黑碳（黑色 碳），又稱煙塵，是由含碳物質（如石油、煤、木炭、樹木、柴草、塑料垃圾、動物糞便等）不完全燃燒產生的熱解產物。這種物質在大氣中留存的時間相對較短，通常為數日至幾周，且具有較強的吸光特性，能夠吸收太陽短波輻射并釋放紅外輻射，進而加熱周圍的大氣。黑碳被認為是PM2.5中數量最多、危害最大的污染物之一。
物理性質
黑碳的粒徑較小，一般在0.01~0.05微米范圍內。在電子顯微鏡下觀察，黑碳呈現為亞微米級別的顆粒物聚合體，形態多樣，既可以是團狀也可以是鏈狀。黑碳本身表現出斥水性，但在結合了吸濕性的有機碳成分后會轉變為親水性粒子。它是PM2.5中數量最多、危害最大的污染物。
排放情況
根據2004年發布的排放清單資料顯示，就地域分布而言，中國的黑碳排放量在全球占比最高，達到了五分之一左右。而在各種燃料類型的排放中，生物質燃燒所產生的黑碳占據了總量的約60%。
大氣中的黑碳
作為一種強吸收性氣溶膠，黑碳能夠強烈吸收太陽短波輻射，同時釋放紅外輻射，從而加熱大氣。在大氣中，黑碳的存在時間通常為數日至幾周，因此會對局部區域的大氣溫度產生顯著影響。國際上的多項研究已經針對黑碳的大氣輻射強迫進行了探索，盡管存在較大的不確定因素，但估算的結果范圍大致在0.4 W/平方米至1.2 W/m2之間。
冰雪表面的黑碳
當黑碳沉降至冰雪表面時，會導致冰雪表面反射率的降低，這對冰雪的消融過程有著積極的反饋作用。北冰洋冰和高亞洲冰川是國際上重點關注的研究領域。
北極海冰的影響
有人推測北極大氣中的黑碳以及沉降的黑碳會加速海冰的消融。然而，根據加拿大的環境部門提供的數據，北極大氣中的黑碳濃度在過去二十年內呈下降趨勢。同樣，2005年以后，雪冰中的黑碳濃度與1980年代相比并未顯示出明顯的增加。因此，缺乏明確的證據支持黑碳加速北極海冰消融的觀點。
高亞洲冰川的影響
高亞洲冰川位于海拔較高的位置，通常超過3000米，處于對流層的中部或上部，遠離人類活動密集區，空氣質量相對較好。由于大氣黑碳的區域增溫效應主要發生在較低的高度，因此高亞洲冰川受到大氣黑碳區域增溫的影響較小。相反，主要考慮的是沉降在冰川表面上的黑碳的影響。研究表明，高亞洲冰川的黑碳濃度與全球其他高山和北極地區相似，低于平原地區一個數量級。目前濃度水平下的黑碳對冰川表面輻射能量平衡的影響可能不超過5%。喜馬拉雅山脈的冰川狀況尤其值得關注，自1950年代以來的退縮與溫室氣體和南亞棕色云中的黑碳共同增溫作用有關。在喜馬拉雅山采集的冰芯樣本顯示，中段冰川的黑碳記錄在過去四十年內未出現明顯趨勢，而東段則顯示出增長的趨勢。根據現有的觀測數據，黑碳對珠穆朗瑪峰北坡東絨布冰川輻射平衡的影響不足2%。此外，衛星數據顯示，喜馬拉雅山中段冰川的上部自2000年以來出現了變暗的現象，這意味著消融速度加快。少量的觀測結果顯示，黑碳在春季消融季節對這一現象有一定的貢獻。
國際社會的關注
由于黑碳的增溫效率高于二氧化碳等溫室氣體，且排放量較大，再加上其在大氣中的停留時間較短，因此減排措施可能會立即見效。發達國家正在敦促發展中國家改善能源結構，提高綠色和可再生能源在其國民能源消耗中的比重。在中國大陸，黑碳氣溶膠的觀測數據被視為機密氣象資料。
研究成果
一項由美國國家海洋和大氣管理局領導的聯合研究團隊發現，黑碳對氣候變暖的影響可能超過了之前的估計，其致暖效應大約是二氧化碳的三分之二，甚至超越了甲烷。這一結論發表在《地球物理學研究學報》上。黑碳作為一種吸光性物質，能夠強烈吸收太陽短波輻射，同時釋放紅外輻射，加熱周圍的大氣。在大氣中，黑碳的留存時間通常為數日至幾周，因此會產生區域增溫效應。研究認為，黑碳對氣候變暖的直接影響可能是先前估計的兩倍。綜合考慮黑碳可能對氣候產生的所有影響路徑，其致暖效應約為每平方米1.1瓦特，相當于二氧化碳的三分之二。此前，人們對黑碳排放對全球變暖和氣候變化的影響程度嚴重低估。該項研究的主要作者大衛·費伊表示：“這項研究更新了以往的研究，證實了黑碳對氣候變暖的重要影響，其地位排在甲烷之前。”
影響與政策制定
這項研究由國際全球大氣化學項目發起，歷時四年，預計將指導未來的研究方向、改進氣候模型，并為未來的政策制定提供基礎。自聯合國政府間氣候變化專門委員會上次發布評估報告以來，科學家們已經投入多年時間進行完善。新評估指出，某些地區的黑碳排放量可能高于之前的估計，這與其它研究暗示的一些地區黑碳排放量被低估的情況相一致。然而，研究人員強調，黑碳對氣候變化的影響是復雜的。除了直接的致暖效應外，黑碳還會影響云的形成，從而帶來冷卻或加熱的影響。黑碳落在雪和冰的表面，會加速它們的融化。此外，許多產生黑碳的源頭也會排放出其他顆粒，這些顆粒可以抵消黑碳的影響，實現降溫效果。研究團隊量化了黑碳的各種復雜性及其不同來源共同排放污染物的影響，并考慮了測量和計算的不確定性。他們得出的結論是，通過減少黑碳排放，可以更加有效地應對氣候變暖問題。特別是應該優先減少柴油發動機和小型家庭火爐中特定類型的木材和煤炭所排放的黑碳。此外，研究報告發現，黑碳是導致北半球中高緯度地區如美國北部、加拿大、歐洲北部和亞洲北部快速升溫的一個重要因素，其影響還可以擴展到更遙遠的南部地區，包括亞洲季風引起的降雨模式變化。這表明，控制黑碳排放有望顯著減輕區域氣候變化，并有益于公眾健康。
參考資料 >
科普 | 什么是黑碳，如何減少黑碳的排放？.遼寧省能源研究會.2024-08-09
政協委員姚檀棟:南亞黒碳加劇青藏高原冰川消融.共產黨員網.2024-08-09
獲取多項重要進展和原創性成果黑碳研究為應對氣候變化提供科技支撐.新浪財經.2024-08-09
自然和人為添加生物質炭對土壤腐殖質碳和黑碳的影響.手機知網.2024-08-09