溫室效應（Greenhouse Effect）與碳循環（Carbon Cycle）

溫室效應（Greenhouse Effect）與碳循環（Carbon Cycle）
國立臺灣大學化學系李俊毅/國立臺灣大學化學系林雅凡博士責任編輯

看過好萊塢電影「明天過後」的人，應該都會震懾於在影片中因為過度的溫室效應引起巨大颶風，而導致全球性的大災難。另外美國前副總統高爾籌資拍攝「不願面對的真相」同樣也引起廣泛的討論，高爾與聯合國跨政府氣候變遷委員會（IPCC）便因喚起環保意識而獲頒2007年諾貝爾和平獎。隨著人類開發的腳步加速，人們對於溫室效應的名詞不再陌生，越來越多科學家關注地球暖化的相關議題。

溫室效應真的是十惡不赦的惡棍嗎？溫室效應是怎麼產生的？地球對於太陽光能並非「整碗捧去」，會有部分光線反射回太空，另有部分光線被地表吸收轉換成熱能，反射與吸收的比例便決定我們生活環境的溫度。溫室效應的產生源自於大氣層含有的「溫室氣體」，包含水蒸氣、二氧化碳、甲烷、氟氯碳化物等等，這些氣體會攔截吸收原本應該反射回太空的紅外線，轉而以熱能方式釋出，因此提高溫度。地表除了水蒸氣以外，溫室氣體中二氧化碳濃度最高，地表豐富的水使得水蒸氣的量能持衡不變，所以二氧化碳的濃度上升會直接地加強溫室效應。地球大氣中的二氧化碳濃度在自然狀態下大致持恆，就維持了地表「溫和」的狀態。溫室氣體顯著對比的例子便是地球的行星兄弟：水星與金星。水星沒有大氣層，因此向陽面火熱熱，背陽面卻是冷吱吱；相反地，金星的大氣壓力是地球的90倍，加上大氣組成有90%是二氧化碳，強烈的溫室效應使得金星的表面白晝溫度高達攝氏四百多度。

十八世紀之後人類大量使用石化燃料的需求急遽擴張，逐漸破壞了「溫室氣體」的平衡，二氧化碳濃度累積使得溫室效應日趨嚴重（大氣層中二氧化碳濃度於1850年為280 ppm，現在則約略等於385 ppm）。石化燃料燃燒所產生的二氧化碳並非全部都累積在大氣層中，其實大自然具有一定「消化」二氧化碳的能力，來恆定二氧化碳濃度變化，因此，要了解地表的溫室效應，就必須了解地球上碳元素的循環。

碳循環牽涉的層面主要可分作四個區塊（見圖一，參考文獻一）：

1. 大氣層：主要是以二氧化碳方式存在，另外有微量的甲烷、一氧化碳、氟氯碳化物。
2. 生物圈：以各式有機化合物方式存在，最重要的化學反應是植物的光合作用及動植物都會執行的呼吸作用。
3. 海洋：溶解的二氧化碳、碳酸鹽沉澱以及水合甲烷。
4. 地層：生物體經千萬年作用形成的石化燃料及碳酸鹽。

(圖一)

參考資料:
1. http://en.wikipedia.org/wiki/Carbon_cycle
2. http://en.wikipedia.org/wiki/CO2
3. http://en.wikipedia.org/wiki/Earth%27s_atmosphere