2020年春天，新冠疫情迅速席卷全球，工业生产和跨国旅行几乎同时踩下急刹车。从太空中俯瞰，变化立刻显现出来：卫星传感器捕捉到大气中二氧化氮浓度骤降。这种主要来自内燃机和重工业的污染物突然减少，使那一年的空气质量达到了数十年来前所未有的清洁水平。
然而，几乎在同一时间，另一种变化却让科学家感到困惑。在二氧化碳之后，人类排放的第二大温室气体——甲烷——开始以异常速度上升。2020年，甲烷浓度的增长率达到每十亿分之16.2，是自20世纪80年代初开始系统监测以来的最高值。一项发表在《科学》杂志上的研究指出，这两种看似矛盾的变化，很可能在大气化学层面紧密相连。
甲烷并不会在大气中自然消失。早在20世纪60年代末，科学家就已确认，大气中存在一种关键的“清洁机制”。羟基自由基是一种高度活跃、寿命极短的分子，能与甲烷发生反应，将其分解为水蒸气和二氧化碳。北京大学教授、该研究的合著者彭淑士解释说，羟基自由基本身的存在时间不足一秒，必须依靠阳光驱动的一连串化学反应不断生成，才能持续发挥作用。
这些反应中不可或缺的成分，正是氮氧化物。讽刺的是，氮氧化物恰恰是人们长期试图减少的空气污染物。2020年大范围封锁期间，汽车停驶、工厂停工，全球氮氧化物水平下降了约15%到20%。结果是，羟基自由基的生成速度大幅减慢，大气清除甲烷的能力随之下降。彭和他的同事估算，这种“甲烷汇”的削弱，可能解释了2020年甲烷异常激增中约80%的增量。
空气变得更干净了，但甲烷却在大气中停留得更久，持续增强温室效应。问题随之而来：剩下的甲烷究竟来自哪里？在疫情初期，不少人猜测，这可能是石油和天然气行业的超级排放事件，或是封锁期间基础设施维护不足导致的泄漏。
但新的研究结果否定了这种直觉判断。
即便大气清除能力下降解释了大部分激增，仍有约20%的增长，以及2021年和2022年更大比例的增量，来自地表排放本身的增加。为了找出这些排放的来源，研究团队分析了来自多颗卫星以及全球地面监测站的海量数据。
甲烷的“指纹”隐藏在其同位素组成中。化石燃料来源的甲烷通常较“重”，含有更高比例的碳-13；而由动物肠道、垃圾填埋场，尤其是湿地微生物产生的甲烷则较“轻”，富含碳-12。当研究人员分析美国国家海洋和大气管理局全球气瓶网络的数据时，发现甲烷激增期间，大气中的甲烷明显变轻。这几乎排除了管道泄漏或发电厂排放的可能性，指向了生物来源。
换句话说，这并不是机器在“漏气”，而是微生物在大量繁殖。
时间点同样耐人寻味。疫情爆发的同时，地球正经历一次相对罕见的气候过程——拉尼娜现象。作为厄尔尼诺—南方涛动的冷位相，拉尼娜通常会增强热带地区的降水。从2020年到2023年，它连续影响了北半球三个冬季，使全球多地异常潮湿。
借助温室气体观测卫星和先进的大气模型，研究人员将轻甲烷的排放源追踪到热带非洲和东南亚的广阔湿地。在南苏丹的苏德沼泽、刚果盆地等地区，创纪录的降雨淹没了大片土地。水浸、缺氧的环境为产甲烷微生物提供了理想条件，使甲烷生成速度显著加快。研究团队估计，仅热带非洲和亚洲的湿地，就贡献了2020年至2022年全球甲烷排放增长的约30%。
长期以来，甲烷被视为气候政策中“相对容易”的突破口。它在大气中的寿命比二氧化碳短得多，因此人们普遍认为，只要切断人为排放源，大气中的甲烷浓度就能较快下降。然而，这项研究揭示的现实更加复杂。
首先，是气候反馈本身的风险。如果气温上升和降水模式变化持续扩大自然湿地的排放规模，人类可能会被迫与一个无法轻易关闭的生物源“赛跑”。其次，则是研究中浮现出的清洁空气悖论。
随着社会逐步摆脱化石燃料、改善城市空气质量，氮氧化物水平必然下降。这对公共健康而言无疑是胜利，但同时也意味着，大气自然清除甲烷的能力会同步减弱。
这一结论在政治语境中极易被误读。它似乎暗示，燃煤电厂、大排量汽车和私人飞机正在“帮助”清除温室气体。但彭对此给出了明确回应：干净的空气是不可妥协的前提。
真正的含义在于，如果大气的自净能力因空气质量改善而下降，人类就必须在甲烷减排上付出更大的努力。为了弥补羟基自由基减少带来的影响，我们可能需要比此前设想的更加激进地削减人为甲烷排放。彭直言，这是政策制定者几乎唯一的选择。
本文译自：arstechnica，由olaola编辑发布
封面图片：unsplash/Mara F