簡介
黑碳是由富含碳物質不完全燃燒後的產物，是大氣氣溶膠的重要組成部分，代表了一個從部分焦化物質到石墨和煤煙顆粒的連續統一體，在生物、地球化學和環境過程中具有重要意義。黑碳是土壤中高度穩定的有機碳，對土壤碳庫形成具有重要貢獻。黑碳的分解主要是光化學分解和微生物降解。
黑碳在全球碳循環中占有重要的位置。每年燃燒可產生50~270 Tg黑碳，其中約 10%來源於化石燃料燃燒。細小的黑碳在大氣中被搬運到遠離燃燒地的土壤或海洋中沉積下來，在沉積物有機碳中占有很大的比例。從地質歷史時期看，它對於大氣圈中CO2、O2的含量演化有重要影響。
類型
黑碳的3種主要類型包括焦化植物殘體、木炭到煙炱，以及石墨態黑碳。它們的理化性質變化很大，焦化植物殘體和木炭主要在低溫下形成；煙炱是高溫氣態物質濃縮形成；而石墨態黑碳可能是岩石形成的。
黑碳氣溶膠
黑碳氣溶膠是大氣氣溶膠的重要組成部分，主要是由富含碳的物質不完全燃燒產生的，比如化石原料和生物質原料燃燒等。黑碳氣溶膠具有較為特殊的物理化學性質。黑碳氣溶膠具有多孔性，粒徑約在0. 01～1 μm。在化學成分上非常接近於石墨，在溫度高於400 ℃時才可以發生氧化。黑碳氣溶膠對可見光和部分紅外光譜有很強的吸收能力，它在大氣中的各種化學和光化學反應、非均相反應以及氣粒轉化過程中起著重要作用。
影響
儘管黑碳氣溶膠在大氣氣溶膠成分中所占比例較小，一般占百分之幾到百分之十幾， 在大氣中濃度一般也較低。但它對環境的影響卻不容忽視，具體表現在兩個方面：
一是對大氣環境的影響：由於黑碳氣溶膠在從可見光到紅外的波長範圍內對太陽輻射都有強烈的吸收效應, 所以對區域和全球氣候有著重要的影響。2000年的IPCC（Intergovernmental Panel on Climate Change，聯合國政府間氣候變化專門委員會）報告指出，黑碳氣溶膠能夠導致正的輻射強迫，從而極大地減弱氣溶膠對地球的冷卻效果。部分學者的研究表明，減少黑碳和有機碳的排放比減少二氧化碳和甲烷的排放更能減慢全球變暖。
二是對人體健康的影響：由於黑碳氣溶膠具有吸附性,黑碳氣溶膠的表面能夠吸附其它污染物（如多環芳烴類、重金屬等），可以通過呼吸作用，夾帶所吸附的有毒物質進入人體，從而引起呼吸系統哮喘以及心血管病、癌症等疾病的發生，危害人類健康。此外，大量的黑碳氣溶膠可明顯地降低大氣能見度；沉降附著在建築物表面會破壞建築物外觀；沉降到植物葉面會阻滯植物呼吸和光合作用從而降低農作物產量等。
沉降到冰雪表面
黑碳如果沉降到冰雪表面，可降低表面反照率，從而對冰雪消融有正反饋作用。從黑碳的影響角度，北極海冰和高亞洲冰川的國際主要關注的熱點區域。
對北極海凍的影響
有人認為北極大氣中和沉降下來的黑碳加速了海凍的消融。實際根據觀測數據，北極大氣中的黑碳濃度自1989年處於下降態勢（據加拿大環境部）；而2005年後雪冰中的黑碳濃度與20世紀80年代相比也沒有明顯變化。因此，沒有證據表明黑碳加速了北極海凍的消融。
對高亞洲冰川的影響
高亞洲冰川海拔大多在3000米以上、對流層中部或者上部，高於邊界層；而且周邊直接人類活動少，空氣清潔；大氣黑碳的區域增溫效應大多在3000米以下，因此不太考慮大氣黑碳的區域增溫對高亞洲冰川的影響，只考慮沉降冰川表面的黑碳的效應。現有研究顯示，高亞洲冰川黑碳濃度與全球其他高山和北極地區相當，比平原地區低一個數量級，當前濃度水平的黑碳對冰川表面輻射能量平衡的影響可能在5%以內。喜馬拉雅山冰川的狀況格外引人矚目，自20世紀50年代以來的退縮被認為與溫室氣體和南亞棕色雲中的黑碳的共同增溫作用有關。在喜馬拉雅山鑽取的多支冰芯記錄的黑碳顯示，喜馬拉雅山中段冰川黑碳記錄過去40年間沒有明顯趨勢，而東段增長趨勢明顯。根據研究，黑碳對珠穆朗瑪峰北坡東絨布冰川輻射平衡的影響不到2%。另外，衛星數據顯示，喜馬拉雅山中段冰川的上部自2000年以來有變暗（反照率降低）現象，意味著消融加速；很少量的觀測顯示，似乎黑碳在春季消融季節對這一現象貢獻顯著。
控制途徑
由於民用燃煤是我國黑碳最主要的排放源，因此減少黑碳首先應當控制民用燃煤的排放。在國家自然科學基金重大項目的資助下，中國科學院廣州地球化學研究所傅家謨院士領導的項目組針對我國黑碳源排放清單中最重要、最複雜的民用煤燃燒部分，通過系統實測一系列燃煤黑碳排放因子，初步估算出了黑碳排放總量；研究結果指出，在黑碳排放因子的各種影響因素中，煤的種類的影響最為顯著，燃燒形式其次，爐灶類型的影響相對最小；民用燃煤若能嚴格控制中等變質程度煙煤的使用、減少使用塊煤燃燒、大力推廣和普及蜂窩煤的使用，可以極大減少黑碳的排放量。根據初步估算，禁止將中等變質的煙煤用作為民用燃煤可使黑碳排放量減少60%以上，如果進一步禁止使用塊煤而普及使用蜂窩煤則可使黑碳排放量減少95%以上。
相關研究
2013年1月，美國一個聯合研究團隊認為，黑碳或菸灰對氣候變暖具有較強的影響，其致暖效應大約是頭號溫室氣體二氧化碳的三分之二，躍居甲烷之前，超出先前估計的兩倍。 同時，報告指出，黑碳是導致北半球中高緯度地區如美國北部、加拿大、歐洲北部和亞洲北部迅速升溫的一個重要原因，它的影響還可延伸至更遠的南方，包括亞洲季風導致降雨模式的變化。這表明，抑制黑碳排放有望顯著減少區域氣候變化，同時也有益人體健康。
