Robert Socolow

Professor, Mechanical and Aerospace Engineering, Princeton University

与地球同步：碳氮循环在保护地球宜居性中面临的挑战

Robert Socolow

Professor, Mechanical and Aerospace Engineering, Princeton University

如今，我们居住的地球很容易受到人类自身常规活动的累积效应的影响。其中，有两个影响着地球可持续性的问题值得我们关注，它们分别是全球碳循环和全球氮循环。

人类采集煤和石油，并将使用后的废气排入大气，通过这种碳排放的方式破坏 了碳循环。受人类活动的影响，大气中二氧化碳(CO2)浓度平均每年增长0.5 %，在过去的250年总计增长超过30 %，其中三分之二的增长发生在过去的50年。化石燃料占世界能源系统的85 %，是影响天然碳循环的主要因素。高浓度CO2对碳循环体系的破坏已经造成许多问题，包括大范围的全球变暖、海平面上升、对人类健康的严重威胁、引发更频繁的极端天气和生态系统的破坏等。除非作出改变，否则全球的CO2浓度将进一步提高。因此，我们必须重新设计能源系统，以减少对化石燃料的依赖和降低对碳循环的危害。

除了碳循环，氮循环是地球上生命的另一个基本特征。氮循环也遭到了人类的破坏。地球上生物的生存需要依靠氮元素，但是大气中的氮元素必须经过改性才能供生物利用。生命所需的氮产生于“固氮细菌”，只有少数细菌可以作为“固氮细菌”，它们能够破坏大气中氮气的氮氮三键(N2或N≡N)，并产生“可用的”氮。自然界中另一种固氮反应是伴随着闪电而发生的。在过去的几百年中，人类已经运用哈柏法实现了从大气中提取有效氮的工业化。氮肥作为全球最重要的产品，能够大大提高世界的粮食供应量。……