CO2地质储存的纳米尺度流体-岩石相互作用研究

大气中持续增长的CO_2是引起.温室效应.的主要原因.并给全球带来越来越严重的环境问题.消减CO_2是人类共同而临的生存挑战,也是技术难题.在全球碳循环过程中.有多种调节方法可以减少大气中CO_2含量.但目前只有地质储存被认为是可快速实施、见效明显的CO_2减排方式.CO_2流体-岩石相互作川是地质储存的核心科学问题,...     

未来海平面上升对珠江三角洲的可能影响(摘要)

一、问题的提出 由于燃烧化石燃料释放CO_2的“温室效应”,使大气温度上升。1860年大气中的CO_2含量仅为290ppm,近年已增至335ppm。据Woodwell等推算50年后大气中的CO_2浓度将增加一倍。气温的上升,将使冰盖消融和海水增温膨胀,从而引起全球海平面上升。据测下世纪30年代海平面将上升0.2—     

人类巨量碳排放后果分析:来自青藏高原综合调查的启示

人类巨量碳排放究竟导致什么后果,争议颇大,只有深入研究始新世以来大气CO_2浓度与环境变化,才有可能正确认识未来人类自身巨量碳排放之后果。大量研究揭示出:从始新世到渐新世末期,大气CO_2浓度大幅下降,全球变冷,形成了大陆冰川;中新世至今,大气CO_2浓度在低浓度背景之下长周期缓慢下降。当前尚不清楚何种机制主导了这一变化过程,也不清楚形成大陆冰川的水来自何方。为此,从青藏高原深部碳循环、表层水循环和环境变化的角度探讨这些问题,再分析未来人类巨量碳排放之后果。青藏高原在生长、隆升过程中,通过硅酸岩化学风化、植物光合作用、陆内俯冲(深埋)、水岩反应等方式,持续将巨量大气CO_2转化为富含碳元素的固、流体,封存在青藏高原新生的厚地壳之中,大幅降低了大气CO_2浓度,导致了全球变冷、大陆内陆(含青藏高原,下同)表层失水变干,形成了大陆冰川。渐新世—中新世之交,青藏高原生长到改变大气环流的规模,形成了亚洲季风,大陆内陆进一步荒漠化,捕获CO_2的量大幅下降,并与青藏高原内部所释放CO_2的量达到了准动态平衡,这是中新世以来大气CO_2浓度变化的主要机制。人类巨量碳排放彻底扭转了大气CO_2浓度长周期缓慢下降的趋势,大陆冰川因全球变暖所形成的液态水不会长期停留在海洋里,而以大气降水的方式重新回到干冷的大陆内陆,青藏高原将因此再次成为巨型水塔,缓解30多亿人的清洁饮用水问题。持续生长的高原和当前干冷荒漠化的大陆内陆通过前述多种方式固化人类排放的巨量CO_2,导致未来大气CO_2浓度在较高浓度背景下保持稳定,届时沙漠变绿洲,黄土高原变成有机质丰富的黑土高原,人居环境大幅改善;但在盆地内部,PM2.5难以扩散,易形成雾霾。全球平均海平面因海水热膨胀而缓慢上升,上升速率约为1 mm/a。水主要在大陆冰川与内陆表层之间循环,与海平面升降之间没有因果关系。因此,人类巨量碳排放所导致的全球变暖对于人类自身的发展是利大于弊。     

大气CO_2浓度不致影响气温和海面上升

大气温度因素复杂,现撇开太阳运动、地壳运动、大气环流、大气层下垫面等因素,来看其他因素的作用。1.气温上升,导致海水温度上升,浮游生物活动加剧,加快了碳的同化作用以及CO_2以碳酸盐形式沉积的速度,以致海水CO_2浓度剧降,使大气中CO_2渗于水,几方面作用结果是减低了大气CO_2浓度。2.大气CO_2浓度上升,绿色植物的光合作用加强,抑制了大气中浓度上升的趋势。3.石化燃料的使用,产生大量CO_2和尘埃。大气中尘埃含量的增加,加强了对太阳辐射的散射和反射,使达到地表的太阳辐射减弱,导致整个地表降温。4.水体温度上升,促使海水蒸发,使一部分水由水体进入大气层,导致海平面下     

南海碳源汇的区域与季节变化特征及控制因素研究进展

南海碳循环是全球碳循环的重要组成部分。厘清南海CO_2通量问题,对阐明全球碳循环过程,完善全球碳循环数据库具有重要意义。对南海4个典型特征区域(北部陆架、北部陆坡及海盆、吕宋海峡西侧海域和中南部海盆)的海表CO_2分压、CO_2通量和控制因素的研究进展进行了归纳总结。结果显示,南海北部陆架海表CO_2分压区域差异显著,珠江冲淡水上游低盐区为强碳源,海表CO_2分压常年处于超饱和状态,最高值达405.3～810.6 Pa,下游离岸开阔海域(盐度大于33.7)冬季海表CO_2分压低至35.2～37.0 Pa,为弱的碳汇。南海北部陆坡、海盆受温度调控,暖季是碳源,冷季是碳汇,夏季海表CO_2分压最高达45.0 Pa,冬季海表CO_2分压最低为34.7 Pa。吕宋海峡西侧海域碳源/汇受温度、季风和水团等因素影响较大,春季海表CO_2分压与大气CO_2分压接近于平衡状态,冬季升高至38.4～47.5 Pa,高于大气CO_2分压。中南部海盆表现为大气CO_2弱或中等强度的源,海表CO_2分压年均值为41.0 Pa。总体上,南海大部分海域在全年尺度上表现为弱的碳源,每年向大气释放(18±10)Tg C的CO_2。虽然南海碳循环研究已取得了一定进展,但仍缺少长期的现场观测与数据积累。今后应进一步加强海—气CO_2分压时间序列研究和海—气CO_2交换通量的遥感研究。     

全球早白垩世大规模岩浆活动、铁矿床形成及与气候变化的可能耦合关系

地球系统科学是当今地球科学的研究前缘,早白垩时期全球气候经历了巨大的变化,前人为此做了大量的研究工作,但就铁矿形成与环境变化方面的研究还鲜见人提及。本文针对早白垩世大规模岩浆活动、铁矿成因、温室气体的释放及对气候变化的可能耦合关系做探索性的研究工作。本文主要通过大数据统计、整理分析、制图对比等科学手段,论证早白垩世各重要地质事件之间的耦合关系。发现早白垩世的大规模岩浆活动和铁矿爆发巅峰期、陆相红层的出现有着非常吻合的时间一致性。推测早白垩世时期大规模岩浆活动以及铁矿床的形成释放大量CO_2温室气体。大气中CO_2温室气体含量急剧增加导致大气环境温度升高,Fe~(2+)变成Fe~(3+)导致了大陆红层的形成;大气中CO_2温室气体含量急剧增加也导致了大气中氧气含量变低,致使后生生物为了适应这种极端环境气候个体趋向于小型化。因此,铁矿床爆发式成矿作用间接地导致了当时气候环境变化和生物演化方向。在当今面临的全球变暖的大环境下,我们更要加深了解和我们当代很相似的晚中生代时期,以便更加主动的应对以后的气候环境变化和生物发展。     

地球气候的变化不可逆转

美国犹他州人盐湖的创记录水位以及海平面的上升(高达一呎)可能都与化石燃料使用量的增加有关。这些变化可能出自于一个共同的原因,即大气中CO_2的增加。地球大气中CO_2含量的增加,通过“温室效应”导致地球气候的逐渐变暖。我们设想地球就是一座以CO_2作屋顶的巨人温室。太阳能量会很容易地进入温室,而大部分热量却不能散发到地球大气圈外,引起气温缓慢而持续的上升。     

全球变暖对我国农业生态系统影响的研究进展

介绍了近年来围绕全球气候变暖对我国农业影响的研究进展,综合评述了农业生态系统对大气中CO_2增浓可能产生的种种重大效应和各家不同的看法。     

俯冲带浅部以碳酸岩质流体形式活动的碳

正地球上(尤其是在俯冲带中)碳的行为一直是地球科学研究的热点。俯冲带每年运输大约五亿吨的CO_2进入地幔,其中40%的CO_2通过岛弧火山作用会返回到大气,其余部分则进入深部地幔。这一过程不仅影响全球气候变化,同时     

希望铀矿床物质来源探讨

希望铀矿床为热液铀矿床。本文中主要探讨了热液中水、铀和∑CO_2的来源。研究表明,水、铀和∑CO_2各有不同的来源:初始热液中的水是花岗岩浆分异出的岩浆水(后有大量大气降水混入);成矿热液中的铀主要取自自云母花岗岩中的活性铀;成矿热液中的∑CO_2主要由煌斑岩岩浆提供。     

汶川地震相关的断裂带含碳气体排放量估算

断裂带是地下气体向上运移的有利通道,地震活动会加剧地下气体沿断裂带向上运移,释放到大气中。本文利用卫星高光谱遥感技术,初步估算了汶川地震伴随的大范围含碳气体(CH_4、CO和CO_2)的排放变化总量。结果显示,龙门山断裂带长期不断地向大气中排放大量的含碳气体,汶川地震的发生导致在短时间里龙门山断裂带向大气中至少多排放了4740t CO、8549t CH_4和87.15 Mt CO_2。地震活动造成的断裂带含碳气体排放不可忽视,是地质碳排放的重要组成部分,对大气环境效应有重要影响。     

显生宙海相碳酸盐高δ~(13)C时期的古海洋学

海相碳酸盐的碳同位素组成记录了地球发展与演化过程中的若干重大事件,作为古生代—中新生代转折时期的石炭纪—三叠纪初具有非常高的δ~(13)C值,以此作为主线,综合研究了相应时间段的氧、锶同位素组成与变化、碳酸盐沉积盆地面积与变化,以此探讨海相碳酸盐碳同位素组成与海平面变化、有机碳库和碳酸盐碳库碳存量的变化、大气和海洋系统中CO_2含量的变化,以及地球生态系统的长周期变化之间的联系。研究表明:1显生宙的碳同位素演化趋势中,δ~(13)C值大于3‰的时间基本上都集中在石炭纪—三叠纪初,但三叠纪初表现为δ~(13)C值的高频率大幅度波动,石炭纪—二叠纪则表现为长时间持续稳定的高δ~(13)C值,显示该时间段有机碳库存量的大幅度增加,相应时间段较高的δ18O值显示有机碳高速埋藏时间间隔中地球系统经历了长时间的变冷和冰室气候条件,说明有机碳高速埋藏、气候变冷、大气p CO_2的降低和p O2升高之间存在有机的联系;2δ~(13)C高值时间间隔中大气CO_2被绿色植物过度消耗,海水被迫不断向大气输送CO_2以达到平衡,但全球气候变冷导致海水数量减少和水柱压力降低又使得海水对CO_2的溶解能力降低以及海相碳酸盐碳库碳存量的减少,从泥盆纪、石炭纪到二叠纪,碳酸盐沉积速度显著降低,全球碳酸盐沉积盆地面积显著减小,到中、晚二叠世,一些碳酸盐沉积被硅质沉积取代,甚至包括一些浅水台地,这可能会导致一些钙质无脊椎动物数量的减少,这也说明二叠纪广泛的硅质沉积是一种全球事件;3显生宙碳酸盐锶同位素演化趋势表明,晚二叠世海水87Sr/86Sr急剧降低,并在二叠纪—三叠纪界线附近达到极小值,显示晚古生代结束时幔源锶的迅速加入,并伴随深部CO_2对大气和海洋系统的补充,但与该过程有关的广泛的火山活动和地球表面温度的升高进一步加速了二叠纪末的生物群体绝灭;4全球气候变冷及相应的大陆冰盖体积的增加,北非与劳伦大陆的拼合是石炭纪—二叠纪全球海平面降低的主要原因,但该时间间隔有机碳库存量大幅度增加所消耗的水可能也是海平面降低的重要原因之一,降低幅度可能达到数十米的范围;5二叠纪末全球生物群体绝灭是地球系统调整的一种必然,晚古生代有机碳长时间高速埋藏,全球海水数量减少,海水对CO_2溶解量降低,钙质无脊椎动物难以生存,最终在古生代结束前通过广泛的岩浆事件从深部向海洋和大气中补充CO_2以调整地球系统碳库存量的不平衡,但短时间的热事件和地球表面温度的升高加剧了生物的群体绝灭与更替。     

赤水河流域岩石化学风化及其对大气CO_2的消耗

岩石风化碳汇是全球碳汇的重要组成部分,通过对赤水河流域水体主要离子组成进行测定,分析赤水河流域河水水化学特征及其岩石风化过程对大气CO_2的消耗。结果表明:赤水河流域离子组成以Ca~(2+),Mg~(2+),HCO_3~-和SO_4~(2-)为主,河水总溶解性固体(TDS)含量均值为317.88 mg/L,高于全球流域均值(65 mg/L)。元素比值分析表明赤水河流域离子组成主要受岩石风化控制,其中碳酸盐岩风化为主导控制因素,碳酸盐岩、硅酸盐岩对河水溶质贡献率分别为70.77%和5.03%。人类活动和大气降水对流域河水溶质的贡献很小。流域岩石化学风化速率为126.716 t/(km~2·a),高于黄河、长江、乌江及世界河流均值。流域岩石化学风化对大气CO_2的消耗量为10.96×10~9mol/a,岩石风化对大气CO_2消耗速率为5.79×10~5mol/(km~2·a),与长江流域接近,高于黄河流域。     

海洋碳封存技术:现状、问题与未来

过度使用化石能源致使过量排放以CO_2为主的温室气体,并增强全球气候变暖的趋势。碳封存是有效缓解大气中CO_2浓度激增的重要手段。海洋碳封存是一种新兴的碳减排理念,其封存主体是海洋水柱和海底沉积物,它们不但封存潜力巨大,而且与陆地碳封存相比安全性更高。阐述了海洋碳封存的技术原理与封存机制、海洋碳封存的潜力与封存时间、影响海洋碳封存的主要因素、海上CO_2注入技术、CO_2泄漏对海洋生物的影响以及CO_2泄漏的监测技术等,并对未来海洋碳封存的发展前景进行了展望,指出了未来海洋碳封存技术的主要研究热点。     

汶川M_s 8.0地震破裂带CO_2、CH_4、Rn和Hg脱气强度

地震活动断裂带能够向大气释放大量的温室气体、放射性气体和有毒气体(CO_2、CH_4、Rn和Hg),并对大气环境的影响产生复杂的影响。利用静态暗箱法,对汶川M_s8.0地震破裂带CO_2、Rn和Hg脱气强度进行实地测量,并计算了CO_2和Hg脱气对大气的年贡献量。结果表明:(1)破裂带土壤气中CO_2、CH_4、Rn和Hg异常浓度最大值分别可以达到7.98%、2.38%、524.30k Bq/m~3和161.00ng/m~3;破裂带CO_2、Rn和Hg脱气平均通量是34.95g·m~(-2)d~(-1)、36.11m Bq·m~(-2)s~(-1)和26.56ng·m~(-2)h~(-1),最大值分别达到259.23g·m~(-2)d~(-1)、580.35m Bq·m~(-2)s~(-1)和387.67ng·m~(-2)h~(-1);(2)汶川Ms8.0地震破裂带向大气脱气的CO_2年贡献量是0.95Mt,Hg的年贡献量是15.94kg。汶川Ms8.0地震破裂带破裂CO_2、CH_4、Rn和Hg等的脱气强度,不仅与破裂带渗透率有关,还与断裂带浅部存在的气藏、煤层以及磷矿层等气体源有重要的联系。     

喀斯特地区水库回水区夏季水体二氧化碳分压变化特征及交换通量研究

为了解万峰湖水库回水区夏季水体溶解CO_2变化规律及水体"源/汇"特征,于2016年夏季对万峰湖回水区水体溶解CO_2分压进行走航监测,现场利用水质参数仪测定水体物化参数,其余水质参数于实验室进一步测定分析。结果表明:回水区表层水体pCO_2值变化范围在150.58~220.05Pa之间;水体剖面上,表层水体pCO_2值最低,随水体深度增加pCO_2值逐渐增大,在80 m处到达最大值;回水区不同于大部分云贵高原湖泊和水库,水体pCO_2表现为过饱和状态,经研究分析认为回水区周围环境、水体自身富氧条件与水体中大量物质分解是引起这一现象的主要原因;利用相关公式计算,回水区CO_2释放通量为27.4~44.2mmol·(m~2·d)~(-1),均值为37.1 mmol·(m~2·d)~(-1),水体表现为大气CO_2的"源"。     

丫他金矿床流体来源及演化:流体包裹体和稳定同位素证据

为探讨丫他金矿床成矿流体的特征和矿床成因,对热液成矿阶段中石英中的流体包裹体进行了岩相学、显微测温、激光拉曼分析以及H、O同位素研究。结果表明,丫他金矿床中存在H_2O包裹体、CO_2-H_2O包裹体和CO_2包裹体三类流体包裹体;其中同一阶段同一视域中富H_2O相CO_2-H_2O包裹体在加热中完全均一到H_2O相,以及富CO_2相CO_2-H_2O包裹体完全均一到CO_2相,它们的均一温度和形成压力基本一致,说明同时捕获了富CO_2和富H_2O两种流体;流体包裹体的H、O同位素组成特征显示,成矿流体主要来源为大气降水或与大气降水有关的盆地流体;热液成矿阶段流体发生相分离,CO_2-H_2O不混溶作用导致热液中Au的溶解度迅速降低并沉淀形成矿床。     

江西信江盆地晚白垩世塘边组成壤碳酸盐岩碳、氧同位素特征

利用古土壤成壤碳酸盐岩稳定同位素组成估算古代大气CO_2浓度,是当前古气候环境研究的重要手段。对采自江西信江盆地晚白垩世圭峰群塘边组的成壤碳酸盐岩碳、氧同位素测试表明,δ13C(PDB)值在-4.30‰~-2.10‰之间,平均值为-2.84‰。δ18O(PDB)值在-6.62‰~-1.14‰之间,平均值为-3.62‰。由Cerling经验公式估算出晚白垩世Campanian晚期约75 Ma的大气CO_2浓度在782~1 420 ppmv之间,平均值为1 181 ppmv,是当今大气CO_2浓度的2~4倍。因此,基于信江盆地塘边组成壤碳酸盐岩的大气CO_2浓度估算结果,可能指示了晚白垩世Campanian晚期存在一个大气CO_2浓度高峰值,反映了晚白垩世大气CO_2浓度的波动性。     

近年来有关环境问题的国际会议动向

(一)温室效应问题 (1)概况 矿物燃料的消耗,热带森林减少导致大气中CO_2浓度上升,大气中甲烷(CH_4)、一氧化二氮(N_2O)、含氯氟烃(CCl_3F,CCl_2F_2,CCl_2HCl)等温室效应气体浓度也上升。CO_2浓度在工业革命前约280ppm,现在则增至345ppm。据予测,到2030年将增至560ppm。 据美国科学院对CO_2浓度增加的影响作的模拟研究结果(1982年),如大气中CO_2浓度增加一倍,则地球气温上升3±1.5℃,在极地则为其2.5倍。降水、土壤水分的分     

二氧化碳的人为增加对环境的影响——世界气象组织、联合国环境署、国际科学联盟理事会环境问题专门委员会国际评价文件简介

序言 实施要点 1、CO_2问题,现代认识的综述。 1.1 引言。 1.2 以前研究结果的评述。 1.3 当前研究的主要内容。 1.4 表征CO_2问题个别状态的不确定性。 1.5 今后的研究方向是什么?一些概括性的结论。 第一部分:人类在怎样改变着 大气的成分? 2、排入大气的CO_——由于未来能源的发展而造成的CO_2释放率。 2.1 引言。 2.2 能源利用与CO_2排放之间的联系。 2.3 在未来能源利用和CO_2排放中的