什麼是氣候變化，核能如何幫助測量和監測它？ (20230317)
喬安妮劉
氣候變化導致了更多的極端天氣事件--從更強烈的颶風和暴洪到破紀錄的氣溫和持續的乾旱。(照片：S. Kesari/Unsplash)
從融化的冰川和縮小的湖泊到毀壞的收成和增加的健康風險，氣候變化的影響是看得見摸得著的。一個特定地點的氣候可以描述為一段重要時期內的平均天氣狀況，而氣候變化是指這些天氣模式的變化。 氣溫升高正在改變天氣模式，破壞自然平衡和我們的日常生活。
根據世界氣象組織(World Meteorological Organization, WMO)的數據，全球氣溫已上升至比工業化前水平高出約1.1攝氏度，過去七年是有紀錄以來最熱的一年。然而，氣溫升高只是故事的開始。
氣候變化正在改變我們世界的面貌，”WMO高級科學官Oksana Tarasova說。”通過氣溫升高、海平面上升、極端事件強度增加，氣候變化影響著我們的生命和財產。”
雖然火山爆發和植物分解等自然因素會影響氣候，但科學家們一致認為人類活動是氣候變化的主要驅動力。燃燒化石燃料--即煤炭、石油和天然氣--以及開墾土地和森林會產生溫室氣體(GHG)排放，例如二氧化碳(CO2)和甲烷，這些氣體會吸收熱量並導致溫度升高。
最新的WMO報告證實，溫室氣體濃度在2021年達到歷史新高。全球二氧化碳濃度為415.7 ppm，比工業化前水平高出約50%。
“減少人類對氣候的影響意味著應解決溫室氣體排放問題，”塔拉索娃說：”問題是：我們怎樣才能以最有效的方式做到這一點？”
The answer is in the air, and it is revealed by stable isotopes.
答案就在空氣中，由穩定同位素揭示。
我們需要更多的測量和更高質量的數據，來了解我們對未來幾年和幾十年的展望。這需要時間，但結果的可能性很大。IAEA陸地環境放射化學實驗室主任Manfred Gröning說
穩定同位素
穩定同位素是原子的非放射性形式。核技術用於測量物質中同位素的數量和比例，而這一信息--同位素特徵--可用於確定它們的來源。
為了應對氣候變化，科學家們正在研究空氣樣本並使用核技術來確定問題的根源。”我們需要了解二氧化碳的來源、匯集(sink)(即從大氣中吸收的碳多於釋放的任何碳)和同位素組成或同位素特徵，”IAEA陸地環境放射化學實驗室研究所所長曼弗雷德·格羅寧說。”空氣樣本中二氧化碳的同位素組成就像一張身份證，可以顯示它是來自自然過程還是工業過程。”
通過確定排放源，可以採取更有效和高效的措施，來針對污染者並減少大氣中的溫室氣體。”一個地區可能發生野火，另一個地區可能發生農業活動和植物退化，然後是化石燃料的燃燒。所有這些都會影響氣候變化的複雜性，”Gröning說：”我們希望科學地確定這些排放源。”
參考資料
氣候變化沒有國界，影響著地球的所有部分。全球監測的統一方法取決於同位素測量的標準化，而這正是IAEA發揮主要角色的地方。
“IAEA不僅擁有同位素分析方面的專家，而且還擁有開發參考材料方面的專家，”IAEA參考材料專家Federica Camin說。參考材料是用於校準實驗室設備的物理標準。自1960代以來，IAEA為實驗室開發和分發參考材料，以協助使用核分析技術對結果進行質量保證。
“在測量質量時，千克是測量標準。在測量GHG時，參考材料提供了該標準，以便實驗室在相同的測量尺度上保持一致，而與地點無關。 這就是全球監控系統所需要的，”卡明說。IAEA開發了一種碳酸鹽標準品，其形式為裝在小瓶中的白色粉末。”從這種粉狀固體碳酸鹽中，實驗室可以產生二氧化碳氣體來校准他們的分析儀器，”她說。
為改善用戶獲取CO2參考材料的途徑，IAEA正在生產更便於實驗室使用的氣態參考材料。”世界上大約有40個實驗室帶頭測量大氣中溫室氣體中的穩定同位素。這些實驗室需要標準，”卡明說。”我們正在開發三種新的CO2氣體參考材料，以便更多的實驗室可以使用它們，從而為世界上高質量的溫室氣體數據集做出貢獻。”新的參考資料預計將於2024年分發。
實驗室支持
Gröning說：準確測量大氣中的GHG濃度及其同位素比率極其複雜。這些測量需要足夠的實驗室設備、協議和人力資源，以確保數據具有可比性。只有少數機構有資格測量同位素以跟踪和追踪溫室氣體排放至其確切來源。2021年，為幫助縮小全球測量方面的差距，IAEA和世界氣象組織啟動了他們的第一個聯合技術合作項目，以幫助建立同位素測量能力，特別是非洲、亞洲和太平洋、歐洲、拉丁美洲和加勒比海國家的甲烷排放測量能力。
“在接下來的幾十年裡，更多的甲烷將從融化的永久凍土中釋放到大氣中，”Gröning警告說。在全球範圍內，了解甲烷的釋放如何發展，以及甲烷如何轉移、腐爛或銷毀，將有助於讓科學家了解減緩氣候變化所需的過程和措施。IAEA正在開發甲烷氣體參考材料。
“通過發展使用同位素技術監測測量的能力，可以收集更多數據並將其添加到WMO的全球大氣監測網。該計畫用於監測地球大氣層中的溫室氣體趨勢。”我們需要更多的測量和更高質量的數據，來了解我們在未來幾年和幾十年的前景，”Gröning補充道。”這需要時間，但取得成果的可能性很大，”他說。