地质地球所西江流域河流水化学与化学风化研究取得进展

2010-11-05 15:01 来源: 中国科学院
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  河流是连接地球上两个重要碳库——海洋和陆地生态系统的重要通道,流域发生的许多自然过程都反映在河流输出碳及其生物地球化学的性质上。通过对河流生物地球化学的研究,探讨区域环境对全球变化的响应及其相互作用机理,是目前国际研究的热点。我国珠江地处热带、亚热带,流域生物活动强烈,生物产率高,经济发达,在全球河流碳循环研究中具有重要意义。

  中科院地质与地球物理研究所新生代地质与环境研究室博士后孙会国等人通过野外样品数据和历史观测资料,对珠江的主要支流西江的河流碳及水化学进行了系统研究,分析了其河流碳的含量、组成、同位素信号及其长期变化趋势。研究发现,西江河水中的溶解无机碳(DIC)输出量主要受控于流量,近50年来有微弱下降趋势;而颗粒有机碳(POC)和溶解有机碳(DOC)则与河水中的泥沙含量具有显著的相关性,通过建立其函数关系,重建了过去50年来POC与DOC输出通量的变化曲线。结果表明,POC有明显下降趋势,而DOC表现为上升趋势(图1),这主要归因于建坝、植树造林、河流挖沙等人类活动导致河水中的泥沙含量不断降低。由于这些人类活动还在不断加强,上述变化趋势在将来会更加明显。

  研究发现,西江河流碳以DIC为主,其来源主要为流域岩石化学风化。岩石化学风化过程需要消耗大气CO2,从而在地质时间尺度上,对大气CO2浓度与地球表面温度进行负反馈调节。认识岩石化学风化的主要影响因素,对于评估未来气候变化规律具有重要意义。然而这一问题目前还存在争议,有的研究认为化学风化速率主要与降雨有关,而有的则认为主要与温度有关,也有研究强调其它因素如坡度(构造抬升)、水-岩接触时间等。孙会国等人通过系统的时空采样,对西江流域岩石化学风化过程与环境因子的作用机理进行了深入分析,证实无论是硅酸盐还是碳酸盐风化都主要受控于降雨(图2),同时大气温度升高可以有效提高岩石风化速率。

  上述研究成果近期分别发表在第四纪地质学研究领域重要刊物Quaternary International(Sun et al. An assessment of the riverine carbon flux of the Xijiang River during the past 50 years. Quaternary International, 2010, 226: 38-43)和环境研究领域重要刊物Science of the Total Environment(Sun et al. Chemical weathering inferred from riverine water chemistry in the lower Xijiang basin, South China. Science of the Total Environment, 2010, 408: 4749-4760)。

图1  西江河流颗粒有机碳(a),溶解有机碳(b),溶解无机碳(c)及总碳(d)长期变化趋势

图2  西江及其支流桂江、贺江、罗定江流域化学风化速率与降水的关系