青藏高原多年冻土区沼泽草甸土壤CH_4氧化速率研究北大核心CSCD

CH4氧化是影响CH4排放通量的主要过程之一, 对CH4源汇效应起着重要作用.用实验室培养法对青藏高原多年冻土区沼泽草甸土壤在-10、-5、0、5、10和18 ℃等6个温度条件下1~72 h内CH4氧化速率进行研究. 结果表明： 正温条件下, 各层土壤CH4氧化速率呈现＂U＂型分布特征, 0~20 cm高、20~80 cm低、80~100 cm高;负温条件下, 各土层CH4氧化速率相对较低且无明显差异. -5、0、5、10和18 ℃时的CH4氧化速率分别是-10 ℃时的1.3、26.5、390.5、1 644.7和4 926.4倍, CH4氧化速率与温度之间呈现显著的指数关系. 正温条件下, 各深度平均的CH4氧化速率与时间呈现极显著的线性正相关关系;但CH4氧化速率变化范围存在着差异, 在0、5、10和18 ℃条件下, 各土层平均CH4氧化速率变异率为510%、173%、244%和179%, 0 ℃条件下的CH4氧化速率变异性最大. 在正温条件下, CH4氧化速率与土壤pH值存在负相关关系;冻土冻结时, CH4氧化速率与土壤pH值没有明显的相关性.     

北冰洋浮冰区近冰层湍流通量计算方法比较

利用2003年中国第二次北极科学考察获得的北冰洋浮冰区近冰层气象要素梯度观测资料,应用空气动力学的廓线法和总体输送法以及不同的普适函数,计算分析了2003年8月23日至9月4日浮冰区近冰层的摩擦速度、感热通量和潜热通量.结果表明:Holtslag普适函数的计算结果明显优于其它普适函数,总体输送法计算的不同层次湍流通量比廓线法更能够满足近冰层的常值通量层的假设,其结果可望为进一步优化北冰洋浮冰区边界层参数化方案和提高计算精度提供重要依据.     

祁连山多年冻土区甲烷通量与甲烷微生物群落组成的关系

全球变暖可能导致多年冻土中的有机碳分解,向大气释放甲烷(CH4),但多年冻土的甲烷释放通量与微生物群落结构以及功能基因的丰度相关性还不清楚.于2019年6月～2020年1月,选择青藏高原北部祁连山多年冻土区,利用静态箱-气相色谱法对不同海拔地区进行CH4释放通量测定,并分析土壤理化性质、CH4功能微生物群落、功能微生物...     

北冰洋太平洋扇区碳循环变化机制研究面临的关键科学问题与挑战

目前全球节能减排任务艰巨,海冰消退后北冰洋碳汇能力增加被期待。楚科奇海及其临近海域拥有全球海洋较高的生物固碳率和深海埋存量,在整个北冰洋碳循环中举足轻重。厘清楚科奇海碳循环过程对环境快速变化的响应机制是北冰洋碳汇能力预测的基础。然而,楚科齐海碳吸收、封存对气候变化的响应尚存争议,碳循环过程的主控因子尚不明确。建立高分辨率的海洋—海冰—碳循环模型,可以探究海冰消退对楚科奇海海—气界面CO_2吸收通量和垂直碳沉降通量的影响,认识入流与陆坡涌升增加对楚科奇海CO_2源/汇格局的作用,探讨碳的深海输运埋藏对环境变化的响应,评估楚科奇海陆架泵效率及其在全球碳汇中的作用。基于气候环境快速变化下楚科奇海域碳循环研究所面临的挑战,提出了构建北冰洋碳循环模型的基本思路及拟解决的关键科学问题。     

夏季长江口潮间带CH4、CO2和N2O通量特征

使用原位静态箱现场采样,对夏季(7月和8月)长江口崇明东滩湿地3种主要温室气体CO2、CH4和N2O的界面通量进行了同步观测.结果表明,夏季低潮滩是大气CH4的排放源(40.2 μg/(m2·h)),CO2和N2O的吸收汇(通量值分别为-86.3 mg/(m2·h),-27.6 μg/(m2·h)).7月和8月中潮滩是3种温室气体的排放源,CH4日平均排放速率达到6.56 mg/(m2·h),CO2为301 mg/(m2·h),N2O为69.9 μg/(m2·h).温度(气温和不同深度地温)、沉积物有机碳含量以及潮滩植被海三棱藨草和沉积物表层藻类的光合和呼吸是决定CH4、CO2、N2O产生、排放和吸收的主要因素.相关分析表明中潮滩气体排放通量与温度(气温和不同深度地温)呈显著正相关关系,但在低潮滩气体通量与温度的相关关系不明显.     

基于吸附位理论的CO_2/CH_4在高岭石中竞争吸附的分子模拟

为了阐明CH4与CO_2在高岭石中的竞争吸附机理,采用蒙特卡洛方法构建了高岭石超胞模型,模拟计算了高岭石吸附CH4与CO_2在不同温度及压力条件下的变化规律,分析了不同孔径对高岭石吸附CO_2和CH4的影响。结果表明,不同温度下高岭石对CH4与CO_2分子的吸附量均符合Langmuir模型,在相同压力条件下,高岭石对CO_2分子的吸附量远远大于对CH4分子的吸附量;293.15 K时,高岭石对CO_2的吸附具有明显的竞争优势,CH4在CO_2分子的影响下不再符合Langmuir曲线,说明高岭石与CO_2分子的相互作用强于与CH4之间的相互作用;随着孔径的增大,高岭石对CH4与CO_2的吸附量均减小,表明CH4和CO_2主要吸附在微孔中;高岭石吸附CH4与CO_2分子后体系的总能量和非成键能发生了变化,说明高岭石与CO_2的相互作用能要强于高岭石与CH4的相互作用能,高岭石对CH4的吸附为典型的物理吸附,而对CO_2的吸附以物理吸附为主,且伴随着微弱的氢键作用。研究结果为阐明CO_2和CH4在黏土矿物的赋存机理以及CO_2驱替CH4的研究提供了一定的理论依据。     

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.     

湖泊沉积物甲烷的产生和氧化研究的意义及应用

甲烷(CH4)对全球变暖的贡献仅次于二氧化碳(CO2),百年尺度上单分子CH4的增温潜势是CO2的28~34倍。湖泊被认为是重要的CH4释放源。沉积物中CH4的产生和氧化影响湖泊CH4的释放,是湖泊碳循环的重要组成部分。本文介绍了湖泊沉积物CH4产生和氧化的过程,分析了影响因素和机制;总结了湖泊富营养化和全球变暖对CH4产生和氧化的影响。最后提出,未来在研究方法上应注重室内模拟和野外观测相结合,在区域尺度上加强湖泊沉积物CH4产生和氧化的驱动机制研究。     

赣南横径地区碳酸温泉CO2成因研究

本文在分析横径温泉区4个气样的气体组分、氦同位素以及CO2和CH4的碳同位素基础上,结合温泉区地质条件,研究了该区碳酸温泉中CO2的成因。研究结果表明:横径温泉区温泉气中CO2的含量很高(>96%),CO2气体中1δ3C较重(-5.53‰~-4.43‰),属于与深大断裂活动有关的深部幔源无机成因气;温泉气中CH4的含量很低(<1.86%),CH4气体中1δ3C较轻(-27.69‰~-59.31‰),其中39、和11号温泉气体中的CH4属于深部幔源无机CH4和源于地表生物成因CH4的混合,而2号温泉气体中的CH4属于深部幔源无机CH4。     

高压条件下页岩对CH_4、CO_2气体吸附特征及其在二元混合气体中应用:以四川盆地焦石坝地区龙马溪组页岩为例

为了解高压条件下页岩对甲烷(CH4)、二氧化碳(CO2)及二元混合气体吸附行为,以四川盆地焦石坝地区下志留统龙马溪组页岩样品为研究对象,通过重量法等温吸附实验,研究了不同温度压力条件下CH4、CO2在页岩中的吸附行为。实验表明,在0.01～50 MPa, 40～100℃条件下,页岩对CH4、CO2过剩吸附量随压力增大而增加,直至达到最大值,然后随压力增大而减小;绝对吸附量随压力增大而增加,在40～43MPa之后,吸附量趋于稳定。在高压条件下,页岩对CO2吸附量大于CH4,约为其5倍。利用CH4、CO2单一气体Langmuir吸附量和Langmuir压力,通过扩展的(Extended) Langmuir模型进行拟合,对不同比例CH4/CO2二元混合气体吸附量进行模拟预测,研究表明,二元气体总吸附量随混合气中CO2比例增大而增加。在高压条件下, Langmuir过剩吸附模型能较好地拟合CH4、CO2在页岩中的吸附,扩展的Langmuir过剩吸附模型也能较好地拟合二元混合气体在页岩中的吸附。     

青藏高原多年冻土区沼泽草甸土壤CH_4产生速率研究

用实验室培养法对青藏高原多年冻土区沼泽草甸土壤不同温度条件下的CH4产生速率进行了研究.结果表明：CH4产生速率与温度之间呈现显著的指数关系,整个土壤剖面平均CH4生成速率和CH4生成速率初始值随温度的变化具有显著的相似性,都表现出随温度的升高而增加规律,0℃、5℃、18℃时的CH4生成速率分别是-18℃时的5.7、1...     

工业革命以来青藏高原与南极冰芯高分辨率甲烷记录对比研究

自工业革命以来全球大气CH4含量呈快速的增长趋势, 但达索普冰芯记录所显示的北半球中低纬度地区大气CH4增长的启动时间要晚于极地冰芯记录近100 a. 由于受北半球人类活动CH4排放、CH4在大气中的寿命及大气中CH4的传输等过程的影响, 最近150 a以来, 中低纬度大气CH4与南极大气CH4含量在不同的时段表现出不同的净积累量和增长速率, 且20世纪两次世界大战期间达索普冰芯记录明确显示出人类活动排放的减缓使大气CH4呈负增长. 对比研究认为, 到20世纪中叶人类活动的甲烷排放已达到极高值, 中低纬度大气中CH4增长率及年积累逐步趋于平稳且略有降低. 可以认定, 工业革命以来中低纬度地区大气CH4与南极大气CH4含量的变化在不同的时段在受控于人类活动影响的同时, CH4在大气中的行为和传输过程以及东亚中低纬度季风气候的影响决定了两地之间大气CH4含量变化存在显著的差异.     

甲烷被黑云母氧化形成二氧化碳的实验研究与意义

CH4和CO2是岩浆热液系统中的重要挥发组分，两者之间的转换机制是一个重要的科学问题，在碳循环和流体作用等诸多方面都具有重要意义。例如在成矿过程中，CH4和CO2的加入会改变成矿流体性质，CO2还能缓冲流体pH，对成矿元素的迁移和沉淀富集有重要影响。前人通过研究瑞士阿尔卑斯山中部石炭纪、二叠纪、三叠纪地层裂隙石英中的流体包裹体发现，在较高温度条件下，黑云母的绿泥石化能将CH4氧化生成CO2，然而缺少相关的实验地球化学证据。因此，本项研究选择黑云母作为氧化剂开展了CH4的氧化实验研究。通过对黑云母- 甲烷- 水体系、黑云母- 碳化铝- 水体系以及甲烷- 水体系的实验研究发现，证实了黑云母能够将CH4氧化为CO2，起始反应温度约150℃，远低于地质研究结果。对于黑云母- 甲烷- 水体系和甲烷- 水体系实验，采用熔融毛细硅管作为反应腔，而对于黑云母- 碳化铝- 水体系实验，则采用粗石英管作为反应腔。对反应后黑云母残片的能谱分析表明，变价元素Fe含量大量降低，表明黑云母中三价Fe作为氧化剂参与了反应。这一结果为地质系统中黑云母等铁锰暗色矿物在中低温条件下氧化CH4形成CO2提供了实验和理论支撑。而CH4向CO2的转变过程，将改变热液流体的性质，有利于富CO2成矿流体的形成，对金属矿床形成具有重要意义。     

注CO2提高煤层气采收率的模拟实验研究

根据煤储层的吸附/解吸机理,模拟煤层气井"排采-注气-排采"的生产过程,进行CH4、CO2的单相气体吸附/解吸和CO2注入置换煤层CH4的实验,得到了CH4和CO2二元气体相组分变化数据和CH4和CO2混合气体的相分离图解.结果表明,在CH4和CO2二元气体的竞争吸附中,CO2组分的吸附速率是先快后慢,而CH4组分的吸附速率先慢后快,解吸时则相反.反映了CO2组分在与CH4组分的竞争吸附中占据优势,优先被吸附;同时发现注入气体数量越大,注入气体中CO2组分浓度越高,单位压降下的CH4解吸率和CO2吸附率越高.实验结论对工业规模的煤层气开发试验具有一定的指导意义.     

过去2000年大气甲烷含量与气候变化的冰芯记录

温室气体与气候变化的关系是当前全球变化研究中的一个核心内容。目前关于大气温室气体含量变化只有几十年的实测资料, 而冰芯包裹气体中的CH4 不仅能反映过去大气CH4 含量随时间的变化, 而且能很好地揭示陆地CH 向大气中的释放随时间及空间的分布。近年来, 极地冰芯研究表明南极和北极过去大气层中的甲烷含 量差异很大, 北极大气层中甲烷含量远大于南极大气层。科学家们推测, 中低纬度地区是全球大气层甲烷含量变 化的驱动源。而对这一可能驱动源的甲烷含量变化, 很长时间人们一无所知。达索普冰芯记录揭示了中低纬度大 气CH4 含量与极地冰芯记录相同的变化趋势, 并明确显示工业革命以来大气CH4 含量的增长。高分辨率达索普 冰芯记录的工业革命以来大气CH4 含量变化最显著的特征是20 世纪两次世界大战期间人类活动CH4 排放的减缓 使大气CH4 含量呈负增长。中低纬度大气CH4 含量的恢复使我们有机会与极地冰芯记录进行定量对比研究。 0 ～1850A. D. 中低纬度大气CH4 的平均含量为782nmol /mol, 与格陵兰和南极大气CH4 平均含量差分别达66 nmol /mol和109nmol /mol, 并且其最大自然波动幅度超过200nmol /mol, 这是极地冰芯记录从未有过的。达索普冰芯 记录表明工业革命前中低纬度为全球大气重要的CH4 源区, 但最近1000a 来, 北半球中高纬度的排放有了显著的 加强; 过去2000a 来的自然变化时期, 气候变化的纬向差异对北半球不同纬度带CH4 排放格局有重要影响。     

南北极海区碳循环与全球变化研究

南北极是全球变化研究领域中十分重要的地区 ,也是世界大洋对全球变化反馈的一个重要窗口。文章论述了南北极海区碳循环研究的国内外研究动态 ,阐述了目前南大洋及北冰洋的生产力水平及碳收支平衡状态 ,讨论需要进一步研究的一些存在问题以及将来的发展方向。目前的研究表明 ,北极的生产力比历史上所认为的要高 ,在全球变化的作用下 ,其将成为越来越重要的碳汇区 ;南大洋主控着人为源CO2 的海气交换通量 ,而生产力所受到的限制也影响着其吸收CO2 的潜力。目前制约着对两极碳循环进一步认识所缺乏的资料包括 :极区碳汇的时空变异、南大洋的Fe限制及Fe假说、紫外增强对极区碳循环可能产生的影响等。今后研究的重点将集中在全球变化对两极碳循环的影响及其反馈 ,碳循环的机制及其动力学过程 ,以及通过碳循环人为干预全球变化的可行性。近年来 ,中国也十分重视极区碳循环的研究 ,取得了许多积极的成果。我们的研究结果表明 ,在 80°E～ 80°W之间 ,南大洋基本上是大气CO2 的汇 ,其中在 45°W～ 30°W及 10°W～ 10°E之间 ,是CO2 的强汇区。北冰洋的一些海区也表现为很强的碳汇区。计算得出 ,楚科奇海及其附近海区 7月到 9月CO2 吸收通量为 0 13g/ (m2 ·d) (碳 )。南大洋夏季CO2 吸收通量为 0 1g/ (m2 ·     

北冰洋盐跃层研究进展

长年存在的盐跃层是北冰洋上层海洋独有的结构之一，对维持北冰洋表层的低温特征和海冰存在起着非常重要的作用。在过去的十几年中，北冰洋气候系统发生了前所未有的异常变化，北冰洋盐跃层也经历了从消退到近乎恢复的戏剧性变化。因此，北冰洋及其盐跃层的研究得到了广泛的重视。介绍了有关北冰洋盐跃层研究的进展情况，并对研究中存在的问题以及未来的发展进行了分析和阐述。有关北冰洋盐跃层的形成问题，先后有平流机制、对流机制等多种观点。认为由于现在欧亚海盆表层盐度普遍增高，其盐跃层的形成当以对流机制为主；而平流机制则更加适用于加拿大海盆的盐跃层。20世纪90年代，在北冰洋观测到一系列异常变化，包括盐跃层退缩、大西洋层增暖和北极海冰减少。实际上，这些变化是紧密联系在一起的，而后期盐跃层局部性的恢复似乎表明目前观测到的北冰洋气候系统的变化有可能是一种周期性的振荡。     

水田和旱地土壤氧化甲烷的温度响应

为了探讨温度对农耕区土壤氧化CH4的影响,文中分别采用2种旱地（吉林暗棕壤和河北潮土）和2种水田土壤（江西水稻土和安徽水稻土）样品进行了4个温度下（5、15、25和35℃）氧化高浓度CH4的模拟实验研究。结果表明,4种土壤氧化高浓度CH。的最佳温度为25～35℃,除江西水稻土外,其余土壤在5和15℃没有表现出氧化高浓度...     

成都经济区天降水与下渗水元素地球化学特征及土壤元素输入输出通量

论文研究了成都经济区天降水和下渗水中元素含量、在农田耕层中的输入输出通量及其影响因素.研究表明,研究区雨水中含有大量SO2-4、NO-3等酸性物质,雨水中SO2-4 >NO-3>Cl-.雨水中Ca2 和NH 4含量最高,且NH 4>Ca2 >K >Na >Mg2 .雨水的pH与阴、阳离子摩尔浓度差值具有显著相关性.下渗水中以Ca2 为主要阳离子,且Ca2 >Na >Mg2 >K >NH 4;HCO-3为主要阴离子,且HCO-3>NO-3>SO2-4>Cl->F-,下渗水pH与阳、阴离子摩尔浓度差值具有显著相关性.不同地区雨水中Pb>As>Cd>Se>Hg,下渗水中Pb>As>Se>Cd>Hg,因此,Cd、Pb、Se和Hg等元素累积在耕层中,而As则被下渗水携带迁移出耕层进入地下水.由降雨输入土壤中的Cd通量均大于下渗水输出Cd的通量,局部地区As下渗通量高于雨水输入通量的5.45～13.16倍.土壤中元素的下渗比与土壤质地、pH有关.     

南海神狐海域天然气水合物注热降压开采数值模拟研究

针对南海神狐海域天然气水合物成藏条件,利用pT+H软件和水平井技术对天然气水合物的注热和注热降压开采效果进行了模拟分析。重点讨论了注入热水温度为30、60、90℃时水合物饱和度以及CH4气体饱和度、CH4产气率、累积CH4产气量和产水量的变化规律,发现两种开采模式下水合物低饱和度分布范围随时间增长和温度升高而增大;CH4产气率在开采10 d内升高较快,之后逐渐减小。模拟结果表明:注热降压开采模式比单纯注热模式的效果有较大改善,而且温度对于提高CH4产气量效果不明显,但因为天然气水合物藏的低渗透性,神狐海域的天然气水合物的CH4产气量不大。研究结果可为南海神狐海域和类似地区天然气水合物开采提供参考。