碳循环成果

1. 　研究现状

目前，国际上侧重研究第四纪，即约2.5Ma以来地球气候和环境的变化，特别是过去几十万年和2000年以来这两个时段的气候、环境变化的原因和规律。之所以要集中研究最近2000年的地球历史，是因为这段时间是人类对地球影响最大的时期，同时也是人类历史资料与自然记录中对环境信息记载存在着重要重叠的时期。深入了解这段时间的气候和环境变化将为预测未来50～100a地球系统的区域至全球尺度的变化速率提供极有价值的参考资料。而对晚第四纪的最后几十万年，重点是15万年以来的气候和环境进行研究，则能帮助我们弄清引起冰期-间冰期旋回变化的作用机制及其自然反馈，从而深化我们对引起全球气候变化的自然过程的认识。

除这两个重要时间段的研究外，科学家还对更老的地质时期（从全球变化角度气候和环境发生迅速和突然变化）的气候环境变化给予关注，如二叠—三叠纪泛大陆的气候变化、白垩纪的冷暖变化、缺氧事件和末期的大绝灭事件、上新世（5.30～1.60Ma）的地球气候变暖。现已知上新世平均气温比现代高2～3℃，海平面比现今高30～50m等。对这些重要时期的研究有助于加深对最近地质时期全球变化的背景及原因的认识。

古环境和古气候的变迁信息较好地保存在黄土-古土壤、冰心、湖泊沉积、洞穴碳酸钙沉积、风成堆积、火山沉积、红土以及海洋、河流沉积等地质体中，其中尤以深海沉积、黄土-古土壤系列和极地冰心的地质记录成效最佳，被公认为是全球变化研究的重要支柱。

全球环境变化重点研究了地球系统的主要外源气候作用机制、地球系统演化的内部过程、快速和突然的全球变化及古气候与古环境的模拟，以及改进资料信息的获取技术和发展地层年代学等技术支撑系统研究。

90年代全球环境变化研究的进展大致如下：

1）全球环境变化的外源气候作用机制方面

研究主要集中在太阳内部变化产生的辐射调整和轨道作用力周期性变化引发的日射变化如何驱动控制气候发生相应的变化上。这种气候变化是长期的，一般在几千年到几十万年的时间尺度上，通过对深海岩心的δ¹⁸O记录和黄土记录等获得高分辨率的数据集试图弄清晚第四纪冰期-间冰期旋回的变化作用机制。结果表明，第四纪气候存在约20～100ka尺度的周期性变化，这一尺度恰好与地球轨道参数变化周期相当。许多学者对深海、陆地的地质记录进行周期分析，证明了气候变化是对轨道参数变化的线性反应，这是古气候研究的一大成就。而且发现第四纪以来气候变化的主导周期有一个转变过程，大体上是从岁差周期主导转变为黄赤交角周期为主导，最后是以偏心率周期为主导。但当前对气候系统变化存在100ka周期的起因及演化机制仍众说纷纭，有待更多的证据来证明这些假说。

2）对地球内部作用过程作为气候变化的驱动力的重要因子的认识在逐步加深

近年来已认识到岩石圈运动，尤其是地球内部作用过程对大气圈、水圈和生物圈的影响不可忽视。它对全球环境变化，如大气成分的变化，地表干旱化、地震、火山的活动、酸雨的形成、土地荒漠化等都起着重要的作用。

（1）板块构造运动对地球气候和环境的影响。大陆的拼合、碰撞和分裂，改变了大陆的分布及位置，极大地影响了大洋和大气循环，从而改变了陆地的气候和生态环境，构造运动还直接引起地形地貌的变化，从而影响气候的变化。

（2）地壳垂直运动（降升）对气候变化的影响比水平运动可能更强，最明显的例子为青藏高原和美国西部山脉的隆升。一些学者通过模拟研究认为，青藏高原隆升可以改变大气环流和大洋环流形式，特别是东亚季风的形成和发展影响了北半球甚至全球的气候和环境。现确认高原隆升是晚新生代气候变化的主要驱动力。美国学者研究认为，内华达山脉的抬升导致大盆区近500年的干燥气候。

（3）巨型地幔和火山活动放气作用对全球变化的影响。火山喷发把大量固、液、气体从地球深部排放到大气圈中，从而改变了大气化学组分和日照率。火山作用产生的气溶胶，特别是硫气溶胶（主要是SO₂形成的H₂SO₄）对地面温度的影响，它能降低对流层下部的气温。火山喷发后的两年内温度可能会下降0.2～10℃。火山作用的气候效应被北美高山冰川波动、格陵兰冰心记录，甚至树木年轮生长的研究所证实。但火山活动引起区域性还是全球范围的温度变化，还有待进一步弄清火山喷发的时间、范围和气候的响应等许多问题。

近年来，巨型地幔柱已引起地学家的广泛兴趣，他们开始注意到这一地球深部过程在全球变化中的重要作用，并认为地幔放气（CO₂）会引起温室效应，岩浆活动迅速扩张引起全球海面上升等。有人提出中白垩世气候变暖、温度上升的原因与巨型地幔柱迅速大量排放CO₂有关（CO₂浓度为现代值285×10^-6的3.7～14.7倍），而不仅是因为古地理的变化即大陆重新配置所致。地幔热柱来自核幔边界2900km深处，在地表形成许多热点和火山。陆上火山喷发出的火山灰遮蔽日照而致降温，而大洋中脊山带上的水底火山喷发出大量的CO₂。构造地震活动在地质历史时期以及现代从未停止，有些还相当强烈。中国学者通过卫星遥感的红外谱图发现临震前在10⁴km²级的大面积范围内向大气层大量急速释放CO₂，不过其定量研究还远远不足。

（4）全球碳循环研究的新进展。由于大气CO₂浓度上升造成的温室效应对全球变化产生重要影响，因此除了减少人类活动工业化排放到大气中的CO₂量以外，查明地球内部成因的CO₂的气源，即全球碳循环已逐渐成为重要研究课题。近年来岩溶地质学家通过研究，发现全球碳酸盐岩含碳量为10¹⁶t，占地球总碳量99%以上，在全球碳循环中占有重要地位。它不仅通过表层岩溶作用从大气中回收CO₂，而且还可随着碳酸盐钙华的沉积而释放CO₂，从而直接参与全球的碳循环，对气候变化有重要影响。中国袁道先等人估算了通过岩溶作用回收大气碳的通量（以CO₂形式）全国为3.83×10⁶t/a，全球为6.08×10⁸t/a。日本估算全球碳的回收量为2.2×10⁸t/a。估算结果虽因参数不一而有差别，但都在同一数量级上。在中国、土耳其、意大利等岩溶区的测试验证，有浓度高达23%～90%的幔源CO₂通过活动断裂向大气释放，并伴随大量钙华快速沉淀。在30届国际地质大会上还报导了在西班牙南部某地，由于对碳酸盐岩含水层的过量开采，引起深部浓度达85%的CO₂突然入侵的实例。可见，除人类活动影响外，地球深部CO₂正通过地热区、火山活动及活动断裂带不断释放，直接进入大气促进了温室效应或储存于盖层成为气田。

（5）地球系统还有一些内部过程对气候变化有驱动作用，如CO₂、CH₄及N₂O等主要活跃痕量气体的作用；冰盖消长与海平面变化的影响等。目前这些都已被PAGES列为专题研究。

（6）天文事件如彗星或小行星撞击可能诱发的古气候变化，以及地质历史时期中，如认为白垩纪—第三纪间有地外事件发生，重大的地质灾变导致生物大绝灭等，也是全球变化研究中需要考虑的。

3）快速和突然的全球变化原因和作用机制研究的新进展

科学家们普遍认为气候环境的演变主要受米兰科维奇轨道参数（偏心率、地轴倾斜度和岁差）的控制，还有地壳运动、海陆分布等的影响，但对突发事件（突然变冷和突然变热）的原因和机制及其响应却不甚清楚。这种非轨道力的变化机制有可能是大气环流和风场变化引起的。因此探索和重建重要时期的古气候和环境，对于预测未来50～100a可能的变化将提供重要依据。近年来根据海洋沉积物、冰心和黄土等地质记录发现气候系统存在着不稳定性，它表现为气候以很快的速度（十几年到几十年）从一种状态变化到另一种状态。现在对末次冰期-间冰期发生的一些气候事件，包括新仙女木事件（YD）,Heinrich（H）事件，Dansaard-Oeschger（D-O）旋回（颤动）等进行重点研究。研究结果表明，YD事件（1.1万年前气候突然变冷）已在不同区域不同记录中，如海洋沉积、格陵兰的冰心记录，阿拉斯加的孢粉记录，北美的冰川记录等都有发现。甚至太平洋地区、亚洲中国和南半球委内瑞拉也有记录。Heinrich事件是指在北大西洋沉积中发现冰漂碎屑周期性增加的过程，又特指末次冰期期间普遍存在的6次大的冰漂碎屑沉积事件。它是由于冰山崩塌、涌出，导致北大西洋海水温度、盐度降低而气候变冷。H事件在北太平洋深海沉积、中国黄土堆积、南美山地冰川等各种记录中都有显示。D-O旋回距今22～37ka，有10次气候突变（突然升温降温）。由上述情况可知，YD事件、H事件、D-O旋回很大程度上都是一个全球性气候事件，其产生原因可以用冰盖融化、北大西洋环流强度的变化来解释。此外，低纬度水文循环也可能引起气候系统的不稳定性。

关于冰期-间冰期的转换和南北半球气候变化耦合（同时发生）的机制，G.H.Denton等提出了“海面变化-冰盖波动锁定”的解释，以后W.S.Broecker（1989）进一步认为是大洋传送带的开-合过程导致的，可能与北大西洋大洋环流有关。但目前还没有一个假说能作出满意的解释。

万年以下时间尺度的气候变化事件也开始在一些地质记录中被检出。如格陵兰冰心化学分析结果显示，自全新世以来存在明显的千年尺度的波动。最近这种波动尺度在中国黄土记录中以及赤道、高纬度地区、极地，从海洋到陆地的许多沉积记录中都有发现。看来这种短时间尺度气候事件也具有时间性。

近年来大范围的气候异常引起了科学家们对厄尔尼诺-拉尼娜现象的关注。所谓“厄尔尼诺”是指热带中、东太平洋表层海水大面积升温，而“拉尼娜”则相反，是指海水大面积降温。20世纪初，人们已开始注意到厄尔尼诺对海洋生态环境的影响。60年代认识到厄尔尼诺给全球气候造成重大影响，主要表现在热带东太平洋地区洪水泛滥和热带西太平洋地区荒芜干旱。研究表明，从50年代至今共发生14次厄尔尼诺。但现在发现厄尔尼诺的发生频率近年来逐渐加快。80年代有2次，而90年代已3次，并以1997/1998年为百年来最强的一次，使全球一些地区出现严重干旱或洪涝。拉尼娜现象自50年代至今发生了9次。专家们已确认厄尔尼诺-拉尼娜现象是热带海洋和大气之间相互作用、相互影响的结果。其发生频率的加快是否与全球升温有什么联系认识尚不一致。但厄尔尼诺-拉尼娜的影响已成为全球短期气候异常的主要因素是毋庸置疑的。

据最新的研究报导，从厄瓜多尔安第斯山脉上拉古纳湖底10m长的沉积物分析显示，厄尔尼诺历史可追溯到15ka前，而在近5ka来出现频率加快，大约每隔2～8年发作一次，而不像在地球气温较高时那样每15～35年发作一次。

4）天然气水合物对全球变化的影响和反馈成为不容忽视的新领域

天然气水合物在本世纪60年代以后陆续发现，但最初仅作为一个重要的潜在能源看待。而80年代后期科学家们才发现它与全球气候变化有着密切的关系。天然气水合物是水的晶格（90%）充填了天然气分子而形成的冰状固体，天然气成分以甲烷为主。天然气水合物的含碳量很高，据粗略估计全球可达1×10⁴Gt，因而认为它是地圈浅部的重要碳库，是全球碳循环中的重要组成部分。天然气水合物在自然界中只能形成于甲烷来源丰富的富有机质沉积物或油气富集区，它在低温高压条件下才能稳定存在。一旦条件变化，如温度增高或压力降低天然气水合物即会分解，向大气释放大量甲烷，产生温室效应，从而对全球气候产生重大影响。反之，在温压条件适宜时，则吸收甲烷形成天然气水合物。目前的研究表明，天然气水合物的蕴藏量极大，因而通过甲烷的释放和吸收对全球变暖产生重大影响。

天然气水合物与地质历史时期产生的海底滑坡可能有联系，这被解释为由于天然气水合物的不稳定性而释放大量的甲烷所形成的充气层，降低了沉积物的强度所致，同时还伴随海平面下降事件。随着对天然气水合物研究的深入，它在全球碳循环中的作用，以及对全球环境、气候变化影响的强度、机制等的认识将进一步提高。

5）对150ka来和最近2ka时间段地球环境与气候的研究

（1）150ka时间段主要是研究晚第四纪的冰期-间冰期旋回，时间分辨率至少要达到1ka。这方面的重要成果是根据格陵兰和南极冰心的连续记录，恢复了160ka以来的气候变化史，特别是大气组分的变化；同时对18ka来的气候变化，进行了每隔3ka时段的气候模拟，模拟结果与地质记录一致；还对晚更新世以来的海面变化机制和规律进行了探讨。

在第30届国际地质大会上报导了新的全球变化的记录材料。中国岩溶地质研究所通过对桂林一个长达1.22m的石笋，在研究其内部微层理的沉积学特征基础上，用AMS¹⁴C法测年配合U系稳定同位素地球化学综合研究，揭示了中国南方36ka以来古环境变化的3个气候旋回，每个旋回持续3ka左右，在暖湿期分辨率可达0.1ka，在干冷期也可达0.5ka。美国Iowa州冷水洞，英美合作的苏格兰Uamkan Tartair洞，美国人在非洲博茨瓦纳Drotsdy洞通过石笋研究古气候的变化也获得较高的分辨率，但所用石笋较小（高仅16～40cm），时限范围限于全新世。

在海陆对比方面，加拿大科学家将中国黄土-古土壤序列与最新的海洋钻孔ODP Hole810c高分辨记录进行了周期对比。美国与俄罗斯科学家利用先进的活塞式钻具在贝加尔湖打出的岩心，记录了过去350ka北亚的气候变化，与著名的SPECMAP海洋氧同位素曲线进行对比，证明大陆与海洋在晚更新世主要的气候事件是对应的。

对于150ka来南北半球的气候变化及其机制方面，刘嘉麒报导了他们在中国渭南黄土剖面建立的高分辨率的古气候时间序列与深海沉积物氧同位素序列和南极、格陵兰冰心的古气候记录有很好的可比性，据此确定了末次间冰期的起始时间为距今128ka，结束时间为距今74.2ka，末次冰期最冷期在距今20～18ka，从而为全球变化对比提供了重要数据。

由于单一的古气候记录（大陆、海洋或冰心）不能完全代表全球性古气候，因此要正确了解全球气候变化过程，还必须综合区域性的、多学科的证据，深刻理解区域环境系统对气候变化的特殊响应，及不同地区或系统之间的相互关系。为此，IGBP中核心项目之一PAGES组织了一个国际性研究计划——PANASH（南北半球古气候计划），这是研究南北半球的气候机制和耦合关系的一个重要步骤。PANASH组织三条跨越两个半球的极地-赤道-极地断面（图3.1），即PEP-I美洲断面；PEP-Ⅱ澳大利亚-亚洲断面；PEP-Ⅲ欧洲-非洲断面。第30届国际地质大会交流了最新研究成果，不少研究根据植被变化及地质记录恢复了南半球一些地区古气候的长期变化。如T.C.Partridge综述了过去200ka来南非的气候变化，研究结果表明，南北两半球在气候变化中具有很强的耦合性。

通过不同的地质记录，反映了在第四纪时期古大陆环流不同分支的演变特征及其所导致的环境变化、水热、风场格局的变化。刘东生在大会上论述了亚洲不同季风系统与西风环流的相互作用，并提出了东亚古季风气候驱动因素和机制方面的概念模型。对黄土沉积序列，中国学者通过冬、夏季风气候代用指标的研究，分析了东亚古季风的变迁过程和特征。

（2）对最近2ka时间段的研究。由于它对预测未来50～100a全球变化的重要性，对时间的分辨率要求达到1～10a。冰岩心、岩溶沉积物、树轮、湖泊沉积和珊瑚沉积的地质记录甚至能分辨到年和季节，因而越来越受到重视。在第30届国际地质大会上，中法合作研究结果表明，通过对近2ka以来中国、非洲等季风气候区的气候变化记录对比，发现这些地区干、湿变化大致同步；在全新世时期中国和北非现代沙漠的扩张与收缩也是同步的，看来变化受控于同一因子。意大利中部最近几十年来，存在变暖趋势，接近1℃，而水文地质系统对气候变化的响应，通过数学模拟研究，河流径流量将趋减少。

图3.1PEP断面的位置

中国科学家对青藏高原西昆仑山古里雅冰心（长309m）中δ¹⁸O（作为温度指标）、冰川累积量（作为降水量）和Ca（大气尘埃）等指标的研究，高分辨率地恢复了过去近2ka来的气候环境变化。中国学者还通过不同的地质记录重点研究了中世纪温暖期和15～18世纪的小冰期。

6）人类的社会工程活动在近代全球变化中的影响

除了自然作用过程作为影响全球变化的因素之外，还叠加了人类活动的作用和影响。现在已开始把人类活动作为一种重要的地质营力，改变着地球的气候和环境。如大量CO₂气体的排放造成温室效应，森林砍伐，土壤侵蚀，沙漠化，工程活动，酸雨，矿产资源、能源的采掘、加工，环境污染等等，使地球生态系统日趋恶化。据统计，当今世界性工业燃耗大量能源，向大气层排放超量的CO₂、H₂S及其它30多种废气，每年约50×10⁸t。由这些废气形成的“温室效应”越来越影响全球的增温。过去100a中气温最暖的6个年份都在80年代中期以后。据测，1992年平均气温比1951～1980年期间的平均气温高0.19℃，1993年高0.27℃，而最炎热的1990年又高出平均气温0.4℃，可见人类活动的影响程度。

研究人类活动的影响进行起来比较困难，其原因一方面是测量、记录的时限、资料有限；另一方面是如何将自然作用与人为作用从地质记录中区分开来有难度。后者的影响是局部的，还是区域性的？此外有些影响反馈效应和人们对其后果的认识往往是滞后的，需要预测评价和时间的验证。

7）区域地质环境系统对过去各种气候驱动因子的响应

刘东生在第30届国际地质大会主题报告“中国地质环境与全球变化”中，重点探讨了新生代以来中国地质环境与全球变化的联系，提出了大量地质证据，表明亚洲大陆干燥度在逐步增加。施雅风指出，青藏高原自中更新世以来上升3000～3500m，对周围的山地（昆仑）、沙漠（塔里木）以及长江等河流带来一系列影响：气温、地貌的变化、河流动力加强与携载物加多等。水文地质工程地质研究所通过构造、气候、人类活动环境分析三要素建立的空间模型，讨论了中国北方末次冰期环境演变的历史，指出在全新世大暖期的平均温度比现代高1.9℃，降水量比现代多195mm，而18ka前的最冷期，平均温度比现代低11.33℃，降水量比现代少165mm。东非肯尼亚Sonachi湖泊沉积高分辨率记录研究表明，非洲干旱区在最近数千年来总的是向干旱环境演化。而澳大利亚西部地区的干旱化，据研究，大致在0.78Ma以后才出现。

陆地水圈循环对气候变动的响应敏感，且对地球气候和环境变化起着调控作用。中国通过自西向东横切青藏高原、黄土高原至东部平原之间的大剖面，研究了各不同单元自晚更新世以来，古气候的演变及其对水环境的影响。在大陆水文循环中，通过对地下水流量的定量研究，K.M.Hiscock等（1992）再造了英国14×10⁴a的古水文演化，尤其是全新世的水文演化。美国学者根据密西西比河道大小、沉积物特征，再造了该河上游地区高频率洪水的幅度的长期变化史。

全球变化也直接影响到海平面的变化。因此海平面在地质历史时期的变化及发展趋势是全球变化重要研究内容之一。尤其在人类历史时期海面变化直接影响海岸带的经济发展和人类生存环境，因此海面变化更引起人类的关注。王颍总结了中国海平面自盛冰期至全新世的变化情况：在近2ka晚全新世内，由于8～10世纪为暖期，11世纪时海面上升1.5m，以后气候较冷，海岸平原堆积，海岸阶地形成。本世纪海面上升速率为2～3mm/a，平均为1.4mm/a，并有持续上升趋势。

但是海面变化是否与气候变化成正相关关系，即气候变暖，海面升高，反之则下降，对此学者还有不同看法。尤其在区域范围内海平面的升降还可能受到构造作用和人为作用的影响。如由于地下水和油气的开采，建造大坝使三角洲系统缺少沉积物而海岸沉降。目前早已摒弃“全球统一海平面曲线”的提法。甚至认为，海平面并不平。科学的提法是海面变化。但气候变化仍是驱动海面变化的主要因子。1993年10月世界海岸会议95个国家的科学家认为，到2025年，由于极地冰川的消融和海水增温使水体膨胀等因素影响，全球海面将升高30～50cm，并预测到2100年可能会升高1m。

2. 袁道先的主要研究成果

一、专著
1、《西南岩溶石山地区重大环境地质问题及对策研究》，2014年6月，科学出版社。
2、《岩溶动力学的理论与实践》，2008年6月，科学出版社。
3、《碳循环与岩溶地质环境》，2003年10月，科学出版社。
4、《中国岩溶动力系统》，2002年11月，科学出版社。
5、《:finalreportofIGCP379》，2002年8月，地质出版社。
6、《中国岩溶学》，1991年英文版，1993年地质出版社中文版。
7、《岩溶环境学》，1988年5月，重庆出版社。
8、《岩溶学词典》，1988年，地质出版社。
二、代表性论文
1、袁道先，地质作用与碳循环研究的回顾和展望，科学通报，2011年26期。
2、袁道先，新形势下我国岩溶研究面临的机遇和挑战，中国岩溶，2009年4期。
3、袁道先，章程.岩溶动力学的理论探索与实践，地球学报，2008年3期。
4、袁道先，岩溶石漠化问题的全球视野和我国的治理对策与经验，草业科学，2008年9期。
5、袁道先，现代岩溶学在中国的发展，地质论评，2006年6期。
6、DaoxianYuan,HaiCheng,R.LawrenceEdwards.Timing,Duration,.2004,Science,304:575-578.
7、袁道先，以地球系统科学理论推动水文地质学发展——21世纪水文地质学发展战略与优先资助领域研讨会，水文地质工程地质，2003年1期。
8、袁道先，地球系统的碳循环和资源环境效应，第四纪研究，2001年3期。
9、袁道先，IGCP379“岩溶作用与碳循环”在中国的研究进展，水文地质工程地质，2000年1期。
10、袁道先，“岩溶作用与碳循环”研究进展，地球科学进展，1999年5期。

3. 陈立奇的代表性成果

(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) 海洋二氧化碳测定最优方法指南，海洋出版社，2010年06月，译著
(2) 《南极地区对全球变化响应与反馈作用研究》，海洋出版社，2004年01月，学术专著
(3) 《北极海洋环境与海气相互作用研究》，海洋出版社，2003年01月，学术专著
(4) 《中国南北极考察》，海洋出版社，2000年01月，学术专著
(5) 《中国极地考察大事记》，国家海洋局极地考察办公室，1999年01月，学术专著
(6) 《南极洲地名辞典》，海洋出版社，1998年01月，学术专著
获奖、专利和发明：
(1) 台湾海峡西部上空气溶胶化学研究1999年海洋三所科技进步一等奖，省部级科研奖，1999年12月，国家海洋局，等级：3
(2) 南极区域保护与管理研究，省部级科研奖，2011年06月，国家海洋局，等级：2
(3) 南极地区对全球变化响应与反馈作用研究，2002年国家海洋局海洋创新奖一等奖，省部级科研奖，2002年11月，国家海洋局，等级：1
(4) 中国首次北极科学考察，2003年国家海洋局海洋创新成果奖一等奖，省部级科研奖，2004年02月，国家海洋局，等级：1
(5) 北冰洋海洋碳循环观测工程技术及其应用研究，省部级科研奖，2011年12月，中国海洋工程技术咨询协会，等级：2

4. 论述人类活动对碳循环的影响及人们采取的对策 （尤其是对策呀！！）感谢各位亲~

这个网络文库里面有好多噢。 如果你是要写论文的话从里面下载吧，如果不是的话我从别的网友回答里面摘些话你参考一下：

一、人类自身的代谢利用有机碳，产生无机碳实现碳循环，二、人类的生产生活正面效应是提高绿色植物的覆盖率便可提高对生态系统碳循环中的无机碳实现良性碳循环，而负面的效应则是因破坏绿色植物覆盖率，掠夺性开发而导致生态系统碳循环恶化而导致生态系统走向消退。

1:近年来中国正是大力发展的时期，所以对于煤炭的开采远远超过了历史上几千年的历史的开采速度，所以人类对于煤炭的开采加大了由C变为二氧化碳的进程；
2:人类对土地过度的开发导致森林的面积逐年缩小；从而导致了森林的绿化作用；就是导致由二氧化碳到氧气的转换变慢；
所以导致二氧化碳的增多从而产生温室效应；南北极地的冰山融化；海水水平面上升；

随着人类社会的发展，尤其是化石燃料的普遍利用，人类碳源的强度不断增大，人类碳源主要包括化石燃料使用、水泥生产等的碳排放以及土地利用（如水稻种植）、矿产开采、地下水开采等过程中的碳的释放，其中化石燃料燃烧发挥了最大的作用。土地利用变化所产生的碳的排放增加的情况于此相当。

从人类认识到温室气体（尤其是二氧化碳）浓度的升高会使全球气温变暖，从而带来一系列严重生态环境问题时，就展开了对碳循环的研究。

当然，人类活动在增加大气二氧化碳的同时，完全可以通过积极的行动增加大气二氧化碳的吸收，如植树造林。
2. 碳循环研究

全球碳循环是碳在大气、海洋及陆地生态系统3个主要储存库之间的流动，是生物圈发展的重要标志。碳循环的研究工作包括陆地生物量的估算、土地利用变化对陆地碳的影响、陆地生态系统生产量估算、碳循环模拟研究等。传统的陆地碳循环模型是建立在地面观测和测定的基础上，许多模型只经过了极有限的点观测数据的检验。遥感技术提供了大尺度范围观测能力，为解决区域生态系统模型的检验提供了一种有效的手段。

遥感具有周期短、时空分辨率高、覆盖范围大、获取数据便捷等特点，已经成为全球变化研究中不可缺少的技术手段。遥感技术在获取陆表参数，特别是大尺度陆表参数方面具有独特的优势，并且可从遥感影像上直接获取到重要的生态学特征和生物生长参数，除了植被面积、净初级生产力（NPP）、净生态系统生产力（NEP）等宏观参数外，还可获取叶面积指数（LAI）、冠层化学组分、冠层温度、气孔导度、光合有效辐射（PAR）、植被吸收光合有效辐射（APAR）、冠层结构、土壤含水量、地表温度等参数。通过遥感反演获取这些物理参数，直接作为陆地生态系统模型的驱动变量或参量，结合遥感影像上获取的土地覆盖或植被现状动态信息进行碳循环的研究。
3. SAR在碳评估中的应用

SAR是主动式微波遥感，不受时间和天气的限制，可穿透类似云和暴风的大气干扰层。与光学传感器的垂直拍摄相比，SAR是侧视传感器，意味着地形和目标地物对雷达信号有独特的响应，SAR数据和光学数据互为补充。
(一) 背景

过去的几十年，世界上很多国家开始共同着手全球环境问题，主要目标之一是减少温室气体，从根本上解决全球变暖问题，其中一个方法是限制森林砍伐和森林退化。

为监测生态系统和土地利用变化而成立的森林碳循环对地观测小组（GEO FCT），目标是证明用遥感技术进行森林监测的可行性，收集信息为将来国家森林的投入和碳监测系统服务。

Anthea Mitchell博士，澳大利亚新南威尔士洲大学空间信息合作研究中心的访问学者，是GEO FCT派出的几位全球调查人员之一，工作是研究数据和影像处理的标准方法，以及生成森林信息产品用于碳的估计。最终，Mitchell研究出了通用的影像分析方法，可广泛地用于测量、监测和森林变化报告。
(二) SAR解决方案

Mitchell博士监测森林变化的方法是用光学和SAR影像估算森林变化量。

SAR能获取与光学完全不同的数据，为研究人员展现了感兴趣地理区域的独特信息，Mitchell博士认为，SAR提供了地表独特的三维结构和含水量信息，这对不同森林类型的识别和制图以及生物量的估计是非常有用的。

为了有效的应用SAR数据，Mitchell博士需要一个解决方案不仅能有效的处理和分析SAR数据，而且要与光学影像结合。在做了大量比较和选择之后，选择了ENVI的高级雷达图像处理工具SARscape，该软件具有独特的SAR数据读取、处理、分析，输出的能力，SARscape将抽象的雷达数据转换成有意义的信息，同时，由于SARscape集成在ENVI图像处理分析软件中，用户可以使用多种类型的影像，提取影像所包含的重要信息。

为了从SAR数据中提取有价值的信息，首先要进行数据读取和处理。Mitchell博士所用的SAR数据源很多，这就要求软件要能正确的读取各种类型的数据，SARscape具有易于使用的工具，能输入和读取各种数据源的SAR数据。

读取SAR数据之后，在SARscape中，Mitchell博士对图像做了很多自动化处理来进行数据的可视化和分析，包括多视、配准、去除斑点噪声、地理编码、辐射定标以及图像的镶嵌。由于雷达图像含有很多的噪声，滤波能将噪声最小化。为了对比不同时相或传感器的数据，对影像做了自动配准、几何校正和辐射校正。

图：塔斯马尼亚州的ALOS PALSAR数据，在SARscape中正射校正、辐射定标和镶嵌后的结果

数据预处理之后，在ENVI下分析SAR数据。因为SARscape集成在ENVI下，研究人员可以不用切换软件平台就可以进行SAR数据的分析。Mitchell博士用ENVI的变化监测工具来检测两景影像的变化区域，ENVI下流程化的变化监测工具可自动识别变化类型和变化范围。用变化监测工具，获得亮度增加和减少的区域，这些区域表明森林的砍伐或再生情况，因为亮度的增加往往是由于土壤或冠层湿度的增加引起的，最终结果可用光学影像进行验证。
(三) SAR取得成功

Mitchell博士已经取得了很多成果，在SARscape和ENVI中处理和分析SAR和光学影像，能对森林和非森林和土地覆盖制图和变化制图，反映森林砍伐和随时间的再生情况。Mitchell博士已经研究出了处理和分析不同数据源雷达数据的标准方法，利用数据来生成森林信息产品，用于碳的估算。总之，SAR数据为Mitchell博士提供了关键的信息。

5. 大洋钻探计划的大洋钻探计划成果

南海的ODP 第184航次在南海南北6个深水站位钻孔17口，取得高质量的连续岩心共计5500米 。在国家自然科学基金委的大力支持下，经过几年艰苦的航次后研究，取得了数十万个古生物学、地球化学、沉积学等方面高质量数据，建立起世界大洋3200万年以来的最佳古环境和地层剖面，也为揭示高原隆升、季风变迁的历史，为了解中国宏观环境变迁的机制提供了条件，推进了我国地质科学进入海陆结合的新阶段。具体进展如下：
在不同时间尺度上建立起了西太平洋区迄今为止最佳的深海地层剖面。其中，南海北部1148站二千六百万来的同位素记录，是世界大洋迄今为止唯一不经拼接的晚新生代连续剖面；东沙海区的1144站取得的近一百万年第四纪地层厚近五百米，为高分辨率古环境研究提供了宝贵资料。
揭示了气候周期演变中热带碳循环的作用。南沙1143站 五百万年的碳同位素记录展现出从40万年的偏心率长周期到1万年的半岁差周期，大大丰富了对于气候周期演变历史的认识。热带气候变化可以通过碳循环对冰期旋回的进程和规律产生影响，使得地球系统以水循环和碳循环相互结合、短周期和长周期相互叠加的形式不断演化，并呈现出高纬区冰盖驱动和低纬区热带驱动的共同特征。
东亚季风演变的深海记录。184航次首次为东亚季风的历史取得了深海记录 ，研究表明南海记录的古季风信息以冬季风为强，东亚和南亚季风的演变阶段性十分相似，然而在轨道驱动的周期性和识别古季风的替代性标志上不一样。同时，南海深水记录中的季风变迁与我国内地的黄土剖面对比良好，为我国气候历史研究的海陆对比提供了依据。
南海演变的沉积证据。1148站的地层覆盖了几乎南海海盆扩张的全部历史，第一次为盆地演化提供了沉积证据。深海相渐新统的发现，表明海盆扩张初期已经有深海存在。而渐新世晚期约2500万年前的构造运动，揭示了东亚广泛存在的早、晚第三纪之间巨大构造运动的年龄。
除学术上的进展外，南海大洋钻探研究也促进了我国深海基础研究及其基地建设，加速了人才的培养，并已初步形成了一支面向国际的我国深海研究队伍。特别是，南海大洋钻探的成功和我国在大洋钻探方面的国际活动，使我国在深海研究领域中的国际学术地位明显增高。ODP计划已于2003年结束进入整合大洋钻探（IODP）新阶段，已掀起一个深海研究的新高潮。我国应抓紧时机，争取在新一轮的国际合作中发挥前所未有的作用 。

6. 土壤碳循环，对全球变暖的影响

土壤碳循环，对全球变暖的影响
由人类活动引起的温室效应以及由此造成的气候变暖对森林生态系统的影响已引起人们的普遍关注.森林土壤碳循环作为全球碳循环的重要组成部分,是决定未来陆地生物圈表现为碳源/碳汇的关键环节,揭示这一作用对于准确理解全球变化背景下陆地生态系统碳循环过程具有重要的指导意义.本文主要通过论述影响土壤碳循环过程的5个方面（土壤呼吸、土壤微生物、土壤酶活性、凋落物输入与分解、土壤碳库）,综述了近10a来全球气候变暖对土壤碳循环过程的影响.近年来,尽管已开展了大量有关土壤碳循环对气候变暖的响应及反馈机制的研究,并取得了一定的成果,但研究结果仍然存在很大的不确定性.整合各种密切关联的全球变化现象,完善研究方法和实验手段,加强根际微生态系统碳循环过程与机理研究将是下一步研究的方向和重点

7. 碳水循环饮食法怎么吃

高碳日---至少有50%的卡路里摄入都是来自碳水化合物。一般来说，在高碳日碳水化合物的摄入在每公斤体重4-6g。

中碳日---碳水化合物的摄入一般在总卡路里摄入的20-50%，通常每公斤体重摄入2-4g。

低（零）碳日---碳水化合物的摄入一般在总卡路里摄入的0-20%，通常每公斤体重摄入0-2g。

快速增肌就需要碳水化合物，但代价是增长脂肪。那么这个时候就有人声称，如果能够采用碳水循环饮食，就能获得碳水帮助增肌的好处，同时避免碳水堆积脂肪的缺点。

理论上来说，通过在高强度训练日摄入大量碳水化合物，中等强度训练日摄入中等量碳水化合物，非训练日摄入少量碳水化合物，就能增肌的同时不增长脂肪，或者减脂的时候还能增加肌肉。

(7)碳循环成果扩展阅读

碳水循环饮食，从核心上来看，也是一种限制碳水化合物的饮食方式，虽然可能会帮助你更快减重，但是并不会帮助更快减脂。

也就是说，如果传统4/4/2比例的饮食会要求一周吃1500g碳水化合物，那么碳水循环饮食可能会要求你摄入的比这个少。而且虽然低碳饮食在短期来看会比传统饮食减重要好，但是对于减脂就不是了。

许多支持低碳或者生酮饮食减肥的人会引用一些看起来很厉害的研究。然而，如果细看这些研究，你会发现不一样的事。这些研究中最大的一个问题就是蛋白质的摄入。

也就是说，显示出低碳饮食有优势的研究蛋白质的摄入量都要更高一点。这就相当于在比较高蛋白低碳饮食vs低蛋白高碳饮食，很显然前者会更有优势。当蛋白质不变并且在低碳和高碳饮食中保持不变时，两者对于减肥的影响没有显著性差异。

8. 减少碳污染的治理方案

彻底解决碳排放的思路和方法

摘要：随着现代工业产业逐步形成，人类也养成一些习惯行为和做法。比如烧锅炉排烟、汽车尾气排放，好像是必然发生和天经地义的行为。今天，是时候通过理念的更新，打破惯性思维的牢笼，让我们的工业生产过程来一次变革，从根本上解决碳排放及其他污染气体排放问题，让污染物质资源化，同时实现热量、能量的充分利用，达到减排、节能、增效的综合目的。

一、 碳排放现状和危害
自工业革命以来,人类活动大量排放的二氧化碳使全球出现变暖趋势,北极冰雪也加速融化，引起极端性气候灾害频发，严重危害人类生存和发展。对于全球变暖,科学家已经基本达成共识:最近50年来气温的上升主要是由于二氧化碳等温室气体增加造成的。因为二氧化碳是一种可长期存留的温室气体，它的排放量最终必须降到接近零的水平，
中国目前是世界最大的碳排放国。随着经济的发展，今后仍将持续增加。尽管中国的碳排放总量仍在增长，但排放增速自2005年以来已“稳步下降”了大约30%，2014年增速甚至放缓至接近于零，并且中国的发电厂平均能源使用效率也处在世界领先水平。中国承诺其二氧化碳排放量将在2030年左右达到峰值，有推算认为最高将达到150亿吨。作为全球最大的二氧化碳排放国，为达成这一目标中国将投入超过41万亿元人民币。
二、 碳排放来源及控制
人类活动造成的碳排放是温室气体剧增的主要因素！人类碳排放主要来自于化石燃料的使用以及其他工业生产。煤炭、天然气、石油、水泥在1960～2012年间的累计排放量占总排放量的比例依次为39.2%、17.2%、40.5%、3.1%。2012年的比例依次为42.8%、19.0%、33.0%、5.2%。近十多年来，由于煤炭使用量快速增长，来自于煤炭的排放也快速增长。
从上述数据可以看出，化石燃料能源生产和利用的排放占温室气体排放2/3，减少碳排放的根本出路是减少石化燃料消耗！而能源又是经济增长基础。既要确保世界经济增长和能源安全，解决70多亿人的衣食住行，又要顾及各国不同国情逐步减少对化石燃料的依赖。
所有的发展中国家目前也都面临两难境地，既要发展经济，又要应对、减缓气候变化。在现有技术条件下，如果减少碳排放，就意味着它们要承担经济放缓甚至停滞的巨大成本。这无论从现实和道义上都讲不通。对于中国特别不是一件容易的事情。即使采取较积极的能源政策，包括提高可再生能源和油气等清洁能源的比例，到了2020年我国煤炭消费仍占约60%。
三、 碳排放吸收固定
地球空气中含有约不到0.03%的二氧化碳，而且在过去很长一段时期中，含量基本上保持恒定。在自然生态系统中,陆地植物和海洋生物通过光合作用从大气、水中摄取并固定碳的速率,与自然环境生物、火山、温泉等排放源释放到大气中的速率基本是相同的, 二氧化碳始终处于“边增长、边消耗” 的动态平衡状态。
大气中的二氧化碳有80％来自人和动、植物的呼吸，20％来自燃料的燃烧。散布在大气中的二氧化碳有75％被海洋、湖泊、河流等地面的水及空中降水吸收溶解于水中。还有5％的二氧化碳通过植物光合作用，转化为有机物质贮藏起来。而现在,随着工业的迅速的发展,使积存在地层中千百万年的碳元素,在很短时间内释放出来,而破坏了原有的碳循环的平衡，积累的二氧化碳估计需要50~100年才能自然消耗、固定。
对于空气中微量的二氧化碳等温室气体，除了依赖环境自然消耗以外，人类目前没有更好的办法。我们所能做的，就是设法增加、强化海洋、陆地吸收、固定、储存碳的能力。
四、 减排理论创新
除了保护海洋环境，保护陆地植被来帮助环境增加吸收二氧化碳的能力以外，人类能做的主要在于减少碳排放。目前，减少碳排放主要有以下几种技术方向和选择。
1、 采取清洁能源
首先一个方法就是使用含碳量低的清洁化石能源。但是采用天然气、页岩气等替代煤炭，同样存在很多问题，首先还是使用化石能源，存在枯竭的问题；其次含碳比例虽然下降，但仍有一半的排放；再次，有专家认为，这类石化燃料排放的水蒸气，是城市雾霾的成因之一，因为有雾才有霾的物理条件，局部空气含水量增加，容易随着气候变化快速形成污染物的“气溶胶”，这就是霾！
再有就是发展非化石能源，如核能、水电、风电、太阳能。但是就电力供应总量而言，可再生能源所占的比例仍很小。全球来看，新型可再生能源，也就是风能和太阳能，在全球主要能源供应量中所占的比重仍不足5%。1990年，化石燃料在全球电力供应中所占的比重为88%，2012年这个比例是87%。学术界也对于风能造成环境生态变化、草原沙化，太阳能光伏在产业链过程的污染、效率问题提出很多疑问，这些能源供应方式到底是不是人类的最终出路，还没有得出定论。
使用低碳能源和可再生能源显然是出路，但一国的能源结构涉及的因素太多，并非一朝一夕所能解决。
2、 提高能源的利用率
现在全社会倡导节能减排，呼吁每个人通过改变用能习惯，实现低碳生活，参与到拯救环境、拯救人类自己的行动中来。但是个人的能力有限，并且少数发达国家的人均耗能长期居高不下，从某种角度来讲，这条路显然不是好的出路！
传统的能源利用观念是习惯于消耗能源来满足能源需求，节能减排手段也习惯于追求能源消耗过程中尽可能百分之百的利用。这样的思路和方法已经无法实现高耗能环节的大比例节能降耗。社会能耗水平随着经济社会的发展只能不断增加。
人们熟知的能量守恒定律，让我们许多人忽略了使用一种叫“热泵”技术的热能搬运 “杠杆”作用。即消耗一份能量，带动其它介质中已有热量的再利用，目标得到同样热能，但新消耗的高品位能源、石化燃料大大减少，通过能量的流动，替代能量简单消耗，实现大幅度节能减排。
热泵技术有很多种，空调、制冷系统采用的是一种压缩式热泵系统，空调可以高效率地将室内外的热量来回搬运，能效比普遍在3倍以上，换句话说，比直接消耗能源物质获得热量的方法，节约能源三分之二以上！而人们使用空调、冰箱已超百年，这些年逐步推广开的水源热泵、地源热泵，也都是该原理的典型应用。
热泵有太多种类，驱动热泵工作的能量来源也包括电能、热能、势能等。现有的热泵系统输出可以很容易地达到100℃以上，介入“水-汽”沸腾高耗能环节，并且长时间高效率运行，如果我们的锅炉能从现在努力追求100%的效率，变成起步就是200%～300%的效率或更高，节能50%以上，从原来需要热量就消耗能源物质转换获得，变为从其他环节高效率回收、搬运获得，系统新增的能量消耗、环境热排放仅是原有直接能耗模式的几分之一、几十分之一，大大提高了能源的利用效率。
事实上要想实现人类能源资源的成倍增加几乎不可能，采用技术创新将社会能耗降低三分之一、三分之二甚至更多则完全可能！只要设法“让能量动起来”，能量守恒定律就能保证人类有了用不完的能源，地球也就没有日益变暖的危险了。
3、 发展能源利用基础理论
现在理论界都在研究新的理论、新的能源，对于传统能源和能源应用基础理论则没有人反思和研究。目前中国电力能源的约70%靠火电提供，但是火力发电的工作原理还是基于100多年前诞生的郎肯循环，几乎没有发展！汽车、飞机还用的是“卡诺循环”，也没有突破进展。即便到了今天，郎肯循环仍产生世界上90％的电力，包括几乎所有的太阳能热能、生物质能、煤炭与核能的电站。
从哲学意义上讲，郎肯循环诞生的年代有必然的历史局限性，那个时代研究热力学的机械条件、流体力学理论和现在差距很大，难免存在一些理论限制和认识不足。即便是能量守恒定律都已经发展到了质能守恒，且还在发展，“卡诺循环”、“郎肯循环”就无懈可击、十全十美了？
其实人类一百多年的技术进步已经有理由对郎肯循环进行发展、创新。射流技术能实现利用非机械动力的方式实现对完成做功后的乏蒸汽进行再利用，可压缩流体热力学理论也能让我们设法直接回收再利用未能直接利用的乏汽凝结释放的冷凝热，让未能通过汽轮机一次转化为功的热量有机会参与下一次做功循环，经过多次转化做功，在理论上实现蒸汽动力循环整体热效率的大幅度提高。
我们提出了一种“新的蒸汽动力循环”设法实现“能量动起来”，也对卡诺循环进行再认识和应用创新，提出“热机冷下来”。希望藉此带来理论界的新的探索，改变能源应用主要模式，提高热机的效率，实现各行业大幅度的节能、减排、增效。
4、 碳捕获并资源化利用
l 碳捕集
二氧化碳利用的前提是如何持续稳定地获取二氧化碳资源，而这方面的技术已经基本成熟。对于大量分散型的CO2排放源是难于实现碳的收集，因此碳捕获的主要目标是像化石燃料电厂、钢铁厂、水泥厂、炼油厂、合成氨厂等CO2的集中排放源。
首先有一种方法通过“富氧燃烧”提高排放废气中二氧化碳的浓度，便于高效率回收，采用直接冷却、压缩就可以实现碳捕捉。针对二氧化碳含量不同的各种废气，也已经形成了相应的回收方法，包括低温蒸馏法、膜分离法、催化燃烧法和变压吸附法等。
本文将提出一种简单、高效、环保、低成本，可以适用各种浓度、不同成分的含二氧化碳废气的冷凝回收方法，还可以同时分类回收其他温室气体和有害气体。
l 碳埋存
近年来人们尝试把集中收集到的二氧化碳浓缩液化、固化后深埋地下、深海。但从长远来说，这只是一个“鸵鸟政策”，并且能处理的碳和自然界消化、固定的碳相比，微乎其微，也留下严重生态危机隐患。
还有一种利用金属和金属化合物与二氧化碳再反应生成金属固化物封存的办法，反应过程还能释放热量，是一种另类的燃烧过程，通常需要在2000℃以上或更高的温度下实现，但产生其他更复杂污染物的情况将更加严重，目前行业技术进展不大。
l 碳利用
二氧化碳可以用于食品、化工、消防、农业、石油、人工降雨等诸多领域。从每吨600~800元的价格，就能反映出他的价值。
二氧化碳作为化学品原料加以利用已初具规模。尿素是固定二氧化碳的最大宗产品，其次是无机碳酸盐，还有利用二氧化碳制碱、制糖、合成可降解塑料等。
虽然二氧化碳是非常优秀的灭火剂，但是实际使用还不够普及，特别当它用于大范围常规火灾（如森林火灾）或一般性危化品火灾（天津滨海新区危化品火灾）时，有非常好的灭火效果。今后应进一步推广应用，同时也实现了大量的碳存储。
二氧化碳是绿色植物光合作用不可缺少的原料，一定范围内，二氧化碳的浓度越高，植物的光合作用也越强，因此二氧化碳是最好的气肥。有实验证明二氧化碳在农作物的生长旺盛期和成熟期使用，效果显著。在这两个时期中，如果每周喷射两次二氧化碳气体，喷上4～5次后，蔬菜可增产90%，水稻增产70%，大豆增产60%，高粱甚至可以增产200%。我们可以利用这种方式，给森林“施肥”，主动促进植被的生长，大幅度增加环境绿色植物吸收二氧化碳的能力。
收集到的二氧化碳不是低温就是高压存储，根据我们的“热机冷下来”理论，固态、液态二氧化碳还可以吸收环境或其它介质里免费的热量，气化膨胀为高压气体，用于推动机械工作。实验室里已经将现有内燃机稍加改动，就可以成为一个“气动机”，使用高压二氧化碳气体作为动力源。有实验证明，使用液态二氧化碳作为“动力”，携带介质体积比汽油大5~8倍，但综合成本是汽油的二分之一或相近，有推广应用的商业价值。
想象一下不久的将来，一个远洋货轮，携带大量液态二氧化碳作为媒介，吸收海水的热量膨胀为高压二氧化碳气体，成为轮船的动力来源，最后排放到大海里，增加海洋吸碳量，减少兴波阻力，一举数得！一辆经过改装的长途汽车、火车头，携带液态二氧化碳，当途径一个山路、草原的时候，启动气动模式，二氧化碳吸收环境空气的热量变成高压二氧化碳气体，继续推动车辆前进，排出的二氧化碳尾气成为山间、草原绿色植物的“气肥”。
五、 冷凝回收碳排放
现有的气体冷凝收集虽然是一种常用的手段，但是采用极低的温度来对沸点很低的废气、污染气体进行吸收的具体应用还不多。我们提出一个利用超低温冷源，对成分复杂的工业尾气、废气进行分级冷却、冷凝处理，将尾气中所含的温室气体液化，初步分离、分类存放，可以变废为宝，进一步集中处理，实现尾气零排放。同时可以将尾气所含的显热、潜热部分转换为电能、机械能的解决方案。
1、 利用液态空气冷源
液态空气是把空气制冷降温到空气的沸点以下，空气从常温的气态变为接近-200℃的液态。利用这样的液体作为冷源，通过一个装置，对废气进行制冷，最后沸点较高的二氧化碳等气体液化、固化，低沸点的液态空气吸热气化后排放，通过液体置换，实现了废气中污染气体、温室气体的收集。系统
示意图如下：

废气从废气入口进入风冷蒸发器进一步降温，再进入回热换热器（如板翅换热器或套管式换热器）利用处理后的冷气逐步降温，进一步到换热器进一步降温；到低温冷凝器达到最低温度，废气中二氧化碳冷凝，处理后干净的气体再回到回热换热器，利用排气低温对新进入的废气预冷，冷量充分利用，最后回升到接近进气温度后再排放；液态空气被低温泵送入低温冷凝器作为冷源，同时吸热气化成为高压气体，再经换热器进一步换热升温后，进入膨胀机做功带动发电机发电；膨胀机排出的气体也进入回热换热器对进气预冷。废气中的水蒸气冷凝后再次喷淋到风冷蒸发器蒸发，提高冷量的利用率。
这样的系统，设备成本约每吨位15000元；用1Kg、-191℃、汽化热约37、气体比热0.25的液态空气，经过膨胀机做功发电后再次吸热，大约可以置换 -78℃、汽化热137的二氧化碳0.6Kg，同时可以发电0.15KwH。1吨液态空气批发价150元，回收的0.6吨二氧化碳按批发价650元计算价值390元，还能发电150KwH价值75元，毛利润约315元；还能回收少量浓硫酸盐、硝酸盐溶液。
2、 利用热泵冷源

以现有的二级制冷压缩式热泵系统，很容易实现-80℃ 的输出，利用这样的冷源，通过一个装置，对废气进行制冷，将废气中的二氧化碳等气体液化、固化，实现了废气中沸点低于冷源温度的污染气体、温室气体的收集。系统示意图如下：

废气从废气入口进入回热换热器（如板翅换热器或套管式换热器）利用处理后的冷气逐步降温，到低温冷凝器达到最低温度，废气中二氧化碳冷凝，处理后干净的气体再回到回热换热器，利用排气低温对新进入的废气预冷，冷量充分利用，最后回升到接近进气温度后再排放；冷凝热被热泵转移到储水罐的热水中备用。
这样的系统，设备成本约3000元/KwH；用1KwH的电能，成本0.5元，制冷效率0.85（理论值是2），能输出大约可以输出“冷量”714Kcal，约回收-78℃、汽化热137、气体比热0.25的二氧化碳4.4Kg，按批发价650元/吨计算价值2.86元。同时还能输出120℃的水蒸气2Kg，或者温升50℃的热水31Kg，按每吨热水25元计算，价值0.7元，毛利润约3元。
根据中欧煤炭利用近零排放合作项目在2009年年底作出的报告，二氧化碳的捕集成本为18欧元/吨, 捕集和封存二氧化碳的综合成本为25-30欧元/吨。本文提出的方案和已有数据接近甚至更低，综合效果也更好。
从上述两种方式分析，均具有较好的经济性，设备成本不高，通用性强，投资回收期短，社会推广的价值很大，企业的积极性会很高！
六、 实施阶段展望
在推广应用上述碳收集资源化方案的步骤，应该首先从碳排放比较集中的环节下手。例如各种锅炉、窑炉、大型内燃机等。
例如从采暖锅炉、工业生产蒸汽锅炉、发电厂的燃煤锅炉排烟口、烟囱，获取本来要排放的烟气，将其中的污染气体、温室气体回收。热泵冷源系统采用的设备，都是工业领域里成熟的系统，制冷冷源从数千瓦到数千千瓦都可以生产，换热系统、冷凝器也都是成熟产品，低温储罐早都有国家标准，很快可以实现规模化生产。这样的系统安装试用过程中，对原有的生产系统不需要改造，具有很好的可行性、安全性，易于工程化，系统安装调试、投入使用过程可以逐阶段实施，实现平稳过渡。后续使用过程中也可以灵活启动、停止。由于具有良好的经济性，企业的改造、使用的积极性会很容易调动起来，市场化操作非常容易整合各方的产能、资金、资源。
液态空气冷源方法具有系统简单，可以输出辅助电力、动力等特点，适用于机动车尾气回收。可以由政府带头示范，在城市公交、环保环卫车辆上优先试用，逐步向重点运输单位、物流等企业推广，让他们在减排的同时，也能从节约燃料、销售回收的资源等多方面获得更好的经济效益。
针对有条件利用二氧化碳作为动力介质，将二氧化碳带到海洋、森林、草原等环境释放的企业，可以进一步给予奖励、补偿，实现国家、企业、环境多方受益的目的。
七、 结束语
一位生物学家在玻璃杯里放了一只跳蚤，这个可跳到自己身体400倍高度的“跳高冠军”，毫不客气就跳了出来。后来，试验者在玻璃杯口上放了一个玻璃盖，这只不知情的跳蚤便连续不断地撞在玻璃盖上。不断地撞击之后，这只跳蚤适应了这个高度，再也没有一次撞到玻璃盖。这时，试验者取走了玻璃盖。却发现，这只跳蚤再也跳不出杯子了。一周过去，情形依旧。这只跳蚤只会把自己的跳跃保持到这个高度了。怕撞头，不敢再跳？已经习惯，懒得再跳？还是已经默认这只杯子，就是自己无法逾越的高度？看来，它是被自己通过亲身实践而总结的成功经验束缚住了。
今天，我们人类不能当那个跳蚤，需要打破惯性思维，对已经习惯了、想当然的、传统的工业生产过程重新梳理，利用技术进步的成果进行基本理论、工艺过程的再认识，实现创新发展，再来一次能充分发挥自己能力的“飞跃”！我们需要通过能量、动力、排放的变革，彻底解决能源、资源高效利用和环境污染问题。

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