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.     

火山区CO_2气体释放研究进展

不同构造域的火山释放CO_2气体的方式、机制和规模具有明显的差异。在全球变暖的大背景下,定量化研究不同类型火山区CO_2气体的释放通量、模拟及计算火山气体的来源演化,对于估算地质源温室气体释放对大气圈温室气体增加的贡献,以及理解地球的深部碳循环过程具有重要意义。近年来,全球火山区CO_2气体释放研究取得了显著进展,尤其在定量研究火山区CO_2气体释放通量的方法、气体源区与地球动力学背景的判定以及不同构造背景的火山区CO_2气体释放特征等领域取得了重大成果。本文综述了不同构造域火山区CO_2气体释放研究的最新成果,详细介绍了我国新生代典型火山地热区的CO_2气体释放研究进展。     

火山区温室气体排放研究进展

火山活动是地球深部脱气的重要途径之一,它在大气圈温室气体浓度变化及全球碳排放研究中具有重要的作用。以国外火山气体研究成果为基础,概述火山气体的研究内容、研究方法（包括样品采集、实验室测试）,并重点探讨国外间歇期火山区土壤脱气、温泉脱气及喷气孔脱气的温室气体排放通量估算方法及其相应规模。结果表明,全球范围内火山间歇期土壤...     

中国大陆地质源温室气体释放

国内外大量研究表明,当今大气圈温室气体浓度的增加是自然因素和人类活动共同作用的结果。地质源温室气体释放是导致当前大气圈温室气体浓度增加的重要自然因素之一。火山-地热区、泥火山系统与油气盆地、巨型活动断裂带等是地质源温室气体的主要释放类型。在当前强调温室气体减排的国际背景下,定量化地评估地质源(主要包括火山-地热区、泥火山系统与油气盆地、巨型活动断裂带等)的温室气体释放通量,对于深入了解人类活动与大气圈温室气体浓度变化的联系至关重要。本文基于中国大陆重要的地质源(主要包括火山-地热区、泥火山系统与油气盆地、巨型活动断裂带等)温室气体的释放特点,重点综述了中国新生代火山-地热区温室气体释放通量与成因研究的近期成果,并进一步讨论了火山-地热区温室气体成分与释放通量的连续观测在中国活火山监测与减灾防灾研究中的应用前景。     

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。     

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.     

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。     

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.     

腾冲新生代火山区CO2气体释放通量及其成因

许多研究结果表明,休眠期火山主要通过喷气孔、温泉以及土壤微渗漏三种方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之一,同时也是主要的水热活动区,但是关于温室气体释放通量的研究却鲜有报道。本文首次估算了该地区土壤微渗漏和温泉水的CO2释放通量,并根据气体成分的分析结果探讨了这些温室气体的来源。2012~2013年连续两年使用密闭气室法现场测量了土壤微渗漏CO2通量,结果表明,马站、热海-黄瓜箐和五合-蒲川-团田三个地区通量较高,其中,热海-黄瓜箐地区平均通量最高,马站次之,五合-蒲川-团田地区最低。较高的土壤微渗漏CO2释放地区同前人推断的岩浆囊的分布在空间上具有较好的一致性;三个地区气体的3He/4He比值较高,三端元模拟结果表明,它们均有较高含量的幔源He释放;根据气体CO2/3He与δ13CCO,CO2模拟计算,CO2主要来源于碳酸盐矿物的脱碳作用和岩浆脱气。由此推断2的释放同深部的岩浆囊具有重要的成因联系,它为碳酸盐矿物的脱碳作用提供了主要的热源,同时也是重要的物质来源。根据土壤微渗漏CO2平均通量及火山、地热异常区的分布面积估算出三个地区土壤微渗漏CO2的释放通量分别为1.8×106t/a(马站),3.2×106t/a(热海-黄瓜箐)和2.0×106t/a(五合-蒲川-团田)。腾冲新生代火山区每年通过土壤微渗漏向大气圈释放CO2的量至少可达7.0×106t,为意大利Etna火山区释放CO2通量(1.4×107t/a)的二分之一。通过水岩相互作用计算温泉水中CO2气体的释放通量为4.9×104t/a。腾冲温泉气泡及温泉水向大气圈释放CO2气体的总通量为5.3×104t/a,远高于意大利Vulcano火山区温泉释放的CO2总通量(3.7×103t/a)。     

藏南新生代火山-地热区温室气体的释放通量与成因——以谷露-亚东裂谷为例

印度-亚洲大陆俯冲带是地球深部碳循环的重要场所,在全球气候变化研究中占有至关重要的地位。谷露-亚东裂谷是青藏高原南部规模最大、延伸最长的近NS向拉张性裂谷,裂谷内出露新生代火山岩和多处大规模地热区,正在向大气圈释放巨量的温室气体。利用密闭气室法测量并计算得出的谷露和羊应火山-地热区的土壤微渗漏CO_2的平均释放通量分别为436.8g·m~(-2)·day~(-1)和99.0g·m~(-2)·day~(-1),接近具有潜在喷发危险的美国黄石公园火山-地热区(410g·m~(-2)·day~(-1))和加利福尼亚州Mammoth Mountain火山区(107.9g·m~(-2)·day~(-1))的CO_2平均释放通量,表明谷露-亚东裂谷的深部地热流体活动异常强烈。此外,在野外考察的基础上,通过实验室测试和理论计算估算了谷露-亚东裂谷每年以土壤微渗漏的形式向当今大气圈释放的CO_2总量约为1.76×107t,与西特提斯俯冲带前缘的意大利Apennine火山区CO_2的释放总量(1.32×10~7t·a~(-1))属于同一个数量级。因此,印度-亚洲大陆俯冲带是全球地质碳脱气的重要场所。气体地球化学特征显示,谷露-亚东裂谷内火山-地热气体的He同位素比值(0.10~0.29RA,RA为大气3He/4He比值)和δ~(13)CCO_2值(-7.20‰~-0.78‰)在空间分布上表现为,从南至北呈逐渐递增的变化特征,显示裂谷内火山-地热区气体在南北方向上可能具有不同的动力学成因机制。具体来讲,δ~(13)CCO_2值自南向北递增的趋势,可能与裂谷南北方向地层岩性存在差异有关;裂谷内火山-地热气体的He同位素比值高于0.1RA,揭示"重要的地幔组分",同时裂谷内地幔来源的流体组分从南向北逐渐递增的趋势表明,印度大陆岩石圈的向北俯冲作用是导致谷露-亚东裂谷内剧烈的水热活动和大规模温室气体释放最终的动力来源和成因机制。