地理縱橫

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地球上的二氧化碳都去了哪里
發布時間:2021-05-06     作者:李文莉 白冰 曹建華   來源:i自然   分享到:

在地質學家們看來,地球上的碳元素以不同的形態分布于地球表層的大氣圈、生物圈、水圈和巖石圈系統中,碳循環就是發生在4個圈層之間碳元素的相互轉換、運移的過程。

地球存在已有46億年之久??茖W研究認為,地球大氣的演變經歷了三個階段:原始大氣、次生大氣和現代大氣。

原始大氣的主要成分是氫和氦;次生大氣的主要成分是水、二氧化碳、甲烷、氮、硫化氫和氨等,其二氧化碳的濃度高達25%以上;現代大氣的主要成分是氮和氧,二氧化碳濃度僅為0.03%~0.04%。

地球大氣中如此巨量的二氧化碳去了哪里?

地質學家經過調查研究認為,地球上的碳主要以有機碳和無機碳的形式存在。其中,賦存于頁巖、碳酸鹽巖中的分散微粒有機碳占比很小,而現代地球上最大的碳庫實為儲存在碳酸鹽巖中的高達61×1015噸的無機碳,其碳量占全球總碳量的99.55%。這也就解釋了二氧化碳的去向問題:古老的硅酸鹽巖與大氣中二氧化碳和水反應,生成碳酸鹽巖沉積物、有機碳和氧氣,即碳匯效應。伴隨著氧氣的出現和二氧化碳的減少,地球才慢慢變成一個巨大的生態系統。

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巖溶地貌——峰林平原

碳酸鹽巖在地質學中被歸類為可溶巖,即可以在雨水作用下發生溶解的巖石??扇軒r被雨水溶解的部分,隨水流至洞穴,因飽和或過飽和的巖溶水在運移過程中條件的改變,水體中部分二氧化碳溢出,重新變成碳酸鈣沉積,最終形成石筍或鐘乳石。這一過程悄無聲息,但效果驚人。測試結果表明:僅廣西桂林片區就因土下石灰巖的溶解過程,使得土壤向大氣釋放二氧化碳的年通量降低25%。

根據我國1981年—2000年的統計,碳酸鹽巖溶解的碳匯通量分別是陸地植被的50.5%、森林的68%、灌草叢的2.68倍。換言之,中國陸地植被年碳匯通量相當于同期中國工業二氧化碳排放量的15.35%,而碳酸鹽巖溶解產生碳匯通量相當于排放量的7.75%。對全球而言,每年碳酸鹽巖溶解轉移碳匯通量相當于全球森林碳匯通量的33%、土壤碳匯通量的70%,相當于全球化石燃料排放碳量的7.8%。

植樹造林曾經是發達國家和發展中國家進行“碳交易”的普遍形式,也是人類應對全球氣候變化的基本技術途徑。如今發現的碳酸鹽巖溶解消耗大氣中二氧化碳的巖溶碳循環過程,能否在人類干預下,成為積極應對溫室問題的高效對策呢?

在地表植被生物碳匯增加的同時,地下的巖溶碳量同時增加。以廣西桂林毛村地下河流域的監測結果為例,當從砂巖、花崗巖地區來的地表水流經巖溶區進入地下時,進一步與石灰巖發生溶解反應,繼續產生碳匯效應。有研究發現,同一個流域中上游32%的砂巖補給區產生的地表水,進入下游巖溶區會增加34%的碳匯通量。

上述研究結果表明,影響碳酸鹽巖溶解的主要因子是二氧化碳和水。增加植被覆蓋、封山育林、植被正向演替、土壤改良等措施能提高二氧化碳濃度和循環速度;引入非巖溶水灌溉巖溶區的植被和農作物會增加巖溶碳匯量,即可通過人為干預增加巖溶碳匯量。2013年政府間氣候變化委員會第5次評估報告中,已經將石灰巖溶解過程作為去除大氣二氧化碳的技術途徑之一,與陸地生態過程、海洋碳匯、人工直接捕捉并列。巖溶碳循環研究已經成為應對氣候變化的重要手段。(作者單位:中國地質調查局巖溶地質研究所)


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