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。     

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     

大陆弧主导了中古生代以来的全球化学风化作用

地表风化作用在地质时间尺度上(约1～10 Ma)对气候起着重要的调节作用.当大气CO2浓度较高、气温升高时,就会导致海洋酸化、水体蒸发、降雨和地表径流加剧,这些因素进而导致硅酸盐矿物风化的增强和CO2消耗的加快.相反,硅酸岩风化速率的降低将减缓寒冷气候条件下对CO2的消耗,推动气候变暖.由此可见,风化作用在气候调节中起着"恒温器"的作用.在整个显生宙期间,周期性出现的冰室气候被不同程度地归因于与造山作用有关的风化速率增加、大陆弧岩浆的减少以及因弧-陆碰撞导致的洋壳抬升作用.     

制约类地行星大气层和水体发育的主要因素

根据行星探测的资料,综合分析了水星、金星、地球(包括月球)、火星的大气层和水体的发育特征,对比了金星、火星的大气层与水体同地球的差异。类地行星质量小、体积小、密度大、旋转慢、卫星少甚至没有、挥发性元素较类木行星少、距离太阳较近,早期残留的原始大气层已经被早期太阳在金牛变星阶段的强烈太阳风所驱赶,加上巨大而频繁的撞击作用,使原始大气层被驱赶殆尽。现在的大气层是次生的,是由行星内部的去气作用形成的。类地行星的大气层、水体的发育和表生作用的特征与行星的质量大小(表征行星内部能量的大小和构造活动的强烈及持续时间)及行星与太阳的距离等因素有关。在类地行星中,地球和金星质量最大,逃逸速度最大,可将更多的气体“束缚”在它们表面,因此它们的大气有着复杂的组成和较大的密度。火星质量较小,逃逸速度不到地球的一半,在漫长的演化历史中,大气逐渐逸散进入太空,大气密度变得很稀薄。水星质量更小,而且最靠近太阳,不仅太阳风的驱赶作用强烈,而且表面温度高,气体分子的热运动更加剧烈,加剧了大气的逸散,所以水星的大气层极为稀薄,并且主要为太阳风成分。月球质量最小,几乎没有大气层,更没有水体的发育。行星的热演化历史对大气层和水体发育具有重要的制     

地球圈层之间相互作用对白垩纪大洋缺氧与富氧过程的制约

白垩纪诸多地质事件中,以黑色页岩为特征的大洋缺氧事件和以红层为特征的大洋富氧环境尤其引人关注。本文探讨了白垩纪大洋从缺氧到富氧转化的过程与机制,认为上述沉积事件是地球圈层之间相互作用的结果。白垩纪岩石圈剧烈的岩浆活动,是缺氧、富氧事件发生的源动力,水圈、大气圈、生物圈的共同作用是沉积事件发生的结果。具体过程为:白垩纪大规模的火山喷发,改变了海陆面积的对比,并引起地球内部大量热能释放和大气中CO_2气体浓度的升高,最终导致大气温度的升高。海水温度的升高和CO_2浓度的增加导致海洋环境中溶解O_2的降低,缺氧事件随之而产生。同时,海底岩浆喷发在海底产生大量的富含铁元素的基性和超基性岩石,通过海底风化和热液活动,铁元素从岩石圈进入水圈。海水中的铁元素是海洋浮游植物宝贵的营养盐类,其含量的增加可激发浮游植物的大规模繁盛,而这一生命过程可以吸收海水中大量的CO_2,并且产生等量的O_2。随着海水中O_2浓度的不断升高,以富含Fe3+的红色沉积物为特征的海洋富氧环境出现。藏南和深海钻探、大洋钻探典型剖面的数据证实大洋缺氧和富氧发生的韵律性,即缺氧事件之后往往伴随富氧环境的出现。研究认为,白垩纪大洋缺氧和富氧事件是同一原因导致的不同结果,地球圈层相互作用是其根本制约因素。由岩浆活动引起的缺氧事件和同样由其造成的富氧环境,其机制存在明显的差异,前者以物理、化学过程为主,后者除此之外还演绎了更为复杂的生物-海洋地球化学过程。     

未来百年全球气候变化分析

未来百年全球气候变化的影响是当前学术界激烈争议的议题,深入探讨全球气候变化的驱动机理才能正确认识全球气候变化。持续生长的青藏高原吸收了巨量的CO₂,导致大气中CO₂浓度大幅下降,使地球从温室气候进入到以冰期、间冰期交替出现为特征的冰室气候,青藏高原成为新生碳储库。在间冰期,青藏高原和蒙古高原将淡水输送到中低纬度内陆区(以下简称内陆区),导致内陆区的硅酸岩化学风化强烈,植被和湖相沉积发育,吸收了巨量大气CO₂,是碳汇; 在冰期,青藏高原、蒙古高原将内陆区表层淡水与尘埃最终输送到高纬度地区,导致内陆区荒漠化,对大气CO₂的吸收量远小于其自身的排放量,内陆区成为碳源,使大气CO₂浓度上升。这是中新世以来大气CO₂浓度维持低浓度、准动态平衡的机理。地表平均温度的变化驱动了淡水在高、低纬度地区之间循环。人类巨量碳排放使全球大气CO₂浓度暂时快速上扬,全球变暖,淡水回到内陆区,导致内陆区变绿,硅酸岩化学风化作用增强,吸收大气CO₂的能力大幅提高,内陆区又变成碳汇,抑制大气CO₂浓度的进一步上升; 初步测算,最早2050年、最迟2090年,当大气CO₂浓度达到(510±40)×10^-6时,其快速上升的趋势将得到抑制; 未来百年尺度的全球气候变化受地球和太阳内部的构造活动所驱动,是周期性变化的、是可预测。     

被动微波遥感反演地表温度研究进展

热红外遥感技术在地表温度反演中已经获得了丰厚的果实,反演精度可达到1 K,然而,大气中云雾和尘埃对热红外遥感探测地表温度影响很大,限制了热红外遥感反演地表温度的应用.相反,被动微波遥感受大气干扰小,可穿透云层获取地表辐射信息,并具有全天候、多极化等特点,在地表温度反演中具有独特的优越性.但是微波信号也受多种因素的影响,其反演地表温度的算法目前尚不成熟,有待进一步研究.根据不同微波辐射计特征,系统讨论并评估了被动微波反演地表温度的经验模型、物理模型以及半经验模型及其发展过程,指出目前研究的难点和缺点,为今后相关研究提供参考.     

始新世的温室效应

现在人们普遍认为海岭的热液活动和CO_2含量变化之间有着直接联系.在从海水中带出Mg和SO_4、带进Ca、K、Si、Fe、Mn和其它元素的过程中,循环的海水渗透到热的玄武岩中可深达数公里并与其发生作用.正是这种Ca—Mg交换对CO_2循环特别重要,因为在那里带出的Mg离子与所产生的Ca离子在化学计量上是等量的.在海洋中这种Ca-Mg交换由伴随着CO_2释出的生物成因的CaCO_3沉淀所平衡.海水中每加入1molCa相应释放出1molCO_2,R.M.Owen和D.Ray计算出,由全部热液带给海水的Ca每年为5×10~12mol,占海洋提供给大气CO_2总量的29%,其余山海洋提供给大气的CO_2由河流带入.根据现代供给大气的CO_2总数,热液活动占14—22%.     

海洋的生产率

冰期海洋生产率的增高可能为降低冰期大气CO₂分压起了很大的作用。主要有三个因素促进了海洋生产率的提高:（1）强的风力作用使赤道洋流和沿岸上升流加强;（2）上升水体营养成分的增加,反过来,这又要受全球营养物质重新分配的机制控制;（3）来源于陆地的、携带营养物质的河水和（或）粉尘的增加。海洋高生产率对降低大气CO₂浓度     

新疆阿勒泰地区地表水体氢氧同位素组成及空间分布特征

氢氧同位素可以识别水体来源,示踪水循环,自20世纪50年代以来已被广泛应用于水文地球化学领域。已有学者开展了新疆大气降水及部分河流湖泊的稳定同位素研究,而关于阿勒泰地区大气降水之外的地表水体稳定同位素研究尚需加强。本文采用液体水激光同位素分析法开展了新疆阿勒泰地区地表河水、湖泊、山泉水、雪水、锂矿坑裂隙水五类水体的氢氧同位素组成研究。结果表明:阿勒泰地区各种类型水体氢氧同位素组成差异明显,地表河流的δ~(18)O及δD值变化范围分别为-15.4‰～-11.5‰及-114‰～-100‰,氘过量参数(d值)变化范围为-12.4‰～12.4‰;乌伦古湖湖水的δ~(18)O及δD值均远高于地表河流,平均值分别为-5.95‰及-78.5‰,氘过量参数远低于地表河流,均值为-30.9‰。地表河流与全球及乌鲁木齐大气降水线相比差异很大,河水除了大气降水外还受到冰川融水的补给,且在水循环过程中经历了蒸发分馏作用,地表河流之间的氢氧同位素组成差异主要受水体补给来源及蒸发程度强弱的控制。由于氢氧同位素温度效应、纬度效应等的存在,阿勒泰地区水体δD及δ~(18)O与水温(T)、总溶解性固体(TDS)及主要离子Na~+、K~+、Ca~(2+)、Cl~-、SO■摩尔浓度呈显著正相关关系,而与采样点纬度及溶解氧含量(DO)呈显著负相关关系(P0.05,n=32)。本研究获得的氢氧同位素组成特征为阿勒泰地区各类型水体稳定同位素研究提供了基础数据。     

深时古气候对未来气候变化的启示

当前人类活动引起大气中二氧化碳(CO_2)的浓度逐渐升高,地球气候可能将发生不可逆的变化,从目前的冰室气候进入温室气候状态。文中通过对现在地球气候系统与深时温室气候时期的大气CO_2浓度与气候变化临界点、温度与温度梯度、海平面变化与水循环、大洋水体氧化还原状态几个方面进行对比和分析,提出对地球在这种温室气候状态中的气候动力系统的认识亟待提高。尽管深时温室气候并不严格等同于未来地球的气候,但深时时期形成的地质记录为我们提供了全尺度洞察在温室气候状态下地球系统是如何运行的一个天然实验室。     

淡水碳酸盐湖泊中CaCO_3-CO2_3-HCO_3-CO_2化学平衡对CO_2的缓冲作用——以贵州百花湖为例

水体吸收的CO_2转变为HCO_3~-,构成了碳酸盐水化学系统对CO_2气体的缓冲,通常用Revelle因子（R）表征。陆地淡水系统释放的CO_2是全球碳循环的重要组成部分,一方面,湖泊水体释放的CO_2是来源于流域碳酸盐风化产物的输入,另一方面,碳酸盐的缓冲作用也是调节内陆水体CO_2释放的重要因素,这两个结论看似是矛盾的。为了揭示碳酸盐循环对水体CO_2的影响与缓冲机制,本研究选取一个碳酸盐岩地区的季节性分层湖泊（百花湖）,分析Revelle因子变化,并与非碳酸盐湖泊进行比较。结果发现,碳酸盐岩湖泊Revell因子平均为20.1±8.1(8.0～50.0）,大于表层海水的10.0(8.0～15.0）,也远大于非碳酸盐地区湖泊的3.9±3.9,较高的Revelle因子意味着对CO_2的缓冲能力更弱。Revelle因子最大值46.4出现在夏季分层期的中部斜温层,对应的无机碳浓度为2.1mmol·L~(-1)、pH为8.38、总无机碳与碱度比接近1.0、CO_2/CO_3~(2-)等于1.0。实际观测与理论分析结果完全吻合,表明碳酸盐化学平衡是控制湖泊Revelle因子变化的主要因素。低pH的非碳酸盐岩系统可以溶解碳酸盐矿物,使pH升高,碱度增加,导致Revelle因子升高,在碳酸盐溶解达到平衡时Revelle因子升至最大。其后,无论是光合作用导致的碳酸盐沉淀还是呼吸作用导致的碳酸盐溶解,Revelle因子都会降低,新陈代谢导致碳酸盐系统的CO_2缓冲能力增强。     

深部碳循环的环境气候效应SCIEI北大核心CSCD

地球表层温度主要由接收的太阳辐射能量及大气温室气体的保温能力共同控制。CO_(2)等温室气体通过对大气温度的调节影响着全球环境气候变化,工业革命以来全球CO_(2)排放量的增加被认为是全球变暖的重要原因,地质历史时期大气CO_(2)浓度的波动与温室和冰室气候的交替出现相对应。地球超过90%的碳赋存于深部,因此地球深部过程的些许波动便会影响到地表碳含量,进而深刻影响着地球的环境气候变化。以往的研究注重地表碳循环对环境气候的影响,对深部碳的贡献考虑不足。最近十余年全球开展了详细的深部碳循环研究,基于已经取得的重要成果,本文从大火成岩省、裂谷和俯冲带的视角对深部碳循环驱动的环境气候效应进行了系统回顾。认为未来的研究需要对地球深部碳循环通量和碳同位素组成进行更精确的定量,这是我们认识深部碳循环对地表环境气候影响的基础;除了碳元素本身我们还需要关注其他挥发性元素和有害金属元素的综合效应;俯冲带作为全球壳-幔相互作用和物质交换循环最重要的场所,应该是进行深部碳循环观察和环境气候效应研究的重点。     

土壤CO_2浓度变化特征及其水文地质意义研究

利用EGM-4便携式环境气体检测仪,在野外现场及室内开展沙柱试验,检测土壤不同深度的CO_2浓度。结果表明:土壤中CO_2浓度具有明显的差异性,具有随着植被发育程度增高而升高的趋势。(1)土壤中CO_2浓度比当地大气及地表CO_2浓度显著偏高;(2)野外现场测试得到,随深度增加,土壤温度及CO_2浓度逐渐升高,于深度210cm处土壤CO_2浓度似存在极大值;(3)不同坡度时,坡度较小者的土壤CO_2浓度偏高;相同坡度时,植被条件好的土壤CO_2浓度偏高;(4)在单棵树株周围,具有随着与树干距离增加,同样深度土壤CO_2浓度逐渐减小的趋势。文章讨论了土壤(包气带)CO_2浓度变化与水的溶滤能力及地下水化学性质之间的关系等水文地质意义。     

施用农肥对岩溶溶蚀作用的影响及其生态环境意义

土壤下伏碳酸盐岩溶蚀作用研究对岩溶区成土作用及大气中CO_2影响意义重大.施肥改变了土壤的生物地球化学场,进而会影响岩溶区的岩溶动力学过程及碳循环.本文在贵州贵阳碳酸盐岩土壤剖面不同深度,埋设白云石、石灰石试片,进行了野外溶蚀试验,观测了试片溶蚀量、土壤CO_2、土壤pH及其他如土壤含水量、土壤矿物与化学成分、土壤水化学成分等影响凶素.结果表明:(1)施用农家肥降低了碳酸盐岩的溶蚀速率:石灰石的溶蚀速率降低了10.48%～53.90%.平均25.51%;白云石的溶蚀速率降低了25.0%～65.69%,平均39.45%.同样条件下土壤中石灰石溶蚀量比白云石大.(2)施用农家肥降低了当地的碳酸盐岩成土速度,降低了35.77%～37.27%.(3)施肥土壤更利于CO_2的产生:施肥剖面土壤中CO_2浓度比空白剖面CO_2浓度高22.52%～198.87%,平均高93.94%;施肥剖面地面CO_2通量比空白剖面地面CO_通量高67.64%.(4)施用农家肥减少了土壤对大气CO_2的沉降量,在贵州贵阳地区,减少的大气CO_2沉降量为25.50%～39.45%;间接地对岩溶水CO_2汇的作用产生了抵消作用,在贵州贵阳地区,抵消作用为59.41%～62.73%.     

碳的地下封存

引言 减少温室气体排放量的需要 随着地球大气层中二氧化碳和其他温室气体浓度的不断上升,自然温室效应不断增强,这将导致全球气候变化。这些气候变化的特征、程度和时限是不可确定的,但一种主要的气候变化是可预测的,即全球平均气温上升。图1中的观测结果表明,由于外在因素的影响,例如火山尘和太阳辐射输出,全球平均气温逐渐增加且很有可能已超出气候自然变化的范围。     

不同时间段青木关岩溶地下河水化学变化主导因素分析

利用多参数水质分析仪,对典型岩溶槽谷区重庆青木关岩溶地下河出口姜家泉的月尺度、农耕期和暴雨期3个不同时间段的水化学动态变化特征进行监测,通过主成分分析法,研究这3个不同时间段水化学变化主导因素的异同。结果表明:月尺度期间,电导率、pH值和Ca~(2+)、Mg~(2+)、K~+、Na~+、HCO_3~-受雨水稀释作用,使丰水期低于枯水期;水化学变化主要受5个主成分影响,累积方差贡献率为90.75%,但其主导因素是水-岩作用。农耕期,降雨携带残余的粪肥、氮磷钾肥汇入地下河,电导率和Cl~-、NO_3~-、K~+、Na~+浓度升高;水化学变化主要受3个主成分影响,累积方差贡献率为87.81%,但其主导因素是施肥活动。暴雨期间,各离子浓度变化经过平稳期、上升期、稳定期、特殊期4个阶段。上升期,降雨对地下河影响最大,导致水-岩作用增强,电导率和Ca~(2+)、HCO_3~-浓度上升;对地表土壤和化肥的冲刷淋溶作用显著,导致Al、Fe、Cl~-、K~+、Na~+和NO_3~-浓度明显上升。水化学变化主要受4个主成分影响,累积方差贡献率为80.09%,但其主导因素是水-岩作用、地表土壤和养分流失。     

柴达木盆地西部卤水特征及成因探讨

柴达木盆地自中生代末-新生代初以来,四周山体不断抬升,形成"高山深盆"的沉积环境,为盆地带来了大量盐类物质,再加上新近纪干旱封闭的气候环境,使得其西部沉积了广阔而厚层的岩盐.在对柴达木盆地西部新近系、第四系地层出露盐矿点实地考察的过程中,采集、分析了18件卤水样品的水化学组成.结果表明,卤水矿化度高,油田卤水富B3 、Li 、Sr2 和Br-等有益组分,其前缘第四纪形成的盐湖也有大量K 资源分布.通过离子含量及水化学特征系数,查明了卤水的水化学类型主要为氯化物型和硫酸镁亚型,地表浅层卤水富Mg2 、SO24-贫Ca2 ,而油田卤水富Ca2 ,贫Mg2 、SO24-.反映了油田卤水具有深部CaCl2型水体的特征,这种富Ca2 的卤水可能与白云岩化作用使卤水中的Ca2 增加而Mg2 减少,以及硫酸盐的还原作用使SO24-减少有关;地表浅层卤水接近青海湖湖水蒸发线,说明盆地卤水主要是由大气降水汇聚蒸发形成.通过卤水氢氧同位素的分析,发现卤水明显偏离于大气降水线,发生了明显的"氧同位素正漂移"现象,且卤水演化趋势线和当地大气降水线的交点与周围山体前缘的盐泉水的氢氧同位素值相近,地表浅层卤水主要分布在大气降水线附近,而油田卤水集中分布在变质水的范围内.说明地表浅层卤水主要是由大气降水汇聚而形成的;而深部油田卤水推测基本上来源于冰雪融水或雨水补给,这些冰雪融水或雨水沿着断裂带下渗,在迁移的途中发生了变质作用和深部地热水体掺杂作用,形成了深部油田卤水.     

三山岛海底金矿突涌水优势渗流通道与来源研究

在对巷道导水裂隙详细调查量测的基础上, 通过对导水裂隙产状的归纳总结, 结合涌水水样的温度、矿化度及氢、氧同位素的动态监测结果, 分析了三山岛金矿两个矿区的渗流优势方位以及矿坑水与地表水体的连通性。研究表明:西山矿区的渗流优势方位与最大水平地应力平行, 而新立矿区的渗流优势方位与最大水平地应力近于垂直; 西山矿区存在海水、基岩咸水和第四系淡水的稳定补给, 新立矿区的咸水和淡水补给量不断减小, 海水补给量不断增大; 新构造断裂对矿区渗流优势方位的控制作用大于采动裂隙, 使得西山矿坑与地表水体存在良好的连通性, 也控制着海水补给矿坑的方式; 而新立矿仅在采动裂隙的影响下与海水、咸水和淡水存在较弱的连通性。