坡心地下河系统碳来源分析及其碳循环意义

发布时间：2020-09-27 14:54

　　 工业革命以来,全球大气温室气体浓度急剧上升,进而导全球气候变暖,由此产生了一系列错综复杂的环境问题。全球气候变暖引起了国内外科学家们的关注,究其原因,是人类活动碳排放导致了大气温室气体的升高。因此,大气中CO2浓度的减少和碳封存技术成为科学家们急需解决的环境问题之一。但是,在科学家们研究碳循环时发现,全球的碳源和碳汇的收支不平衡,还有相当一部分的碳汇不知去向,这一部分碳汇被称为遗失的碳汇(missing sink)。忽视地质作用产生的碳汇可能是碳遗漏的重要部分。当前有一些研究表明,占据全球碳库的99.5%的碳酸盐岩正积极参与碳循环。以地球系统科学为指导思想,考虑水—生—气—固相互作用的模型证明了岩溶作用可以产生净碳汇。因此,对于岩溶碳循环的机理研究于全球碳循环而言具有重要意义。本文以中国南方岩溶地下河系统为研究对象,于2018年3月、6月、10月、12月期间,对地下河系统的主要补给支流,地下河天窗和泉水进行现场监测和样品采集。现场测试水体的p H值,水温、电导率,溶解氧等指标,并采集水样进行阳阳离子、溶解无机碳(DIC)及其同位素、溶解有机碳(DOC)及其同位素,颗粒态有机碳(POC)及其同位素分析,获取坡心地下河系统的水文地球化学和碳循环信息。以期了解典型岩溶地下河的碳循环特征并建立该岩溶地下河系统的碳循环概念模型。为岩溶地下河系统的碳循环运转模式、数学模型的建立提供一些基础研究。我们的研究结果表明:研究区内的流量对季风气候变化的响应十分敏感,在不同季节内的差异明显。地表河、泉水以及地下河天窗的水样都呈弱碱性,水化学特征差异明显,水化学类型都为HCO3—Ca型。DIC,POC及其同位素的变化与实时流量相关,DOC及其同位素除了受流量控制外,还受到其他因素的影响,则有着很明显的季节变化规律。研究区内水样的有机碳以DOC为主,POC的含量较少。研究区的水化学离子主要受到大气降水、硅酸盐岩溶解和碳酸盐岩溶解所控制,碳酸盐岩溶解是流域内水体溶解质的主要来源,占据的比例达75%以上。DIC主要来源于碳酸盐岩的溶解和土壤内部CO2的贡献。H2CO3溶蚀碳酸盐岩对流域内HCO3-的贡献程度最高,其次为外源酸溶蚀碳酸盐岩,硅酸盐岩风化作用产生HCO3-的比例相对比较低。受“施肥效应”影响,DOC和DIC之间存在一定的正相关关系。由于受到水文条件和水生植物新陈代谢的影响,δ13CDOC和δ13CPOC的相关性在春夏两季较强,但在秋冬两季没有相关性。不同采样点之间由于其所处的位置、水文条件、地形和地质条件,生物活动差异,导致其内外源的DOC比例有所不同。POC的内外源比例则受到水生植物活动、流量、流域陆地植被覆盖的影响。总有机碳(TOC)的量约为HCO3-输出率的9%。证明了岩溶环境的有机化学过程是不可忽视的,只考虑无机过程低估了岩溶环境碳的输出率和碳消耗量。同时也证明了在坡心地下河系统内,仍然有相当一部分的有机碳汇,而不是单纯的无机碳消耗过程。根据本次研究的结果,结合前人的研究,我们建立了坡心地下河流域岩溶表层带的碳循环概念模型,该模型揭示了流域内碳的循环机理。我们认为,在岩溶地下河系统中,除了无机碳外,有机碳的Qg源部分也是不可忽略的碳汇。该模型也为“碳酸盐岩风化碳汇学说”提供了一些相关的科学依据。
【学位单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：X14;P642.25
【部分图文】：

西南大学硕士学位论文1.4.2 技术路线按照实际所需工作，拟定本论文的技术路线如图 1-1 所示。基于地调项目的研究资料，选择坡心地下河流域为研究区，根据该地下河系统的结构，在其主要补给支流，地下河天窗，泉水设置监测点。对各监测点进行定期监测和采样，从而从整体上把握该研究区的水化学特征。结合地质地貌等资料，分析补给支流，地下河天窗，地下河排泄出口水化学特征。进行碳来源、迁移过程的分析，并进行地下河出口的碳输出通量和碳汇量的估算。据上述资料建立该流域系统的碳循环概念模型，以揭示地下河系统的碳循环的过程。

10图 2-1 坡心地下河系统水文地质示意及采样点分布Fig. 2-1 Hydrogeologic illustration and sampling Points distribution in Poxin ground riversystem图 2-2 坡心地下河流域水文地质剖面示意图Fig. 2-2 Hydrogeologic Profile of Poxin ground river basin

图 2-1 坡心地下河系统水文地质示意及采样点分布Fig. 2-1 Hydrogeologic illustration and sampling Points distribution in Poxin ground riversystem

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本文编号：2828017