非火山地热区玛旁雍热田土壤CO_2脱气研究

地热活动是地球脱气的重要形式之一,其过程常伴随大量温室气体排放。选取非火山地热区西藏玛旁雍热田作为研究对象,基于菲克扩散定律对地热田区土壤CO_2脱气量进行评估。结果表明:该区一般土壤CO_2脱气通量为0.167~0.771 kg/(m2·a),含喷气孔区域土壤CO_2脱气通量为2.054~7.877 kg/(m2·a),含喷气孔地区的土壤CO_2脱气通量是一般土壤脱气量的18.9倍;与全球火山区土壤脱气量(0.001~2.25 Mt/(m2·a))相比,其值显著偏低;但比青藏高原高寒草原生态系统土壤的CO_2排放量(187.46 g/(m2·a))大。结合区域地质背景推测地热系统中的CO_2含量主要来源于岩浆脱气和热液同长石等围岩矿物的蚀变反应。区内土壤CO_2的低脱气通量受透水性较差的碎屑岩沉积盖层约束。     

火山温室气体释放通量与观测的研究进展

火山活动是地球深部碳循环的重要环节,火山区不仅在火山喷发期能够释放温室气体,而且在休眠期也能向大气圈中释放大量的温室气体。在当前全球温室气体减排的背景下,定量化地研究火山区对大气圈温室气体含量增加的贡献,对于识别自然因素和人类因素碳排放的相对规模、为国际碳排放谈判积累基础数据等均具有至关重要的科学价值和现实意义。本文对火山区温室气体的排放方式与特征、温室气体释放通量与成因的研究方法进行了简要概括,并综述了中国新生代典型火山区温室气体释放通量与成因的研究成果。结合国外温室气体排放研究现状,指出深入研究活火山(包括休眠火山)区的温室气体释放通量与成因对于估算火山来源温室气体的释放规模、建立火山未来喷发预测-预警体系、深入理解岩浆脱气过程与机制等问题均具有至关重要的现实意义和科学价值。     

火山喷发过程中岩浆脱气率和脱气量的估算方法及其意义

本文对前人使用的火山喷发过程中岩浆脱气率和脱气量的估算方法进行了评述,并介绍了如何利用岩石学方法估算火山喷发不同阶段岩浆脱气率和脱气量的具体步骤,同时以镜泊湖地区全新世火山为例说明利用该方法估算的具体过程。估算结果表明不同气体在火山喷发过程中的脱气率是不同的,不能用包裹体中挥发分相对含量的高低来判断火山喷发所释放到大气圈中的气体类型和质量。该方法对火山学的研究具有重要意义。     

高温地热区土壤微渗漏的温室气体释放通量研究: 以藏南羊八井地热田为例

土壤微渗漏是地球深部的构造-岩浆活动向大气圈释放温室气体的重要形式之一。近年来,国外许多地热区已经开展了土壤微渗漏温室气体释放通量的定量研究,然而,目前我国尚无该方面的系统研究报道。本文阐述了利用密闭气室法测量地热区土壤微渗漏温室气体释放通量的方法和原理,并将其应用于青藏高原的羊八井地热田。根据研究区的地热活动强度,将羊八井地热田划分为土壤微渗漏释放较弱的A区和土壤微渗漏释放较强的B区。计算结果表明,A区和B区的CO2气体释放通量分别为6.7g·m-2·day-1和98.5g·m-2·day-1。两区释放通量的差异主要受控于断裂的发育程度,即A区位于裂谷的中部,断裂发育程度较差,B区靠近念青唐古拉正断层,断裂发育程度较高,为温室气体的逸出提供了良好的运移通道。羊八井地热田土壤微渗漏CO2气体的释放总量约为8.6×104t·a-1,接近于意大利Vulcano火山区的土壤微渗漏温室气体释放规模(1×105t·a-1)。研究区的气体同位素组分测试结果显示,He同位素值介于0.107RA~0.648RA(RA为大气3He/4He比值),δ13C值介于-11.33‰~-6.79‰(vs.PDB),表明羊八井地热田的温室气体可能主要来源于大陆俯冲环境下的加厚陆壳,其温室气体释放通量的规模主要受控于地壳的岩浆活动以及南北向裂谷拉张作用。羊八井地热田所在的拉萨地块是青藏高原温室气体释放活动最强烈的区域之一,以往的研究表明,青藏高原出露大量新生代火山、地热区,开展火山、地热区温室气体释放通量的研究将有助于深入理解地质因素向当今大气圈释放温室气体的规模等与深部碳循环相关的科学问题。     

长白山天池火山全新世大喷发挥发性气体释放量的分析和估算

火山喷发是地球上一种壮观的自然景象 ,火山喷发的同时一般都喷出气体 ,火山爆炸式喷发时巨量的气体被喷入空中 ,对全球气候造成较大影响。长白山天池火山于全新世发生过两次较大的爆炸式喷发 ,根据本文的分析和估算 ,后一次即天池火山公元 1199～ 12 0 1年的那次大喷发 ,逃逸到空中的挥发气体含量分别为 :CO2 约 (0 .31～ 1.5 6 )× 10 8t,S(主要是 H2 S和 SO2 )约 1.96× 10 7t,F2 约 7.86× 10 6 t,Cl2 约 (0 .78～ 6 .2 4)× 10 7t,对全球气候曾产生过重要影响     

火山气体的成分和总量研究

近年来 ,随着全球变化研究的不断深入 ,火山气体研究作为全球气候变化的一个分支迅速发展。文章介绍了目前火山气体的测试方法 :(1)尽管目前利用“差异法”获得火山喷出的H2 O含量的研究还较普遍 ,但是 ,利用离子探针技术直接测定玻璃基质和岩浆包裹体中水含量代替“差异法”已成为必然。 (2 )目前主要采用电子探针对玻璃基质和岩浆包裹体中Cl、S和F百分含量进行定量测试 ,通常选定工作电压为 15～ 2 0kV ,电流 6～ 15nA ,束斑直径分别为 1～ 10 μm(包裹体 )和 15～ 2 0 μm(基质玻璃 )。 (3)岩浆包裹体和玻璃基质中CO2 和CH4 的含量主要利用红外光谱和激光拉曼探针测定 ,另外基质玻璃中CO2 和CH4 的含量可通过XRF方法分析。文中系统分析了估算火山气体成分和总量过程中选择待测斑晶、岩浆包裹体和基质玻璃的标准 ,阐述了利用“岩石学方法”估算火山喷出气体总量的质量守恒原理 ,指出应用这一方法的前提条件是 :(1)火山气体主要来源于上升岩浆的减压出溶 ;(2 )岩浆上升过程中没有经过大规模的同化混染作用。因此 ,利用“岩石学方法”估算的火山气体总量是实际喷发量的最小值。     

火山活动与深部碳循环的关系

火山活动是导致地球深部碳向地表输送的重要途径之一,它促进了地球层圈物质交换与深部循环作用.目前,火山活动与深部碳循环关系的研究主要集中在: 1)火山喷发向大气圈中输送CO2气体的通量与总量; 2)火山气体的来源及其演变历史; 3)不同类型的火山喷发(例如,大火山岩省、洋中脊和俯冲带火山活动)对地球深部碳循环贡献的差异.文章通过对青藏高原北部阿什库勒火山群1951年阿什火山喷发物斑晶中原生岩浆包裹体和基质玻璃的实验室测定表明,阿什火山喷出的气体成分主要由H2O,CO2,S,Cl和F组成,利用"岩石学方法"计算的阿什火山喷发向大气圈输送的CO2气体总量为1.01×109kg.     

中国地质源温室气体释放近十年研究概述

地质源温室气体是指固体地球通过各种地质作用向大气圈释放的温室气体,是固体地球与大气之间物质交换(地气交换)的重要形式,主要包括火山喷发和地热活动、断裂带构造运动、油气渗漏、天然气水合物分解、煤自燃、碳酸盐岩风化等多种地质作用过程所释放的二氧化碳、甲烷等气体.实际上,地气交换是重要的地质作用,是地球各圈层物质循环和能量交换的基本载体和重要动力学机制.全球气候变化和温室效应是人类面临的巨大挑战,地质源温室气体的类型与来源、释放机理与过程、释放通量与大气温室效应等的调查和研究已成为当今地球系统科学的研究热点和发展方向之一,对于应对全球变化和温室效应具有重要的科学意义.中国科学家积极参与和适时开展地质源温室气体调查研究,对中国大陆部分火山和地热区、地震断裂带、含油气区和泥火山等释放的温室气体进行了初步观测与调查,在地质源温室气体的地球化学组成、释放通量等方面取得了一些成果,这些工作为进一步的深入研究奠定了良好基础.     

长白山火山最新监测信息

长白山火山最新监测结果显示,自2010年5月份开始,聚龙温泉2个泉点水温同步上升了3℃;2010年长白山北坡垂直位移量打破了火山锥体每年升高4mm左右的规律:与2009年相比,火山锥体的位移在垂向上发生逆转,海拔最高的水准点在1年内突降12.72mm.本文针对上述2个最新的火山监测信息进行了报道,并对造成这种变化的可能原因进行了讨论.火山活动进入活跃时段的标志是大量火山地震、震群的发生,以及幔源岩浆气体He含量的大幅度上升.然而,现阶段长白山火山区并未出现这2种现象.因此,本文讨论的2个异常还不足以作为长白山火山已经进入新的活跃时段的证据,准确的预测应该密切关注火山地震和幔源气体含量的变化.最后通过N2-He-CO2三角图解初步研究了天池火山气体来源,结果显示:2002～2005年火山出现“初始扰动”,深部气体He含量升高,三角图解中气体向He角运移;2005年后火山转入平静状态,气体组份又开始向N2角运移.He浓度的变化特征反应了岩浆房内岩浆成分的变化过程.     

火山气体成分的测量方法及其应用

火山气体是火山喷发物的重要组成部分,它主要来源于火山喷发的岩浆,其组成和含量的变化限定了火山活动对气候影响的时空范围和强度,因而近年来成为火山活动的气候效应研究领域一个重要组成部分。以往火山气体的研究主要集中在洋底(洋中脊、洋岛)火山,近年来逐渐转移到陆地(陆内和大陆边缘)上的火山喷发,并建立了两种有效的测量方法:卫星观测法和岩石学方法。前者仅适用于现代活动的活火山;后者适用于历史和地史时期的火山喷发,因此其应用较广。本文主要讨论岩石学方法。岩石学方法采用的测试手段主要是电子探针和红外光谱分析,前者主要分析Ｓ,Ｆ,Ｃｌ,Ｎ和Ｈ2Ｏ的含量;后者可以测定ＣＯ2的     

中国大陆新生代典型火山区温室气体释放的规模及其成因

火山活动能够将地球深部的碳输送到大气圈,是地质碳排放和深部碳循环的重要形式.火山作用不仅在喷发期能够释放大量温室气体,而且在休眠期也能释放巨量的温室气体.在全球变暖的背景下,定量化地研究火山活动对大气圈温室气体含量增加的贡献具有至关重要的意义.本文利用密闭气室法等该领域国际先进的测试技术,测量并计算了长白山、腾冲、五大连池及青藏高原南部的羊八井等典型火山区的温室气体释放规模.结果显示,我国大陆新生代典型火山区向大气圈输送的温室气体总通量约为8.13×10⁶t·a^-1,接近10⁷t·a^-1级别,相当于全球火山活动导致的温室气体(主要为CO₂)释放总量的6%左右.太平洋构造域火山区的温室气体在释放通量与总量方面均低于特提斯构造域,并且太平洋构造域火山气体的地壳混染程度较低,显示出大洋俯冲带与大陆俯冲带火山区温室气体释放的成因差异.     

长白山火山区温泉温室气体排放通量研究

温泉是深部岩浆活动在地表的直接表现,并且向大气圈排放大量的温室气体.然而,国内尚无火山区温泉排放的温室气体通量研究报道.我国长白山火山区水热活动强烈,主要有湖滨温泉带、聚龙温泉群、锦江温泉以及火山口外围的十八道沟温泉.本文利用数字皂膜流量计测量温泉气体排放通量,并结合前人对长白山火山区温泉气体成分的研究成果,估算了研究区温泉所排放的温室气体通量.结果表明,长白山火山区温泉排放的CO2通量为6.9×104t·a-1,CH4排放通量为428.44t·a-1,与意大利Pantelleria Island火山区温泉排放的温室气体通量规模相当.本文的测试结果表明:数字皂膜流量计在火山区温室气体排放通量估算研究中的应用是可行的.     

Gas flux to the atmosphere from mud volcanoes in eastern Romania

Gas flux measurements have for the first time been taken from vents and soil of eastern Romania mud volcanoes, the largest geological structures in Europe releasing methane into the atmosphere. In the quiescent phase, the methane emission from single vents is up to 28 t yr^?1. Diffuse soil microseepage is of the order of 10²?10⁵ mg m^?2 day^?1. A total output of at least 1200 tonnes of CH₄ per year can be conservatively estimated over the area investigated alone (～ 2.3 km²). Helium fluxes are up to five orders of magnitude higher than the average flux in a stable continental area, pointing to a close link between mud volcanoes and crustal degassing through faults crossing the deep hydrocarbon reservoirs. These data represent a key contribution towards refining global CH₄‐emission estimates, which indicate mud volcanoes as a significant and unavoidable source of greenhouse gases for the atmosphere.     

腾冲新生代火山区温泉CO2气体排放通量研究

近期研究表明,不仅火山喷发期会向当时的大气圈输送大量的温室气体,火山间歇期同样会释放大量的温室气体。在火山活动间歇期,火山区主要以喷气孔、温(热)泉以及土壤微渗漏等形式向大气圈释放温室气体。腾冲是我国重要的新生代火山区,同时也是重要的水热活动区,那里出露大量的温泉,然而目前未见腾冲火山区温泉气体排放通量的研究报道。本文利用数字皂膜通量仪测量了腾冲新生代火山区温泉中CO₂的排放通量。研究结果表明,腾冲新生代火山区温泉向当今大气圈输送的CO₂通量达3.58×10³ t·a^-1,相当于意大利锡耶纳Bassoleto地热区温泉中CO₂的排放规模。腾冲火山区温泉的CO₂释放通量主要受深部岩浆囊、断裂分布、地下水循环、围岩成分等多方面因素的影响。本文根据温泉中CO₂的排放特征,将腾冲温泉分为南北两区,南区温泉CO₂通量远高于北区的温泉,热海地热区的通量为腾冲CO₂通量的最大值。在北温泉区,CO₂通量主要受控于断裂的分布;而在南温泉区,除受到断裂控制外,热海地热区底部的岩浆囊及其与围岩的相互作用成为CO₂气体的重要物质来源,同时高温的岩浆囊为温泉及CO₂的形成提供了重要热源。     

Chemical monitoring of volcanic gas using remote FT-IR spectroscopy at several active volcanoes in Japan

Chemical compositions of volcanic gases of several Japanese active volcanoes have been monitored from distant safe places since the beginning of the 1990s using an FT-IR spectral radiometer. For absorption measurements, an infrared light source behind volcanic gas emissions is necessary in a volcanic environment. In the early observations, infrared radiation from hot lava domes (Unzen volcano) and hot ground heated by high-temperature fumaroles (Usu, Aso, and Satsuma-Iwojima volcanoes) were used as infrared light sources. However, these sources were not available in many cases. This remote FT-IR method became more commonly applied to chemical monitoring of volcanic gases emitted from the summit or slopes of active volcanoes using scattered solar infrared light as infrared light sources (Sakurajima, Miyakejima, and Asama volcanoes). To date, eight species have been measured using this method: SO₂, HCl, HF, CO, CO₂, COS, SiF₄, and H₂O. The observations indicate that volcanic gases for each volcano have different chemical composition on a SO₂–HCl–HF ternary diagram in spite of similar tectonic settings, suggesting that vapor/melt volume ratios during volcanic gas formation differ among volcanoes. During more than 15 years of monitoring, chemical changes in volcanic gases attributable to ascent of magma were observed only at Asama, where HCl/SO₂ and HF/HCl ratios in the eruptive period were higher than those in non-eruptive period because of scrubbing of more soluble components in surface hydrothermal systems in the non-eruptive stage or solubility-controlled fractionation processes. Results show that these parameters are the most prospective ones among the various parameters measured using the remote FT-IR method to monitor volcanic activities.     

Global methane emission through mud volcanoes and its past and present impact on the Earth's climate

Mud volcanism is an abundant, global phenomenon whereby fluid-rich, low-density sediments extrude both on land and offshore. Methane, which generally exceeds 90 vol% of the gas phase, is emitted at high rates during and after emplacement of the mud domes and is known for its high global warming potential (GWP). This comprehensive estimate of the annual contribution of mud volcano degassing assesses the significance of mud volcanism for the accumulation of greenhouse gases in the atmosphere. A first-order estimate for the earlier, pre-anthropogenic volume of methane released through mud volcanoes further supports their profound effect on the Earth's climate since at least the Paleozoic (570 Ma).     

地球岩石中稀有气体研究进展

简要回顾了90年代以前在地球岩石稀有气体研究领域取得的成果,总结了90年代以来该领域的最新成就,最后指出了存在的问题。     

Arsenic in volcanic gases

 Total arsenic contents were determined in volcanic gases by analysis of fumarolic condensates collected in the period 1984–1992 from different volcanoes around the world. Arsenic concentrations range from <0.006 to 30 μg/g. The highest values (1.2–30 μg/g) were found at Vulcano, Aeolian Islands (southern Italy). The analytical data show that volcanic gases have a large variability of arsenic contents possibly related to both the different physicochemical features of magma source and rock properties within the volcanic system. Received: 2 October 1996 · Accepted: 29 January 1997     

火山学述评

火山学研究有了长足的进步。笔者总结近些年全球火山学研究各个方面的成果,包括对火山基本概念的新的认识、火山机构、火山的各种分类、火山岩石学和地球化学、火山岩相学、评估火山爆发大小的火山爆发指数、岩石和地球化学分类、各种常量和微量元素区分图、活火山分布与板块构造理论的关系、活火山给人类带来的灾害与利益和活火山的监测、曾经的火山活动与生物毁灭、单成因火山研究等。火山—构造是未来火山学研究的一个方向,通过火山与构造关系的研究以揭示火山的分布和地球的演化。火山喷出的岩浆是其通过地下以岩墙或管道形式为通道运移到地表的结果。中朝边境上的长白山的位置是个特例,应当值得深入的研究。中国分布有许多新生代火山,它们是否为单成因火山、这些火山在成分上是否有演化规律、它们的分布与大地构造的关系等都有待深入和系统的研究。