作的蘇格蘭Uamkan Tartair洞，美國人在非洲波札那Drotsdy洞通過石筍研究古氣候的變化也獲得較高的解析度，但所用石筍較小（高僅16～40cm），時限范圍限於全新世。

在海陸對比方面，加拿大科學家將中國黃土-古土壤序列與最新的海洋鑽孔ODP Hole810c高分辨記錄進行了周期對比。美國與俄羅斯科學家利用先進的活塞式鑽具在貝加爾湖打出的岩心，記錄了過去350ka北亞的氣候變化，與著名的SPECMAP海洋氧同位素曲線進行對比，證明大陸與海洋在晚更新世主要的氣候事件是對應的。

對於150ka來南北半球的氣候變化及其機制方面，劉嘉麒報導了他們在中國渭南黃土剖面建立的高解析度的古氣候時間序列與深海沉積物氧同位素序列和南極、格陵蘭冰心的古氣候記錄有很好的可比性，據此確定了末次間冰期的起始時間為距今128ka，結束時間為距今74.2ka，末次冰期最冷期在距今20～18ka，從而為全球變化對比提供了重要數據。

由於單一的古氣候記錄（大陸、海洋或冰心）不能完全代表全球性古氣候，因此要正確了解全球氣候變化過程，還必須綜合區域性的、多學科的證據，深刻理解區域環境系統對氣候變化的特殊響應，及不同地區或系統之間的相互關系。為此，IGBP中核心項目之一PAGES組織了一個國際性研究計劃——PANASH（南北半球古氣候計劃），這是研究南北半球的氣候機制和耦合關系的一個重要步驟。PANASH組織三條跨越兩個半球的極地-赤道-極地斷面（圖3.1），即PEP-I美洲斷面；PEP-Ⅱ澳大利亞-亞洲斷面；PEP-Ⅲ歐洲-非洲斷面。第30屆國際地質大會交流了最新研究成果，不少研究根據植被變化及地質記錄恢復了南半球一些地區古氣候的長期變化。如T.C.Partridge綜述了過去200ka來南非的氣候變化，研究結果表明，南北兩半球在氣候變化中具有很強的耦合性。

通過不同的地質記錄，反映了在第四紀時期古大陸環流不同分支的演變特徵及其所導致的環境變化、水熱、風場格局的變化。劉東生在大會上論述了亞洲不同季風系統與西風環流的相互作用，並提出了東亞古季風氣候驅動因素和機制方面的概念模型。對黃土沉積序列，中國學者通過冬、夏季風氣候代用指標的研究，分析了東亞古季風的變遷過程和特徵。

（2）對最近2ka時間段的研究。由於它對預測未來50～100a全球變化的重要性，對時間的解析度要求達到1～10a。冰岩心、岩溶沉積物、樹輪、湖泊沉積和珊瑚沉積的地質記錄甚至能分辨到年和季節，因而越來越受到重視。在第30屆國際地質大會上，中法合作研究結果表明，通過對近2ka以來中國、非洲等季風氣候區的氣候變化記錄對比，發現這些地區干、濕變化大致同步；在全新世時期中國和北非現代沙漠的擴張與收縮也是同步的，看來變化受控於同一因子。義大利中部最近幾十年來，存在變暖趨勢，接近1℃，而水文地質系統對氣候變化的響應，通過數學模擬研究，河流徑流量將趨減少。

圖3.1PEP斷面的位置

中國科學家對青藏高原西昆侖山古里雅冰心（長309m）中δ¹⁸O（作為溫度指標）、冰川累積量（作為降水量）和Ca（大氣塵埃）等指標的研究，高解析度地恢復了過去近2ka來的氣候環境變化。中國學者還通過不同的地質記錄重點研究了中世紀溫暖期和15～18世紀的小冰期。

6）人類的社會工程活動在近代全球變化中的影響

除了自然作用過程作為影響全球變化的因素之外，還疊加了人類活動的作用和影響。現在已開始把人類活動作為一種重要的地質營力，改變著地球的氣候和環境。如大量CO₂氣體的排放造成溫室效應，森林砍伐，土壤侵蝕，沙漠化，工程活動，酸雨，礦產資源、能源的採掘、加工，環境污染等等，使地球生態系統日趨惡化。據統計，當今世界性工業燃耗大量能源，向大氣層排放超量的CO₂、H₂S及其它30多種廢氣，每年約50×10⁸t。由這些廢氣形成的「溫室效應」越來越影響全球的增溫。過去100a中氣溫最暖的6個年份都在80年代中期以後。據測，1992年平均氣溫比1951～1980年期間的平均氣溫高0.19℃，1993年高0.27℃，而最炎熱的1990年又高出平均氣溫0.4℃，可見人類活動的影響程度。

研究人類活動的影響進行起來比較困難，其原因一方面是測量、記錄的時限、資料有限；另一方面是如何將自然作用與人為作用從地質記錄中區分開來有難度。後者的影響是局部的，還是區域性的？此外有些影響反饋效應和人們對其後果的認識往往是滯後的，需要預測評價和時間的驗證。

7）區域地質環境系統對過去各種氣候驅動因子的響應

劉東生在第30屆國際地質大會主題報告「中國地質環境與全球變化」中，重點探討了新生代以來中國地質環境與全球變化的聯系，提出了大量地質證據，表明亞洲大陸乾燥度在逐步增加。施雅風指出，青藏高原自中更新世以來上升3000～3500m，對周圍的山地（昆侖）、沙漠（塔里木）以及長江等河流帶來一系列影響：氣溫、地貌的變化、河流動力加強與攜載物加多等。水文地質工程地質研究所通過構造、氣候、人類活動環境分析三要素建立的空間模型，討論了中國北方末次冰期環境演變的歷史，指出在全新世大暖期的平均溫度比現代高1.9℃，降水量比現代多195mm，而18ka前的最冷期，平均溫度比現代低11.33℃，降水量比現代少165mm。東非肯亞Sonachi湖泊沉積高解析度記錄研究表明，非洲乾旱區在最近數千年來總的是向乾旱環境演化。而澳大利亞西部地區的乾旱化，據研究，大致在0.78Ma以後才出現。

陸地水圈循環對氣候變動的響應敏感，且對地球氣候和環境變化起著調控作用。中國通過自西向東橫切青藏高原、黃土高原至東部平原之間的大剖面，研究了各不同單元自晚更新世以來，古氣候的演變及其對水環境的影響。在大陸水文循環中，通過對地下水流量的定量研究，K.M.Hiscock等（1992）再造了英國14×10⁴a的古水文演化，尤其是全新世的水文演化。美國學者根據密西西比河道大小、沉積物特徵，再造了該河上游地區高頻率洪水的幅度的長期變化史。

全球變化也直接影響到海平面的變化。因此海平面在地質歷史時期的變化及發展趨勢是全球變化重要研究內容之一。尤其在人類歷史時期海面變化直接影響海岸帶的經濟發展和人類生存環境，因此海面變化更引起人類的關注。王潁總結了中國海平面自盛冰期至全新世的變化情況：在近2ka晚全新世內，由於8～10世紀為暖期，11世紀時海面上升1.5m，以後氣候較冷，海岸平原堆積，海岸階地形成。本世紀海面上升速率為2～3mm/a，平均為1.4mm/a，並有持續上升趨勢。

但是海面變化是否與氣候變化成正相關關系，即氣候變暖，海面升高，反之則下降，對此學者還有不同看法。尤其在區域范圍內海平面的升降還可能受到構造作用和人為作用的影響。如由於地下水和油氣的開采，建造大壩使三角洲系統缺少沉積物而海岸沉降。目前早已摒棄「全球統一海平面曲線」的提法。甚至認為，海平面並不平。科學的提法是海面變化。但氣候變化仍是驅動海面變化的主要因子。1993年10月世界海岸會議95個國家的科學家認為，到2025年，由於極地冰川的消融和海水增溫使水體膨脹等因素影響，全球海面將升高30～50cm，並預測到2100年可能會升高1m。

2. 袁道先的主要研究成果

一、專著
1、《西南岩溶石山地區重大環境地質問題及對策研究》，2014年6月，科學出版社。
2、《岩溶動力學的理論與實踐》，2008年6月，科學出版社。
3、《碳循環與岩溶地質環境》，2003年10月，科學出版社。
4、《中國岩溶動力系統》，2002年11月，科學出版社。
5、《:finalreportofIGCP379》，2002年8月，地質出版社。
6、《中國岩溶學》，1991年英文版，1993年地質出版社中文版。
7、《岩溶環境學》，1988年5月，重慶出版社。
8、《岩溶學詞典》，1988年，地質出版社。
二、代表性論文
1、袁道先，地質作用與碳循環研究的回顧和展望，科學通報，2011年26期。
2、袁道先，新形勢下我國岩溶研究面臨的機遇和挑戰，中國岩溶，2009年4期。
3、袁道先，章程.岩溶動力學的理論探索與實踐，地球學報，2008年3期。
4、袁道先，岩溶石漠化問題的全球視野和我國的治理對策與經驗，草業科學，2008年9期。
5、袁道先，現代岩溶學在中國的發展，地質論評，2006年6期。
6、DaoxianYuan,HaiCheng,R.LawrenceEdwards.Timing,Duration,.2004,Science,304:575-578.
7、袁道先，以地球系統科學理論推動水文地質學發展——21世紀水文地質學發展戰略與優先資助領域研討會，水文地質工程地質，2003年1期。
8、袁道先，地球系統的碳循環和資源環境效應，第四紀研究，2001年3期。
9、袁道先，IGCP379「岩溶作用與碳循環」在中國的研究進展，水文地質工程地質，2000年1期。
10、袁道先，「岩溶作用與碳循環」研究進展，地球科學進展，1999年5期。

3. 陳立奇的代表性成果

(1) Latitudinal Distributions of Atmospheric MSA and MSA/nss-SO42-Ratios in summer over the High Latitude Regions of the Southern and NorthernHemispheres，J. Geophys. Res，2012年05月
(2) Ferrel Circulation Variability in the Southern Hemisphere and TheirLinkages with Tropical and Subtropical Sea Surface Temperature，Journal ofGeophysical Research，2011年06月
(3) Estimation of Monthly Air-Sea CO2 Flux in the Southern Atlantic andIndian Ocean using In-situ and Remotely Sensed Data，RemoteSensing of Environment，2011年05月
(4) Intercomparisons of Air-Sea Heat flux over the Southern Ocean,Journal of Climate，Journal of Climate，2011年01月
(5) Decrease in the CO2 Uptake Capacity in an Ice-Free Arctic OceanBasin，Science，2010年07月
(6) Distributions of N2O and its Air-Sea Fluxes in Seawater along CruiseTracks between 30ºS – 67ºS and in Prydz Bay, Antarctica，J. Geophys. Res.，2009年03月
(7) Persistent toxic substances in remote lake and coastal sedimentsfrom Svalbard, Norwegian Arctic: Levels, sources and fluxes.，EnvironmentalPollution，2009年01月
(8) Export of particulate organic carbon in the South China Seaestimated from 234Th-238U disequilibria， Chinese Journal ofOceanology and Limnology,2008, 26(4)：480-485.，2008年12月
(9) Air-sea carbon fluxes and their controlling factors in the Prydz Bayin the Antarctic，Acta Oceanologica Sinica，2008年10月
(10) The investigation on the particulate organic carbon fluxes with234Th/238U disequlibria in Prydz Bay, Antarctic Ocean，ActaOceanologica Sinica，2008年07月
(11) Assessment of surface air temperature over the Arctic Ocean inreanalysis and IPCC AR4 model simulations with IABP/POLES observations，J. Geophys.Res.，2008年01月
(12) Spatial variability in the partial pressures of CO2 in the northernBering and Chukchi seas ，Deep Sea Research，2007年11月
(13) Distribution of perfluorinated compounds in surface seawaters，MarinePollution Bulletin ，2007年08月
(14) Characteristics of pCO2 in surface water of the Bering Basin andtheir effects to the carbon cycling in the western Arctic Ocean，SCIENCE INCHINA ( Series D )，2004年01月
(15) Comparison of air–sea fluxes of CO2 in the Southern Ocean and the western Arctic Ocean，ActaOceanologica Sinica，2004年01月
(16) Characteristics of pCO2 in the surface water of the Bering Basinand effects to the carbon cycling in the western Arctic Ocean，Science inChina, Ser. D，2004年01月 (1) 海洋二氧化碳測定最優方法指南，海洋出版社，2010年06月，譯著
(2) 《南極地區對全球變化響應與反饋作用研究》，海洋出版社，2004年01月，學術專著
(3) 《北極海洋環境與海氣相互作用研究》，海洋出版社，2003年01月，學術專著
(4) 《中國南北極考察》，海洋出版社，2000年01月，學術專著
(5) 《中國極地考察大事記》，國家海洋局極地考察辦公室，1999年01月，學術專著
(6) 《南極洲地名辭典》，海洋出版社，1998年01月，學術專著
獲獎、專利和發明：
(1) 台灣海峽西部上空氣溶膠化學研究1999年海洋三所科技進步一等獎，省部級科研獎，1999年12月，國家海洋局，等級：3
(2) 南極區域保護與管理研究，省部級科研獎，2011年06月，國家海洋局，等級：2
(3) 南極地區對全球變化響應與反饋作用研究，2002年國家海洋局海洋創新獎一等獎，省部級科研獎，2002年11月，國家海洋局，等級：1
(4) 中國首次北極科學考察，2003年國家海洋局海洋創新成果獎一等獎，省部級科研獎，2004年02月，國家海洋局，等級：1
(5) 北冰洋海洋碳循環觀測工程技術及其應用研究，省部級科研獎，2011年12月，中國海洋工程技術咨詢協會，等級：2

4. 論述人類活動對碳循環的影響及人們採取的對策 （尤其是對策呀！！）感謝各位親~

這個網路文庫裡面有好多噢。 如果你是要寫論文的話從裡面下載吧，如果不是的話我從別的網友回答裡面摘些話你參考一下：

一、人類自身的代謝利用有機碳，產生無機碳實現碳循環，二、人類的生產生活正面效應是提高綠色植物的覆蓋率便可提高對生態系統碳循環中的無機碳實現良性碳循環，而負面的效應則是因破壞綠色植物覆蓋率，掠奪性開發而導致生態系統碳循環惡化而導致生態系統走向消退。

1:近年來中國正是大力發展的時期，所以對於煤炭的開采遠遠超過了歷史上幾千年的歷史的開采速度，所以人類對於煤炭的開采加大了由C變為二氧化碳的進程；
2:人類對土地過度的開發導致森林的面積逐年縮小；從而導致了森林的綠化作用；就是導致由二氧化碳到氧氣的轉換變慢；
所以導致二氧化碳的增多從而產生溫室效應；南北極地的冰山融化；海水水平面上升；

隨著人類社會的發展，尤其是化石燃料的普遍利用，人類碳源的強度不斷增大，人類碳源主要包括化石燃料使用、水泥生產等的碳排放以及土地利用（如水稻種植）、礦產開采、地下水開采等過程中的碳的釋放，其中化石燃料燃燒發揮了最大的作用。土地利用變化所產生的碳的排放增加的情況於此相當。

從人類認識到溫室氣體（尤其是二氧化碳）濃度的升高會使全球氣溫變暖，從而帶來一系列嚴重生態環境問題時，就展開了對碳循環的研究。

當然，人類活動在增加大氣二氧化碳的同時，完全可以通過積極的行動增加大氣二氧化碳的吸收，如植樹造林。
2. 碳循環研究

全球碳循環是碳在大氣、海洋及陸地生態系統3個主要儲存庫之間的流動，是生物圈發展的重要標志。碳循環的研究工作包括陸地生物量的估算、土地利用變化對陸地碳的影響、陸地生態系統生產量估算、碳循環模擬研究等。傳統的陸地碳循環模型是建立在地面觀測和測定的基礎上，許多模型只經過了極有限的點觀測數據的檢驗。遙感技術提供了大尺度范圍觀測能力，為解決區域生態系統模型的檢驗提供了一種有效的手段。

遙感具有周期短、時空解析度高、覆蓋范圍大、獲取數據便捷等特點，已經成為全球變化研究中不可缺少的技術手段。遙感技術在獲取陸表參數，特別是大尺度陸表參數方面具有獨特的優勢，並且可從遙感影像上直接獲取到重要的生態學特徵和生物生長參數，除了植被面積、凈初級生產力（NPP）、凈生態系統生產力（NEP）等宏觀參數外，還可獲取葉面積指數（LAI）、冠層化學組分、冠層溫度、氣孔導度、光合有效輻射（PAR）、植被吸收光合有效輻射（APAR）、冠層結構、土壤含水量、地表溫度等參數。通過遙感反演獲取這些物理參數，直接作為陸地生態系統模型的驅動變數或參量，結合遙感影像上獲取的土地覆蓋或植被現狀動態信息進行碳循環的研究。
3. SAR在碳評估中的應用

SAR是主動式微波遙感，不受時間和天氣的限制，可穿透類似雲和暴風的大氣干擾層。與光學感測器的垂直拍攝相比，SAR是側視感測器，意味著地形和目標地物對雷達信號有獨特的響應，SAR數據和光學數據互為補充。
(一) 背景

過去的幾十年，世界上很多國家開始共同著手全球環境問題，主要目標之一是減少溫室氣體，從根本上解決全球變暖問題，其中一個方法是限制森林砍伐和森林退化。

為監測生態系統和土地利用變化而成立的森林碳循環對地觀測小組（GEO FCT），目標是證明用遙感技術進行森林監測的可行性，收集信息為將來國家森林的投入和碳監測系統服務。

Anthea Mitchell博士，澳大利亞新南威爾士洲大學空間信息合作研究中心的訪問學者，是GEO FCT派出的幾位全球調查人員之一，工作是研究數據和影像處理的標准方法，以及生成森林信息產品用於碳的估計。最終，Mitchell研究出了通用的影像分析方法，可廣泛地用於測量、監測和森林變化報告。
(二) SAR解決方案

Mitchell博士監測森林變化的方法是用光學和SAR影像估算森林變化量。

SAR能獲取與光學完全不同的數據，為研究人員展現了感興趣地理區域的獨特信息，Mitchell博士認為，SAR提供了地表獨特的三維結構和含水量信息，這對不同森林類型的識別和制圖以及生物量的估計是非常有用的。

為了有效的應用SAR數據，Mitchell博士需要一個解決方案不僅能有效的處理和分析SAR數據，而且要與光學影像結合。在做了大量比較和選擇之後，選擇了ENVI的高級雷達圖像處理工具SARscape，該軟體具有獨特的SAR數據讀取、處理、分析，輸出的能力，SARscape將抽象的雷達數據轉換成有意義的信息，同時，由於SARscape集成在ENVI圖像處理分析軟體中，用戶可以使用多種類型的影像，提取影像所包含的重要信息。

為了從SAR數據中提取有價值的信息，首先要進行數據讀取和處理。Mitchell博士所用的SAR數據源很多，這就要求軟體要能正確的讀取各種類型的數據，SARscape具有易於使用的工具，能輸入和讀取各種數據源的SAR數據。

讀取SAR數據之後，在SARscape中，Mitchell博士對圖像做了很多自動化處理來進行數據的可視化和分析，包括多視、配准、去除斑點雜訊、地理編碼、輻射定標以及圖像的鑲嵌。由於雷達圖像含有很多的雜訊，濾波能將雜訊最小化。為了對比不同時相或感測器的數據，對影像做了自動配准、幾何校正和輻射校正。

圖：塔斯馬尼亞州的ALOS PALSAR數據，在SARscape中正射校正、輻射定標和鑲嵌後的結果

數據預處理之後，在ENVI下分析SAR數據。因為SARscape集成在ENVI下，研究人員可以不用切換軟體平台就可以進行SAR數據的分析。Mitchell博士用ENVI的變化監測工具來檢測兩景影像的變化區域，ENVI下流程化的變化監測工具可自動識別變化類型和變化范圍。用變化監測工具，獲得亮度增加和減少的區域，這些區域表明森林的砍伐或再生情況，因為亮度的增加往往是由於土壤或冠層濕度的增加引起的，最終結果可用光學影像進行驗證。
(三) SAR取得成功

Mitchell博士已經取得了很多成果，在SARscape和ENVI中處理和分析SAR和光學影像，能對森林和非森林和土地覆蓋制圖和變化制圖，反映森林砍伐和隨時間的再生情況。Mitchell博士已經研究出了處理和分析不同數據源雷達數據的標准方法，利用數據來生成森林信息產品，用於碳的估算。總之，SAR數據為Mitchell博士提供了關鍵的信息。

5. 大洋鑽探計劃的大洋鑽探計劃成果

南海的ODP 第184航次在南海南北6個深水站位鑽孔17口，取得高質量的連續岩心共計5500米 。在國家自然科學基金委的大力支持下，經過幾年艱苦的航次後研究，取得了數十萬個古生物學、地球化學、沉積學等方面高質量數據，建立起世界大洋3200萬年以來的最佳古環境和地層剖面，也為揭示高原隆升、季風變遷的歷史，為了解中國宏觀環境變遷的機制提供了條件，推進了我國地質科學進入海陸結合的新階段。具體進展如下：
在不同時間尺度上建立起了西太平洋區迄今為止最佳的深海地層剖面。其中，南海北部1148站二千六百萬來的同位素記錄，是世界大洋迄今為止唯一不經拼接的晚新生代連續剖面；東沙海區的1144站取得的近一百萬年第四紀地層厚近五百米，為高解析度古環境研究提供了寶貴資料。
揭示了氣候周期演變中熱帶碳循環的作用。南沙1143站 五百萬年的碳同位素記錄展現出從40萬年的偏心率長周期到1萬年的半歲差周期，大大豐富了對於氣候周期演變歷史的認識。熱帶氣候變化可以通過碳循環對冰期旋迴的進程和規律產生影響，使得地球系統以水循環和碳循環相互結合、短周期和長周期相互疊加的形式不斷演化，並呈現出高緯區冰蓋驅動和低緯區熱帶驅動的共同特徵。
東亞季風演變的深海記錄。184航次首次為東亞季風的歷史取得了深海記錄 ，研究表明南海記錄的古季風信息以冬季風為強，東亞和南亞季風的演變階段性十分相似，然而在軌道驅動的周期性和識別古季風的替代性標志上不一樣。同時，南海深水記錄中的季風變遷與我國內地的黃土剖面對比良好，為我國氣候歷史研究的海陸對比提供了依據。
南海演變的沉積證據。1148站的地層覆蓋了幾乎南海海盆擴張的全部歷史，第一次為盆地演化提供了沉積證據。深海相漸新統的發現，表明海盆擴張初期已經有深海存在。而漸新世晚期約2500萬年前的構造運動，揭示了東亞廣泛存在的早、晚第三紀之間巨大構造運動的年齡。
除學術上的進展外，南海大洋鑽探研究也促進了我國深海基礎研究及其基地建設，加速了人才的培養，並已初步形成了一支面向國際的我國深海研究隊伍。特別是，南海大洋鑽探的成功和我國在大洋鑽探方面的國際活動，使我國在深海研究領域中的國際學術地位明顯增高。ODP計劃已於2003年結束進入整合大洋鑽探（IODP）新階段，已掀起一個深海研究的新高潮。我國應抓緊時機，爭取在新一輪的國際合作中發揮前所未有的作用 。

6. 土壤碳循環，對全球變暖的影響

土壤碳循環，對全球變暖的影響
由人類活動引起的溫室效應以及由此造成的氣候變暖對森林生態系統的影響已引起人們的普遍關注.森林土壤碳循環作為全球碳循環的重要組成部分,是決定未來陸地生物圈表現為碳源/碳匯的關鍵環節,揭示這一作用對於准確理解全球變化背景下陸地生態系統碳循環過程具有重要的指導意義.本文主要通過論述影響土壤碳循環過程的5個方面（土壤呼吸、土壤微生物、土壤酶活性、凋落物輸入與分解、土壤碳庫）,綜述了近10a來全球氣候變暖對土壤碳循環過程的影響.近年來,盡管已開展了大量有關土壤碳循環對氣候變暖的響應及反饋機制的研究,並取得了一定的成果,但研究結果仍然存在很大的不確定性.整合各種密切關聯的全球變化現象,完善研究方法和實驗手段,加強根際微生態系統碳循環過程與機理研究將是下一步研究的方向和重點

7. 碳水循環飲食法怎麼吃

高碳日---至少有50%的卡路里攝入都是來自碳水化合物。一般來說，在高碳日碳水化合物的攝入在每公斤體重4-6g。

中碳日---碳水化合物的攝入一般在總卡路里攝入的20-50%，通常每公斤體重攝入2-4g。

低（零）碳日---碳水化合物的攝入一般在總卡路里攝入的0-20%，通常每公斤體重攝入0-2g。

快速增肌就需要碳水化合物，但代價是增長脂肪。那麼這個時候就有人聲稱，如果能夠採用碳水循環飲食，就能獲得碳水幫助增肌的好處，同時避免碳水堆積脂肪的缺點。

理論上來說，通過在高強度訓練日攝入大量碳水化合物，中等強度訓練日攝入中等量碳水化合物，非訓練日攝入少量碳水化合物，就能增肌的同時不增長脂肪，或者減脂的時候還能增加肌肉。

(7)碳循環成果擴展閱讀

碳水循環飲食，從核心上來看，也是一種限制碳水化合物的飲食方式，雖然可能會幫助你更快減重，但是並不會幫助更快減脂。

也就是說，如果傳統4/4/2比例的飲食會要求一周吃1500g碳水化合物，那麼碳水循環飲食可能會要求你攝入的比這個少。而且雖然低碳飲食在短期來看會比傳統飲食減重要好，但是對於減脂就不是了。

許多支持低碳或者生酮飲食減肥的人會引用一些看起來很厲害的研究。然而，如果細看這些研究，你會發現不一樣的事。這些研究中最大的一個問題就是蛋白質的攝入。

也就是說，顯示出低碳飲食有優勢的研究蛋白質的攝入量都要更高一點。這就相當於在比較高蛋白低碳飲食vs低蛋白高碳飲食，很顯然前者會更有優勢。當蛋白質不變並且在低碳和高碳飲食中保持不變時，兩者對於減肥的影響沒有顯著性差異。

8. 減少碳污染的治理方案

徹底解決碳排放的思路和方法

摘要：隨著現代工業產業逐步形成，人類也養成一些習慣行為和做法。比如燒鍋爐排煙、汽車尾氣排放，好像是必然發生和天經地義的行為。今天，是時候通過理念的更新，打破慣性思維的牢籠，讓我們的工業生產過程來一次變革，從根本上解決碳排放及其他污染氣體排放問題，讓污染物質資源化，同時實現熱量、能量的充分利用，達到減排、節能、增效的綜合目的。

一、 碳排放現狀和危害
自工業革命以來,人類活動大量排放的二氧化碳使全球出現變暖趨勢,北極冰雪也加速融化，引起極端性氣候災害頻發，嚴重危害人類生存和發展。對於全球變暖,科學家已經基本達成共識:最近50年來氣溫的上升主要是由於二氧化碳等溫室氣體增加造成的。因為二氧化碳是一種可長期存留的溫室氣體，它的排放量最終必須降到接近零的水平，
中國目前是世界最大的碳排放國。隨著經濟的發展，今後仍將持續增加。盡管中國的碳排放總量仍在增長，但排放增速自2005年以來已「穩步下降」了大約30%，2014年增速甚至放緩至接近於零，並且中國的發電廠平均能源使用效率也處在世界領先水平。中國承諾其二氧化碳排放量將在2030年左右達到峰值，有推算認為最高將達到150億噸。作為全球最大的二氧化碳排放國，為達成這一目標中國將投入超過41萬億元人民幣。
二、 碳排放來源及控制
人類活動造成的碳排放是溫室氣體劇增的主要因素！人類碳排放主要來自於化石燃料的使用以及其他工業生產。煤炭、天然氣、石油、水泥在1960～2012年間的累計排放量占總排放量的比例依次為39.2%、17.2%、40.5%、3.1%。2012年的比例依次為42.8%、19.0%、33.0%、5.2%。近十多年來，由於煤炭使用量快速增長，來自於煤炭的排放也快速增長。
從上述數據可以看出，化石燃料能源生產和利用的排放占溫室氣體排放2/3，減少碳排放的根本出路是減少石化燃料消耗！而能源又是經濟增長基礎。既要確保世界經濟增長和能源安全，解決70多億人的衣食住行，又要顧及各國不同國情逐步減少對化石燃料的依賴。
所有的發展中國家目前也都面臨兩難境地，既要發展經濟，又要應對、減緩氣候變化。在現有技術條件下，如果減少碳排放，就意味著它們要承擔經濟放緩甚至停滯的巨大成本。這無論從現實和道義上都講不通。對於中國特別不是一件容易的事情。即使採取較積極的能源政策，包括提高可再生能源和油氣等清潔能源的比例，到了2020年我國煤炭消費仍占約60%。
三、 碳排放吸收固定
地球空氣中含有約不到0.03%的二氧化碳，而且在過去很長一段時期中，含量基本上保持恆定。在自然生態系統中,陸地植物和海洋生物通過光合作用從大氣、水中攝取並固定碳的速率,與自然環境生物、火山、溫泉等排放源釋放到大氣中的速率基本是相同的, 二氧化碳始終處於「邊增長、邊消耗」 的動態平衡狀態。
大氣中的二氧化碳有80％來自人和動、植物的呼吸，20％來自燃料的燃燒。散布在大氣中的二氧化碳有75％被海洋、湖泊、河流等地面的水及空中降水吸收溶解於水中。還有5％的二氧化碳通過植物光合作用，轉化為有機物質貯藏起來。而現在,隨著工業的迅速的發展,使積存在地層中千百萬年的碳元素,在很短時間內釋放出來,而破壞了原有的碳循環的平衡，積累的二氧化碳估計需要50~100年才能自然消耗、固定。
對於空氣中微量的二氧化碳等溫室氣體，除了依賴環境自然消耗以外，人類目前沒有更好的辦法。我們所能做的，就是設法增加、強化海洋、陸地吸收、固定、儲存碳的能力。
四、 減排理論創新
除了保護海洋環境，保護陸地植被來幫助環境增加吸收二氧化碳的能力以外，人類能做的主要在於減少碳排放。目前，減少碳排放主要有以下幾種技術方向和選擇。
1、 採取清潔能源
首先一個方法就是使用含碳量低的清潔化石能源。但是採用天然氣、頁岩氣等替代煤炭，同樣存在很多問題，首先還是使用化石能源，存在枯竭的問題；其次含碳比例雖然下降，但仍有一半的排放；再次，有專家認為，這類石化燃料排放的水蒸氣，是城市霧霾的成因之一，因為有霧才有霾的物理條件，局部空氣含水量增加，容易隨著氣候變化快速形成污染物的「氣溶膠」，這就是霾！
再有就是發展非化石能源，如核能、水電、風電、太陽能。但是就電力供應總量而言，可再生能源所佔的比例仍很小。全球來看，新型可再生能源，也就是風能和太陽能，在全球主要能源供應量中所佔的比重仍不足5%。1990年，化石燃料在全球電力供應中所佔的比重為88%，2012年這個比例是87%。學術界也對於風能造成環境生態變化、草原沙化，太陽能光伏在產業鏈過程的污染、效率問題提出很多疑問，這些能源供應方式到底是不是人類的最終出路，還沒有得出定論。
使用低碳能源和可再生能源顯然是出路，但一國的能源結構涉及的因素太多，並非一朝一夕所能解決。
2、 提高能源的利用率
現在全社會倡導節能減排，呼籲每個人通過改變用能習慣，實現低碳生活，參與到拯救環境、拯救人類自己的行動中來。但是個人的能力有限，並且少數發達國家的人均耗能長期居高不下，從某種角度來講，這條路顯然不是好的出路！
傳統的能源利用觀念是習慣於消耗能源來滿足能源需求，節能減排手段也習慣於追求能源消耗過程中盡可能百分之百的利用。這樣的思路和方法已經無法實現高耗能環節的大比例節能降耗。社會能耗水平隨著經濟社會的發展只能不斷增加。
人們熟知的能量守恆定律，讓我們許多人忽略了使用一種叫「熱泵」技術的熱能搬運 「杠桿」作用。即消耗一份能量，帶動其它介質中已有熱量的再利用，目標得到同樣熱能，但新消耗的高品位能源、石化燃料大大減少，通過能量的流動，替代能量簡單消耗，實現大幅度節能減排。
熱泵技術有很多種，空調、製冷系統採用的是一種壓縮式熱泵系統，空調可以高效率地將室內外的熱量來回搬運，能效比普遍在3倍以上，換句話說，比直接消耗能源物質獲得熱量的方法，節約能源三分之二以上！而人們使用空調、冰箱已超百年，這些年逐步推廣開的水源熱泵、地源熱泵，也都是該原理的典型應用。
熱泵有太多種類，驅動熱泵工作的能量來源也包括電能、熱能、勢能等。現有的熱泵系統輸出可以很容易地達到100℃以上，介入「水-汽」沸騰高耗能環節，並且長時間高效率運行，如果我們的鍋爐能從現在努力追求100%的效率，變成起步就是200%～300%的效率或更高，節能50%以上，從原來需要熱量就消耗能源物質轉換獲得，變為從其他環節高效率回收、搬運獲得，系統新增的能量消耗、環境熱排放僅是原有直接能耗模式的幾分之一、幾十分之一，大大提高了能源的利用效率。
事實上要想實現人類能源資源的成倍增加幾乎不可能，採用技術創新將社會能耗降低三分之一、三分之二甚至更多則完全可能！只要設法「讓能量動起來」，能量守恆定律就能保證人類有了用不完的能源，地球也就沒有日益變暖的危險了。
3、 發展能源利用基礎理論
現在理論界都在研究新的理論、新的能源，對於傳統能源和能源應用基礎理論則沒有人反思和研究。目前中國電力能源的約70%靠火電提供，但是火力發電的工作原理還是基於100多年前誕生的郎肯循環，幾乎沒有發展！汽車、飛機還用的是「卡諾循環」，也沒有突破進展。即便到了今天，郎肯循環仍產生世界上90％的電力，包括幾乎所有的太陽能熱能、生物質能、煤炭與核能的電站。
從哲學意義上講，郎肯循環誕生的年代有必然的歷史局限性，那個時代研究熱力學的機械條件、流體力學理論和現在差距很大，難免存在一些理論限制和認識不足。即便是能量守恆定律都已經發展到了質能守恆，且還在發展，「卡諾循環」、「郎肯循環」就無懈可擊、十全十美了？
其實人類一百多年的技術進步已經有理由對郎肯循環進行發展、創新。射流技術能實現利用非機械動力的方式實現對完成做功後的乏蒸汽進行再利用，可壓縮流體熱力學理論也能讓我們設法直接回收再利用未能直接利用的乏汽凝結釋放的冷凝熱，讓未能通過汽輪機一次轉化為功的熱量有機會參與下一次做功循環，經過多次轉化做功，在理論上實現蒸汽動力循環整體熱效率的大幅度提高。
我們提出了一種「新的蒸汽動力循環」設法實現「能量動起來」，也對卡諾循環進行再認識和應用創新，提出「熱機冷下來」。希望藉此帶來理論界的新的探索，改變能源應用主要模式，提高熱機的效率，實現各行業大幅度的節能、減排、增效。
4、 碳捕獲並資源化利用
l 碳捕集
二氧化碳利用的前提是如何持續穩定地獲取二氧化碳資源，而這方面的技術已經基本成熟。對於大量分散型的CO2排放源是難於實現碳的收集，因此碳捕獲的主要目標是像化石燃料電廠、鋼鐵廠、水泥廠、煉油廠、合成氨廠等CO2的集中排放源。
首先有一種方法通過「富氧燃燒」提高排放廢氣中二氧化碳的濃度，便於高效率回收，採用直接冷卻、壓縮就可以實現碳捕捉。針對二氧化碳含量不同的各種廢氣，也已經形成了相應的回收方法，包括低溫蒸餾法、膜分離法、催化燃燒法和變壓吸附法等。
本文將提出一種簡單、高效、環保、低成本，可以適用各種濃度、不同成分的含二氧化碳廢氣的冷凝回收方法，還可以同時分類回收其他溫室氣體和有害氣體。
l 碳埋存
近年來人們嘗試把集中收集到的二氧化碳濃縮液化、固化後深埋地下、深海。但從長遠來說，這只是一個「鴕鳥政策」，並且能處理的碳和自然界消化、固定的碳相比，微乎其微，也留下嚴重生態危機隱患。
還有一種利用金屬和金屬化合物與二氧化碳再反應生成金屬固化物封存的辦法，反應過程還能釋放熱量，是一種另類的燃燒過程，通常需要在2000℃以上或更高的溫度下實現，但產生其他更復雜污染物的情況將更加嚴重，目前行業技術進展不大。
l 碳利用
二氧化碳可以用於食品、化工、消防、農業、石油、人工降雨等諸多領域。從每噸600~800元的價格，就能反映出他的價值。
二氧化碳作為化學品原料加以利用已初具規模。尿素是固定二氧化碳的最大宗產品，其次是無機碳酸鹽，還有利用二氧化碳制鹼、製糖、合成可降解塑料等。
雖然二氧化碳是非常優秀的滅火劑，但是實際使用還不夠普及，特別當它用於大范圍常規火災（如森林火災）或一般性危化品火災（天津濱海新區危化品火災）時，有非常好的滅火效果。今後應進一步推廣應用，同時也實現了大量的碳存儲。
二氧化碳是綠色植物光合作用不可缺少的原料，一定范圍內，二氧化碳的濃度越高，植物的光合作用也越強，因此二氧化碳是最好的氣肥。有實驗證明二氧化碳在農作物的生長旺盛期和成熟期使用，效果顯著。在這兩個時期中，如果每周噴射兩次二氧化碳氣體，噴上4～5次後，蔬菜可增產90%，水稻增產70%，大豆增產60%，高粱甚至可以增產200%。我們可以利用這種方式，給森林「施肥」，主動促進植被的生長，大幅度增加環境綠色植物吸收二氧化碳的能力。
收集到的二氧化碳不是低溫就是高壓存儲，根據我們的「熱機冷下來」理論，固態、液態二氧化碳還可以吸收環境或其它介質里免費的熱量，氣化膨脹為高壓氣體，用於推動機械工作。實驗室里已經將現有內燃機稍加改動，就可以成為一個「氣動機」，使用高壓二氧化碳氣體作為動力源。有實驗證明，使用液態二氧化碳作為「動力」，攜帶介質體積比汽油大5~8倍，但綜合成本是汽油的二分之一或相近，有推廣應用的商業價值。
想像一下不久的將來，一個遠洋貨輪，攜帶大量液態二氧化碳作為媒介，吸收海水的熱量膨脹為高壓二氧化碳氣體，成為輪船的動力來源，最後排放到大海里，增加海洋吸碳量，減少興波阻力，一舉數得！一輛經過改裝的長途汽車、火車頭，攜帶液態二氧化碳，當途徑一個山路、草原的時候，啟動氣動模式，二氧化碳吸收環境空氣的熱量變成高壓二氧化碳氣體，繼續推動車輛前進，排出的二氧化碳尾氣成為山間、草原綠色植物的「氣肥」。
五、 冷凝回收碳排放
現有的氣體冷凝收集雖然是一種常用的手段，但是採用極低的溫度來對沸點很低的廢氣、污染氣體進行吸收的具體應用還不多。我們提出一個利用超低溫冷源，對成分復雜的工業尾氣、廢氣進行分級冷卻、冷凝處理，將尾氣中所含的溫室氣體液化，初步分離、分類存放，可以變廢為寶，進一步集中處理，實現尾氣零排放。同時可以將尾氣所含的顯熱、潛熱部分轉換為電能、機械能的解決方案。
1、 利用液態空氣冷源
液態空氣是把空氣製冷降溫到空氣的沸點以下，空氣從常溫的氣態變為接近-200℃的液態。利用這樣的液體作為冷源，通過一個裝置，對廢氣進行製冷，最後沸點較高的二氧化碳等氣體液化、固化，低沸點的液態空氣吸熱氣化後排放，通過液體置換，實現了廢氣中污染氣體、溫室氣體的收集。系統
示意圖如下：

廢氣從廢氣入口進入風冷蒸發器進一步降溫，再進入回熱換熱器（如板翅換熱器或套管式換熱器）利用處理後的冷氣逐步降溫，進一步到換熱器進一步降溫；到低溫冷凝器達到最低溫度，廢氣中二氧化碳冷凝，處理後干凈的氣體再回到回熱換熱器，利用排氣低溫對新進入的廢氣預冷，冷量充分利用，最後回升到接近進氣溫度後再排放；液態空氣被低溫泵送入低溫冷凝器作為冷源，同時吸熱氣化成為高壓氣體，再經換熱器進一步換熱升溫後，進入膨脹機做功帶動發電機發電；膨脹機排出的氣體也進入回熱換熱器對進氣預冷。廢氣中的水蒸氣冷凝後再次噴淋到風冷蒸發器蒸發，提高冷量的利用率。
這樣的系統，設備成本約每噸位15000元；用1Kg、-191℃、汽化熱約37、氣體比熱0.25的液態空氣，經過膨脹機做功發電後再次吸熱，大約可以置換 -78℃、汽化熱137的二氧化碳0.6Kg，同時可以發電0.15KwH。1噸液態空氣批發價150元，回收的0.6噸二氧化碳按批發價650元計算價值390元，還能發電150KwH價值75元，毛利潤約315元；還能回收少量濃硫酸鹽、硝酸鹽溶液。
2、 利用熱泵冷源

以現有的二級製冷壓縮式熱泵系統，很容易實現-80℃ 的輸出，利用這樣的冷源，通過一個裝置，對廢氣進行製冷，將廢氣中的二氧化碳等氣體液化、固化，實現了廢氣中沸點低於冷源溫度的污染氣體、溫室氣體的收集。系統示意圖如下：

廢氣從廢氣入口進入回熱換熱器（如板翅換熱器或套管式換熱器）利用處理後的冷氣逐步降溫，到低溫冷凝器達到最低溫度，廢氣中二氧化碳冷凝，處理後干凈的氣體再回到回熱換熱器，利用排氣低溫對新進入的廢氣預冷，冷量充分利用，最後回升到接近進氣溫度後再排放；冷凝熱被熱泵轉移到儲水罐的熱水中備用。
這樣的系統，設備成本約3000元/KwH；用1KwH的電能，成本0.5元，製冷效率0.85（理論值是2），能輸出大約可以輸出「冷量」714Kcal，約回收-78℃、汽化熱137、氣體比熱0.25的二氧化碳4.4Kg，按批發價650元/噸計算價值2.86元。同時還能輸出120℃的水蒸氣2Kg，或者溫升50℃的熱水31Kg，按每噸熱水25元計算，價值0.7元，毛利潤約3元。
根據中歐煤炭利用近零排放合作項目在2009年年底作出的報告，二氧化碳的捕集成本為18歐元/噸, 捕集和封存二氧化碳的綜合成本為25-30歐元/噸。本文提出的方案和已有數據接近甚至更低，綜合效果也更好。
從上述兩種方式分析，均具有較好的經濟性，設備成本不高，通用性強，投資回收期短，社會推廣的價值很大，企業的積極性會很高！
六、 實施階段展望
在推廣應用上述碳收集資源化方案的步驟，應該首先從碳排放比較集中的環節下手。例如各種鍋爐、窯爐、大型內燃機等。
例如從採暖鍋爐、工業生產蒸汽鍋爐、發電廠的燃煤鍋爐排煙口、煙囪，獲取本來要排放的煙氣，將其中的污染氣體、溫室氣體回收。熱泵冷源系統採用的設備，都是工業領域里成熟的系統，製冷冷源從數千瓦到數千千瓦都可以生產，換熱系統、冷凝器也都是成熟產品，低溫儲罐早都有國家標准，很快可以實現規模化生產。這樣的系統安裝試用過程中，對原有的生產系統不需要改造，具有很好的可行性、安全性，易於工程化，系統安裝調試、投入使用過程可以逐階段實施，實現平穩過渡。後續使用過程中也可以靈活啟動、停止。由於具有良好的經濟性，企業的改造、使用的積極性會很容易調動起來，市場化操作非常容易整合各方的產能、資金、資源。
液態空氣冷源方法具有系統簡單，可以輸出輔助電力、動力等特點，適用於機動車尾氣回收。可以由政府帶頭示範，在城市公交、環保環衛車輛上優先試用，逐步向重點運輸單位、物流等企業推廣，讓他們在減排的同時，也能從節約燃料、銷售回收的資源等多方面獲得更好的經濟效益。
針對有條件利用二氧化碳作為動力介質，將二氧化碳帶到海洋、森林、草原等環境釋放的企業，可以進一步給予獎勵、補償，實現國家、企業、環境多方受益的目的。
七、 結束語
一位生物學家在玻璃杯里放了一隻跳蚤，這個可跳到自己身體400倍高度的「跳高冠軍」，毫不客氣就跳了出來。後來，試驗者在玻璃杯口上放了一個玻璃蓋，這只不知情的跳蚤便連續不斷地撞在玻璃蓋上。不斷地撞擊之後，這只跳蚤適應了這個高度，再也沒有一次撞到玻璃蓋。這時，試驗者取走了玻璃蓋。卻發現，這只跳蚤再也跳不出杯子了。一周過去，情形依舊。這只跳蚤只會把自己的跳躍保持到這個高度了。怕撞頭，不敢再跳？已經習慣，懶得再跳？還是已經默認這只杯子，就是自己無法逾越的高度？看來，它是被自己通過親身實踐而總結的成功經驗束縛住了。
今天，我們人類不能當那個跳蚤，需要打破慣性思維，對已經習慣了、想當然的、傳統的工業生產過程重新梳理，利用技術進步的成果進行基本理論、工藝過程的再認識，實現創新發展，再來一次能充分發揮自己能力的「飛躍」！我們需要通過能量、動力、排放的變革，徹底解決能源、資源高效利用和環境污染問題。

參考文獻：
【1】李芬芬等，電廠煙氣中二氧化碳的捕獲，化學工程與技術 2011，1，4-10
【2】田超，二氧化碳的利用前景，大氮肥，2002，第25卷第3期
【3】劉文宗，二氧化碳的資源化利用，科學發展 2007，5，413期
【4】沈國良，二氧化碳在化工中的利用，二氧化碳減排控制技術與資源化利用研討會，2008年9月
【5】梁國侖，國外二氧化碳的應用及市場概況，低溫與特氣，1997，1期
【6】陳健等，全球碳排放市場現狀及對我國的啟示分析，中國環境科學學會學術年會論文集，2014，700頁
【7】周偉等，中國碳排放：國際比較與減排戰略，資源科學，2010年8月第32卷
【8】朱維群，零碳排放的煤炭清潔利用技術開發，第六屆能源科學家論壇，大連,2015.8