人类活动对流域风化碳汇过程的影响：大河流域与城市表面小流域的范例研究

发布时间：2020-11-03 02:01

　　 大气中CO2浓度水平对全球气候控制有着重要意义,过去学者们对于围绕大气碳库的自然碳源碳汇过程已经进行了许多研究,特别是岩石风化碳汇过程。自工业革命以来,人类活动开始急剧且广泛地影响自然环境的方方面面,其中对大气碳库最直接的影响就是CO2浓度水平短时间内急剧增加。但是人类活动对于大气碳源碳汇过程的影响的重要性以及各种不同方式还没有得到过多关注。为了研究人类活动对流域岩石风化过程的影响,按照自然过程的两种研究方法,本论文从大河流域和城市表面(urban karst或者urban impervious surfaces)小流域两方面入手。对于大河流域,选取辽河流域作为研究对象,对其水化学组成进行了主量离子分析,利用正演模型估算得到结果为,整个流域主要以碳酸盐风化为主,碳酸盐风化贡献达到65.74%,但流域受工农业、畜牧业、城市建设等人类活动的影响很大,人类活动贡献达到10.90%。对于城市表面小流域,选取了江西省抚州市黎川县和金溪县作为研究对象,将降雨时在城市水泥路面上形成的地表径流定义为城市水样,并与附近花岗岩基岩小流域的自然水样对比,利用水化学元素分析和锶同位素组成分析进行研究。研究结果发现,相较于自然水样,城市水样的pH和TDS都要更高,且水化学组成以Ca2+和DIC为主,更靠近于以碳酸盐风化端元为特征的水样,表明人类城市建设对原有基岩进行覆盖后改变了河流溶质输入的组成。城市水样与野外混凝土块样品和景观土壤样品以及室内混凝土酸溶实验水样的锶同位素组成比较,发现城市水样锶同位素组成比野外两种固体样品都要低,且与室内酸溶实验水样结果基本一致,推测得到路面混凝土与降雨水体接触时优先风化了组份中锶同位素组成较低的部分。城市水样DIC浓度分布与前人文献中玄武岩单岩性小流域水样相似,明显高于自然水样和花岗岩单岩性小流域水样。基于DIC浓度估算出的城市流域碳汇速率为0.20-2.35×106mol/km2a,平均值为0.997×106mol/km2a。结合前人统计的2015年全球人口50万的1008个城市建成区面积,得到这些区域碳汇通量为20.425×1012g/a,可占到全球碳失汇量的0.786%。由于这些大城市建成区域只是城市化过程中形成的城市表面的一小部分,从人类城市日益加快的扩张可以看出,城市表面的碳汇潜力是巨大的。
【学位单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：P595;X14
【部分图文】：

全球碳循环的源与汇是以大气圈碳库为中心，《联合国气候变化框架公约》??（ＵＮＦＣＣＣ）定义温室气体的“源，，为向大气圈中释放温室气体等的过程，“汇”??为从大气圈中移除温室气体等的过程［１１１?（图１－１）。通常，碳循环按时间尺度可分??为短尺度碳循环和长尺度碳循环１１２１。全球长尺度碳循环的基本框架是火山排气??（火山喷发等）、变质作用排气（板块活动等）以及化石有机碳氧化作为碳源，??而主要的碳汇过程包括硅酸盐岩石风化消耗大气Ｃ０２并将其转化为大陆河流中??的ＨＣＯ；ｒ最终形成海洋碳酸盐沉积，以及光合作用吸收ｃ〇２转化为有机碳埋藏??于海洋沉积物中［｜３＿１５１。对于短尺度全球碳循环，主要过程有：植物光合作用与呼??吸作用、分解作用完成陆地生物圈与大气圈碳交换；表层海洋通过类似光合和呼??吸作用以及非生物物理化学过程完成与大气圈的碳交换［４１；?一部分岩石风化过程??也影响了短尺度循环１１６１。以上是自然过程中的碳循环，人类活动就是通过干扰这??２??

??图１－１碳储库和全球碳循环??黑色箭头和黑色数字代表自然过程；红色箭头和红色数字代表人为过程；蓝色箭头代表河??流（修改自［１０］）??１．１．２全球碳循环??全球碳循环的源与汇是以大气圈碳库为中心，《联合国气候变化框架公约》??（ＵＮＦＣＣＣ）定义温室气体的“源，，为向大气圈中释放温室气体等的过程，“汇”??为从大气圈中移除温室气体等的过程［１１１?（图１－１）。通常，碳循环按时间尺度可分??为短尺度碳循环和长尺度碳循环１１２１。全球长尺度碳循环的基本框架是火山排气??（火山喷发等）、变质作用排气（板块活动等）以及化石有机碳氧化作为碳源，??而主要的碳汇过程包括硅酸盐岩石风化消耗大气Ｃ０２并将其转化为大陆河流中??的ＨＣＯ；ｒ最终形成海洋碳酸盐沉积，以及光合作用吸收ｃ〇２转化为有机碳埋藏??于海洋沉积物中［｜３＿１５１。对于短尺度全球碳循环，主要过程有：植物光合作用与呼??吸作用、分解作用完成陆地生物圈与大气圈碳交换；表层海洋通过类似光合和呼??吸作用以及非生物物理化学过程完成与大气圈的碳交换［４１；?一部分岩石风化过程??也影响了短尺度循环１１６１。以上是自然过程中的碳循环

?１．３人类活动影响研宄现状??以上对于全球碳循环的相关研宄都是基于自然过程的研究，而如图１－１所示??以及上文所述，人类活动对于自然环境的影响已经不容忽视。从工业革命开始，??全球人口快速地从小于１０亿增长到２００５年的６５亿，并且还在持续增长中［５７１。??煤炭、石油和天然气的开发使得全球范围内的工业化建设和物质转移能够实现，??这些变化中包含了各种各样的现象。２００２年，诺贝尔奖获得者Ｐａｕｌ?Ｃｒｕｔｚｅｎ提??出，因为人口增加和经济发展对全球环境的影响，我们己经告别了全新世，进入??了一个全新的世纪－人类世［５８１。这个术语己经被运用到地质文献中，用于指示由??人类活动主导的当代全球环境１５９％１。??１７５０?１８００?１８５０?１９００?１９５０?２０００?ｙｅａｒ??１０?－?一??一?ｃｅｍｅｎｔ?，??Ｃ?１?：?ｇａｓ?／??■?ｏｉｌ?Ｊ?：??ｃｏａｌ??ＩＩ?＾?Ｍ：??°８?：?－??图１－４化石燃料和水泥的Ｃ０２排放??１．３．１人类世简介??如上文所述
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本文编号：2867920