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全球大气含氧量不断降低的科学证据〔初稿日期∶2005年8月17日；修改日期∶2005年10月25日〕 在此我要说明，在每个人可以方便地查阅资料的互联网中文信息中，没有查阅到到中国大气科学家这方面的研究，这是我不得不大量引证西方科学家论述的原因，但也令人深思∶中国的大气科学家难道没有从事这方面的长期研究？没有这方面的研究成果？对这些问题不关心？还是有令人触目惊心的研究成果有意不向公众公布？太多的为什么？
美国生态学家彼德·H·威斯〔Peter H. Weis〕在“振动着的生物圈”中指出∶ http://www.truehealth.org/oxydecl.html
-- 自我们从1989年开始测量以后，表明我们的大气中的自由态含氧量正在稳定的下降。这没有什么奇怪，因为每增加一个二氧化碳分子意味着锁住两个氧原子，而自由态氧的下降多于二氧化碳锁住的氧量。
-- 比预计下降量更多的自由态氧下降量证明地球生物圈总的光合作用能力在减少。同时，由于没有发现能够测量的到的浮游生物量的减少，因而海洋浮游生物的光合作用能力没有观测到由于海洋表面紫外线量照射增加所造成的任何减少，自由态氧的减少显然与覆盖大陆的森林与其它绿色覆盖物的变化有关。
1992年8月27日《自然》杂志第358期发表了〔美国〕国家大气研究中心拉尔夫·F·尼灵〔Ralph F.Keeling〕与斯梯芬·R·舍尔兹〔Stephen R.Shertz〕的重要文章《大气含氧量季节性与跨年度变化及其对全球碳循环的含义》。文章指出∶
-- 采用一种新型的干涉测量法对大气中分子氧气变化的测量，表明北半球与南半球大气中的氧气不但发生季节性变化，而且逐年减少。
美国研究者罗恩·梅利特·莫利斯教授〔Prof. Ron Merritt Morris〕指出∶ http://seis.natsci.csulb.edu/rmorris/oxy/oxy7.html
-- 与大气氧气总含量相比，每年的大气氧气枯竭量较小，但是显示人类活动与生物地球化学循环中氧气的变化之间直接的关系。
-- 假如将大气层的体积缩小为相当于约10英尺×12英尺×6英尺〔3.04公尺×3.66公尺×1.83公尺〕的房间〔体积约20.4立方公尺〕，那么，监测到的每年大约30ppm氧含量
-- 代表大气中氧气浓度变化的下述数字描述了北半球接近高纬度地区大气中含氧量的年度变化∶
-- 矿物燃料的开采与燃烧，森林开采、臭氧枯竭、大量还原性化合物的排放，以及与世界总人口增长及其开采地球资源的无数其它人类活动，一起增加对大气氧气消耗的需求。
拉尔夫·F·尼灵〔Ralph F.Keeling〕1992年发表前述论文9年之后，此时在美国加州大学斯克里普斯海洋学院工作的拉尔夫·F·尼灵〔Ralph F.Keeling〕，安德鲁斯·C·曼宁〔Andrew C. Manning〕、与罗拉·E·卡兹〔Laura E. Katz〕合作的2001年的研究报告《对于美属萨摩亚观测站观测到的大气氧气与二氧化碳浓度季节性周期变化的解释》。 http://www.bgc-jena.mpg.de/~amanning/my_pubs/non_peer_reviewed/2001ManningetalCMDLReport.pdf
图说明∶从美属萨摩亚群岛马塔吐拉角〔14oS, 171oW〕收集测量的(a)氧气／氮气〔O2/N2〕含量比以及(b)二氧化碳浓度〔CO2〕。图(a)与图(b)的刻度使氧气〔O2〕与二氧化碳〔CO2〕的变化便于进行分子量对分子量的视觉比较。微小方形构成的曲线与每年四季周期的凹槽形相符。氧气／氮气〔O2/N2〕下降的趋势与二氧化碳〔CO2〕上升的趋势的主要原因是矿物燃料的燃烧。
-- 图中显示人们熟知的大气中由于矿物燃料燃烧所导致的二氧化碳〔CO2〕浓度增加以及与此对应的大气中氧气／氮气〔O2/N2〕含量比减少的趋势。对于1993年6月至2000年6月的7年期间，观测到二氧化碳〔CO2〕浓度每年平均增加1.9 ppm／年，而氧气／氮气〔O2/N2〕含量比每年平均减少18.8 per meg；或者采用可比单位情况下，二氧化碳〔CO2〕每年增加3.3 x 1014克分子〔mol〕，而氧气〔O2〕每年减少7.0 x 1014克分子〔mol〕。与此比较，矿物燃料的燃烧平均每年将5.4 x 1014克分子〔mol〕的二氧化碳〔CO2〕释放到大气中，同时消耗大气中7.6 x 1014克分子〔mol〕的氧气〔O2〕。矿物燃料所消耗的氧气〔O2〕的一部分被陆地生物圈的净增长所抵消，它释放一部分氧气〔O2〕给大气，同时消耗大气中一部分二氧化碳〔CO2〕。大气中氧气〔O2〕的减少总量多于二氧化碳〔CO2〕的增加总量，因为矿物燃料燃烧时所排放的二氧化碳〔CO2〕的一部分被海洋吸收。没有对应于海洋的释放抵消氧气／氮气〔O2/N2〕含量比减少的一部分，因为氧气〔O2〕〔以及氮气N2〕在海水中的溶解度远小于二氧化碳〔CO2〕在海水中的溶解度。
科学家们还注意与此有关的一种特殊情况。美国学者瓦莱斯·S·布罗克〔Wallace S. Broeker〕在“呼吸时不用担心”中指出∶ http://www.columbia.edu/cu/21stC/issue-2.1/broecker.htm
-- 尽管我们大气中的氧气不存在枯竭的危险，我们大气中的含氧量确实在缓慢地减少—缓慢到能够有效准确测量出这种缓慢减少的技术直到80年代末才开发出来。拉尔夫·F·尼灵〔Ralph F.Keeling〕，其开发者，表明1989年到1994年期间大气的含氧量平均每年减少2 ppm。考虑到大气总共包含有210,000 ppm氧气，人们可以看到实现这种测量为什么这么困难。
-- 大气含氧量的这种降低并非意外，因为矿物燃料燃烧时要消耗氧气。矿物燃料燃烧时，每烧掉100个碳原子就要消耗掉大约140个氧原子。令人惊讶的是，尼灵测量的数据表明氧气的减少量仅为同期矿物燃料燃烧时所消耗的氧气量的2／3。对于这种观测结果只能够有一种解释∶森林采伐造成的绿色植物总量的减少必定被其它地方某种绿色植物总量的增加抵销了一部分，这被某些地球化学家称之为全球“绿化”。尽管这如何并且在何处发生至今有些模糊不清，我们大气中增加了二氧化碳、以及我们的土壤中增多的固氮可能允许植物生长的比过去更快一些，导致树木与土壤腐殖质中储存了更多的碳。以此种方式每多储存一个碳原子，大致将增加将一个分子额外的氧释放到大气中。
美国NASA〔国家宇航管理署〕戈达德宇航中心〔Goddard Space Flight Center〕1998年4月公布的《地球科学计划系列报告》指出∶ http://www.gsfc.nasa.gov/gsfc/service/gallery/fact_sheets/earthsci/eos/biosphere.pdf
1999年9月9日《中国气象报》第三版的文章“科学家探测显示大气中氧浓度呈下降趋势”揭示∶ http://www.envir.online.sh.cn/info/np/file.asp?file=999-9-156.txt -- 本报讯 据近日美国报刊报道，科学家们注意到，随着温室气体浓度的不断升高，空气中氧浓度正在呈逐渐下降的趋势。 -- 据澳大利亚研究人员测量发现，在过去20年中，空气中的氧浓度正在呈略微下降的趋势，据称，这是有史以来时间最长的一次对空气中氧含量的测量调查。在测量中，研究人员发现，大气中氧气的耗损量只占空气总含氧量的一小部分，约为体积比的20.95%。在过去20年中，氧的耗损量仅为0.03%，相信这种耗损程度还不致于对人类呼吸构成威胁。 -- 不过，研究人员特别强调，尽管目前含氧量的下降趋势不是很大，但这种情况间接说明，世界森林及海洋吸收因矿物燃料所大量释放出的二氧化碳的负担加重了。在过去的20年里，砍伐森林是造成大气中二氧化碳浓度快速上升的主要原因之一，无奈之下，部分植物也开始担当起吸收温室气体的角色。研究人员甚至怀疑，如今植物生长之快，除了与施用氮肥、温度上升有关之外，可能还与空气中二氧化碳含量过高有关。因此，退耕还林、植树造林仍为人类维持生计之根本。
小结∶上述实际测量结果、研究成果以及报道证明∶
-- 全球大气中的二氧化碳浓度与氧气浓度每年发生季节性的变化，与全球生物圈吸收与放出二氧化碳和氧气的季节性变化直接有关；
-- 全球大气“氧气／氮气〔O2/N2〕下降的趋势与二氧化碳〔CO2〕上升的趋势的主要原因是矿物燃料的燃烧”；
-- 全球大气“氧气／氮气〔O2/N2〕下降的趋势与二氧化碳〔CO2〕上升的趋势中“自由态氧的下降多于二氧化碳锁住的氧量”看来“证明地球生物圈总的光合作用能力在减少”。 接续后篇∶ |
陈一文 （cheniwan@263.net） 上传2007.08
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波动范围相当于一个2公升瓶子的体积，而逐年3-4ppm氧含量减少量非常小，只有0.00181%，相当于每年从上述房间取走相当于12盎斯罐装碳酸饮料那样体积的氧气！
-- 上边的曲线显示大气氧浓度每年的上下变动量为30 ppm〔相对于氮〕，而氧浓度变化周期的逐年大气氧枯竭量为3-4 ppm。大气氧气每年的枯竭量与矿物燃料燃烧所预测的量水平大致相同，但是略微少一些。这可能与有所增长的生物总量有关。因二氧化碳量的增加可能导致植物增加它们储存碳的容量，尽管森林迅速的开采。
-- 图中曲线为1958年以来在夏威夷Mauna Loa连续测量的每月大气二氧化碳浓度变化值。1958年时的大气二氧化碳浓度为315 ppmv〔干燥空气体积基础上的ppm值〕，仅30年后提高了10%以上〔季度性变化主要由于陆地与海洋生物区吸收与放出的二氧化碳的效果〕。此外，二氧化碳〔1998年〕353 ppmv的浓度比18世纪末工业化前大约280 ppmv的浓度高了约26%。