什么是氣候變化？核能如何有助于測量和監測氣候變化？

從冰川融化、湖泊萎縮到收成遭到破壞和健康風險增加，氣候變化的影響是顯而易見的。一個特定位置的氣候可以描述為該位置在相當長一段時間內的平均天氣狀況，而氣候變化是指這些天氣模式的轉變。氣溫升高正在改變天氣模式，破壞自然界的平衡和我們的日常生活。

根據世界氣象組織（氣象組織）的數據，全球氣溫已上升至比工業化前水平高1.1攝氏度左右，過去七年是有記錄以來最暖時期。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。”氣象組織高級科學官員Oksana Tarasova說，“通過氣溫升高、海平面上升和極端事件強度增加，氣候變化影響著我們的生活和財產。”

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因素。燃燒煤、石油和天然氣等化石燃料以及清理土地和森林，會產生二氧化碳和甲烷等溫室氣體的排放，這些氣體會捕獲熱量并導致溫度升高。

氣象組織的最新報告證實，溫室氣體濃度在2021年達到歷史最高水平。全球二氧化碳濃度為百萬分之415.7，比工業化前水平高出約50%。

“減少人類對氣候的影響意味著解決溫室氣體排放問題。”Tarasova說，“問題是：我們如何能以最有效的方式做到這一點？”

答案在空氣中，穩定同位素揭示了這一點。

穩定同位素

穩定同位素是原子的非放射性形式。核技術可用于測量物質中同位素的數量和比例，而這些同位素特征信息可用于確定物質來源。

為了應對氣候變化，科學家們正在研究空氣樣本，并利用核技術確定問題的根源。“我們需要了解二氧化碳的來源、匯（從大氣中吸收的碳多于釋放的碳）以及二氧化碳的同位素組成或同位素特征。”原子能機構陸地環境放射化學實驗室主任Manfred Gr?ning說，“空氣樣本中二氧化碳的同位素組成就像一張身份證，顯示它是來自自然過程還是工業過程。”

通過確定排放源，可以針對污染者和減少大氣中溫室氣體采取更有效和更高效的措施。“一處可能發生野火，另一處可能是農業活動和植物退化問題，還可能有燃燒化石燃料問題。所有這些都影響了氣候變化的復雜性。”Gr?ning說，“我們希望科學地確定這些排放源。”

基準材料

氣候變化沒有邊界，影響著地球的所有地方。全球監測的統一方案取決于同位素測量的標準化，而這正是原子能機構發揮主要作用的地方。

“原子能機構不僅有同位素分析方面的專家，而且有開發基準材料方面的專家。”原子能機構基準材料專家Federica Camin說。基準材料是用于校準實驗室設備的物理標準。自20世紀60年代以來，原子能機構為實驗室開發和分發了基準材料，以協助利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。在測量溫室氣體時，基準材料提供了這一標準，從而使實驗室在同一測量尺度上保持一致，而不受位置的影響。這就是你所需要的全球監測系統。”Camin說。原子能機構已開發一種裝在小瓶中的白色粉末形式的碳酸鹽標準。她說：“實驗室可以利用這種粉末狀固體碳酸鹽，產生二氧化碳氣體，用于校準他們的分析儀器。”

為了增加用戶獲取二氧化碳基準材料的機會，原子能機構正在生產更易于實驗室使用的氣體基準材料。“世界上約有40個實驗室正在率先測量大氣中溫室氣體的穩定同位素。這些實驗室需要標準。”Camin說，“我們正在開發三種新的二氧化碳氣體基準材料，以便更多實驗室能夠使用，從而為世界高質量的溫室氣體數據集作出貢獻。”這些新基準材料預計將于2024年分發。

實驗室支持

Gr?ning說，對大氣溫室氣體濃度及其同位素比率的準確測量極其復雜。這些測量需要足夠的實驗室設備、規程和人力資源，以確保數據的可比性。只有少數研究機構有資格測量同位素，以跟蹤和追查溫室氣體排放的確切來源。2021年，為了幫助縮小全球測量方面的差距，原子能機構和氣象組織啟動了第一個聯合技術合作項目，以幫助在非洲、亞洲及太平洋、歐洲、拉丁美洲和加勒比地區建立同位素測量能力，特別是甲烷排放的測量能力。

Gr?ning警告說：“在未來幾十年里，更多的甲烷將從融化的永久凍土釋放到大氣中。”在全球范圍內，了解甲烷如何釋放以及甲烷如何轉移、衰變或消除，將有助于使科學家了解緩解氣候變化所需的過程和措施。原子能機構正在開發甲烷氣體基準材料。

通過發展使用同位素技術監測測量的能力，可以收集更多的數據，并將其添加到氣象組織“全球大氣觀測網”中。“全球大氣觀測網”計劃旨在監測地球大氣中的溫室氣體趨勢。“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。”Gr?ning補充說。他說：“這需要時間，但取得成果的可能性很大。”