岩溶:独特的碳汇效应

时间:2021-03-24浏览:10

在地质学家们看来,地球上的碳元素以不同的形态分布于地球表层的大气圈、生物圈、水圈和岩石圈系统中,碳循环就是发生在4个圈层之间碳元素的相互转换、运移的过程。

地球存在已有46亿年之久。科学研究认为,地球大气的演变经历了三个阶段:原始大气、次生大气和现代大气。原始大气的主要成分是氢和氦;次生大气的主要成分是水、二氧化碳、甲烷、氮、硫化氢和氨等,其二氧化碳的浓度高达25%以上;现代大气的主要成分是氮和氧,二氧化碳浓度仅为0.03%~0.04%。地球大气中如此巨量的二氧化碳去了哪里?

地质学家经过调查研究认为,地球上的碳主要以有机碳和无机碳的形式存在。其中,赋存于页岩、碳酸盐岩中的分散微粒有机碳占比很小,而现代地球上最大的碳库实为储存在碳酸盐岩中的高达61×1015吨的无机碳,其碳量占全球总碳量的99.55%。这也就解释了二氧化碳的去向问题:古老的硅酸盐岩与大气中二氧化碳和水反应,生成碳酸盐岩沉积、有机碳和氧气,即碳汇效应。伴随着氧气的出现和二氧化碳的减少,地球才慢慢变成一个巨大的生态系统。

碳酸盐岩在地质学中被归类为可溶岩,即可以在雨水作用下发生溶解的岩石。可溶岩被雨水溶解的部分,随水流至洞穴,因饱和或过饱和的岩溶水在运移过程中条件的改变,水体中部分二氧化碳溢出,重新变成碳酸钙沉积,最终形成石笋或钟乳石。这一过程悄无声息,但效果惊人。长年的测试结果表明:仅广西桂林片区就因土下石灰岩的溶解过程,使得土壤向大气释放二氧化碳的年通量降低25%。

根据我国1981年~2000年的统计,碳酸盐岩溶解的碳汇通量分别是陆地植被的50.5%、森林的68%、灌草丛的2.68倍。换言之,中国陆地植被年碳汇通量相当于同期中国工业二氧化碳排放量的15.35%,而碳酸盐岩溶解产生碳汇通量相当于排放量的7.75%。对全球而言,每年碳酸盐岩溶解转移碳汇通量相当于全球森林碳汇通量的33%、土壤碳汇通量的70%,相当于全球化石燃料排放碳量的7.8%。

植树造林曾经是发达国家和发展中国家进行“碳交易”的普遍形式,也是人类应对全球气候变化的基本技术途径。如今发现的碳酸盐岩溶解消耗大气中二氧化碳的岩溶碳循环过程,能否在人类干预下,成为积极应对温室问题的高效对策呢?

在地表植被生物碳汇增加的同时,地下的岩溶碳量同时增加。以桂林毛村地下河流域的监测结果为例,当从砂岩、花岗岩地区来的地表水流经岩溶区进入地下时,进一步与石灰岩发生溶解反应,继续产生碳汇效应。有研究发现,同一个流域中上游32%的砂岩补给区产生的地表水,进入下游岩溶区会增加34%的碳汇通量。

上述研究结果表明,影响碳酸盐岩溶解的主要因子是二氧化碳和水。增加植被覆盖、封山育林、植被正向演替、土壤改良等措施能提高二氧化碳浓度和循环速度;引入非岩溶水灌溉岩溶区的植被和农作物,均会增加岩溶碳汇量,即可通过人为干预增加岩溶碳汇量。2013年政府间气候变化委员会第5次报告中,已经将石灰岩溶解过程作为去除大气二氧化碳的技术途径之一,与陆地生态过程、海洋碳汇、人工直接捕捉并列。岩溶碳循环研究成为应对气候变化的重要手段。

文章来源:原刊于中国自然资源报 2021-03-08