黑碳作为燃烧产生的一种独特颗粒态物质，因其在地球大气、土壤、冰雪、生物、海洋等不同圈层中的迁移转化及在全球碳循环中具有的不同的地球化学行为，越来越受到科学家关注。大气中悬浮的黑碳气溶胶粒子是影响全球气候变化不确定性的最重要因子之一，是仅次于二氧化碳的增温组成部分，在区域气候变暖中扮演重要角色。

 

　　由于黑碳具有很高的抗氧化性和抗分解能力，在不同地质载体中可保存上亿年之久，对地质历史时期大气中氧含量的演化具有重要的控制作用。由于黑碳降解速度很慢，它也被认为代表了大气圈-生物圈快速碳循环中的一个汇，同时是长期地质碳循环中的一个源。

 

　　黑碳及其排放沉降和降解

 

　　黑碳是一种在地球表面循环中随处可见的物质，大气、土壤、沉积物、岩石、水体、冰雪中都可以发现它的踪迹。一般认为，黑碳是化石燃料和生物质不完全燃烧产生的含碳物质的连续统一体。它只能通过燃烧过程形成，是化石燃料和生物质不完全燃烧产生的异质的、高浓缩的、富含碳的残留物，主要包括烟炱、木炭、焦炭和石墨碳。

 

　　一旦黑碳进入到大气中，大气化学过程会改变它的性质。当颗粒物大小增加时，干沉降过程也会加强。细小粒子在大气中的停留时间是由携带粒子的浓度和预先存在的细粒子的浓度所决定的。在城市地区，其停留时间大约是1小时；而在相对未污染的上对流层，其停留时间可能达到7.85天；但假设黑碳排放是亲水的，则停留时间减少到5.57天。

 

　　各种燃烧过程排放的大部分黑碳进入大气后，将最终沉降下来，一般储存在陆地土壤中，还有一部分通过风力搬运、沉降以及地表径流和雨水的冲刷作用，最终在河流、湖泊、海洋等环境中沉积下来。

 

　　最近的研究结果表明，经过一定的时间，自然环境中一部分黑碳都会发生降解。

 

　　黑碳在气候和环境系统中的作用

 

　　有机碳库是碳循环中的一个重要储库，其组成包括大气、土壤和海洋。在概念上，可以把有机碳库划分为活性有机碳库和惰性有机碳库。活性有机碳库比较小，有机质在几年或几十年间就能发生降解；惰性有机碳库是稳定的碳库，可以在土壤中保存几百至上千年。土壤中黑碳的放射性碳14年龄比有机质高得多，可以达到几千年，这也证实了黑碳比非燃烧形成的有机质更加稳定，且难以降解。因此土壤被认为是大气-生物圈慢速碳循环的一个储库，而且是地球长期碳循环的一个重要来源。

 

　　黑碳是大气气溶胶中最主要的光学吸收成分，其光吸收特性会降低大气能见度，还可以加热空气导致全球变暖，并通过改变云层凝结核的吸湿能力来影响云层的反射率，同时，太阳光对黑碳的加热作用会减少天空中的云量。

 

　　在全球辐射平衡研究中，黑碳是一个重要参数。它对太阳直接辐射的吸收导致到达地表的太阳辐射减少，从而导致地表变暗。这种变暗会被其他非黑碳气溶胶的直接和间接效应进一步加强，并进一步影响到南亚水汽循环，导致季风减弱。

 

　　生物质燃烧生成的焦炭是黑碳的一种，其多孔结构有许多潜在的优良物理特性。焦炭具有较强的吸附能力，而且一般都具有疏水性，使其有利于吸附土壤和沉积物中的重金属和有机污染物；能吸附植物根系分泌物、凋落物的分解产物和微生物分解副产物等许多化合物，对保持土壤肥力有重要作用；能够增加土壤的持水能力，减少土壤的容积密度。焦炭被认为是一种土壤改良剂，不仅创造了一个长期碳库，还可以改善土壤的物理性能并减少环境污染。

 

　　当前黑碳研究现状

 

　　国际上对于黑碳气溶胶的测量和研究开展得较早，美国科学家在20世纪70年代便开始系统测量黑碳气溶胶；从20世纪80年代开始，该工作得到国际上的广泛重视，世界气象组织的全球大气监测网 （GAW）从1989年起将黑碳气溶胶作为一个重要的监测项目开始观测。中国科学家也从20世纪80年代开始，进行北京冬季取暖期燃煤排放的黑碳气溶胶的测量研究； 20世纪90年代，在瓦里关、临安等全球和区域大气本底站开展观测；最近十几年，黑碳气溶胶的研究得到了广泛的重视和长足的发展。

 

　　但是，到目前为止，对于什么是黑碳尚没有一个十分明确的、被大多数学者广泛接受的定义。这主要有两个原因：首先，黑碳是燃烧产物形成的连续统一体，各种组成部分之间由于物理和化学性质的差异，难以进行区分；其次，对黑碳进行定量分析还没有一种标准的测量方法，不同的方法测得的结果差异较大。

 

　　由于黑碳排放量是研究中国气溶胶的基本参数，对模式计算、气候辐射强迫估算十分关键，因此开展黑碳排放源清单研究工作很重要