都说化石能源是不可再生资源,你知道吗?实际上它们是可以再生的 。
地球上总共有多少碳?碳诞生于恒星内部,它随着剧烈的爆炸散布到宇宙空间,然后因为尘埃的聚集慢慢成为地球的一部分 。地球上的碳含量几乎是恒定的,几十亿年来只有极少量的增加,这是因为强烈宇宙射线中的中子辐射9000~15000米的高层大气,使一部分氮-14分解为碳-14和氢 。碳-14本身不稳定,它会通过β衰变变回到氮-14 。地球上碳-14的含量极少,据计算全球碳-14的存量大约仅有50吨,其中大气层有840千克,其它全被固定在陆地材料中 。
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【不可再生能源的缺点 不可再生能源 不可再生能源的定义】碳-14的产生与循环
50吨的碳-14与地球碳总量相比微不足道 。地球上的碳主要是碳-12和碳-13,这是碳的两种稳定同位素,其中碳-12约占碳总量的99%,碳-13约为1% 。科学家们估计有超过6亿亿吨的元素碳以碳酸盐的形式被储存在岩石中,另有约1.5亿亿吨碳存在于一种叫做“油母质”或“干酪根”的固体有机混合物里;在地球中心的铁核中还有大量的碳,它与地核的铁结合成碳化铁Fe?C?;地球表面广阔的海洋中溶解和储存了大量碳化合物,其中含有38.4万亿吨碳;相比之下大气中的元素碳含量则要少得多,2000年测量的数值约为7200亿吨 。
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地球大气中有超过3.2万亿吨二氧化碳
值得注意的是:在2018年中期最新测量数据中,大气中二氧化碳的质量浓度达到622ppm 。我们知道地球表面大气总质量约为5.15×101?千克,这意味着大气中二氧化碳总质量约为32033亿吨,其中元素碳的质量达到8736亿吨,远超过2000年的水平 。科学家们认为这主要是由于人类活动每年向大气中排放超过290亿吨CO?的结果,另外由火山喷发每年向大气贡献了不超过3亿吨二氧化碳 。
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1958-2018年大气CO?体积浓度基林曲线
地球上的碳循环地球的大气层中最早是没有碳的,当它开始形成时,包裹在周围的主要是氢气,还有少量的水蒸汽、甲烷和氨 。随着小行星不断地碰撞,频繁的火山活动将地下大量氮、二氧化碳以及少量惰性气体带到地球表面,形成新的大气层 。这些二氧化碳中的大部分溶解在水里形成早期的碳酸盐岩石,另一部分作为温室气体为早期的地球保温,这也为后来地球生命的产生创造了条件 。早期的太阳光度只有今天的70%,更多的温室气体有利于保持地球表面的温度,在大约34亿年前,地球就已经存在早期生命的迹象,这与地下碳的大量排放时间基本吻合 。
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蓝藻
大量的地质证据表明,在大约24亿年前太古代晚期的数亿年时间里,地球大气和浅海区域大量氧气开始聚集,被称为“大氧化事件”,这是因为大量蓝藻通过光合作用吸收空气中的二氧化碳,将碳固定在它们体内并向空气中释放氧气 。这些远古藻类和浮游动物死亡后沉入水底,经过数亿年的堆积和几十亿年的地质变化,这些成分复杂的有机化合物的混合物慢慢变成今天被称为“干酪根(Kerogen)”的固体物质 。
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一块富含干酪根的油页岩,它上面有一条鱼的化石
干酪根是原始藻类、浮游生物和原始陆地植物固定地球大气层中碳的证据,它固定了超过101?吨(约1.5亿亿吨)元素碳,这些有机物质聚集在地下深处原始的沉积岩中,当其中一部分在地壳中被加热到合适的温度时(油窗:50-150 °C,气窗:150-200°C,两者都取决于烃源岩加热的速度),某些类型的干酪根会释放原油或天然气,形成油田或气田 。
由此我们知道,石油和天然气本身就是地球碳循环的其中一个产物 。
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从地下抽取石油的“磕头机”
在地球历史的每一个地质时期,都有藻类和浮游生物沉积演化所形成的石油,从这个角度看,地球的石油储藏应当是源源不绝的 。今天的渔民们不喜欢大量繁殖的水藻和浮游生物,它们会大量消耗浅层海水中的氧,导致鱼类死亡绝收,但十数亿年之后,这些海藻有可能就是后人的石油 。
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