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。     

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     

夏垫活动断裂CO_2、Rn、Hg脱气对环境的影响

为明确夏垫活动断裂排气的环境效应,采用土壤气测量方法,连续3年对北京东北部的夏垫活动断裂带CO_2、Rn和Hg的脱气浓度及通量进行重复原位测量,并计算了CO_2和Hg脱气对大气的年贡献量。结果表明,夏垫断裂土壤气浓度及通量的最大值出现在三河平谷大地震震中附近的潘各庄与齐心庄测区。潘各庄剖面土壤气中Rn、CO_2浓度异常明显,与震中附近岩体构造裂隙更发育有关,表明三河-平谷大地震对夏垫断裂脱气具有促进作用。夏垫活动断裂带通过脱气作用每年向大气排放CO_2约0.23 Mt、Hg约1.3 kg。其中,CO_2浓度较低,无窒息风险,部分测点Hg浓度高于18.32 ng/m~3,属一般程度污染,大东关、潘各庄部分测点Rn浓度高于50 k Bq/m~3,需对附近建筑物采取综合防氡措施。     

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。     

川中丘陵水旱轮作土壤—小麦系统CO_2排放及其影响因素

利用静态箱/气相色谱法对川中丘陵区水旱轮作区的小麦进行全生长季CO_2排放观测。结果表明:①土壤—小麦系统的CO_2排放通量存在着明显的日变化。凌晨4:00～6:00排放量最低,随着温度的升高,CO_2的排放量逐渐增大,在午后1:00～3:00达到峰值。分析表明,气温和地表温度与土壤—小麦系统CO_2排放通量之间存在显著的相关关系。②土壤—小麦系统CO_2排放都有明显的季节变化。分析表明,小麦生物量和气温与土壤—小麦系统CO_2排放季节变化之间存在显著的相关关系。③在小麦各个生育期中,CO_2平均排放通量常规处理>无氮处理>空白>裸地。水早轮作区小麦常规处理、无氮处理、空白点和裸地的CO_2排放通量的平均值分别为574.51、362.23、239.92、129.47 mg/(m~2·h)。     

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。     

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。     

“深时环境、气候与生命”主题专辑目次

<正>当前由于全球变暖趋势不断加剧,逐渐升高的大气CO_2浓度使地球向更温暖的气候状态发展,可能在未来百年尺度内达到"温室气候"。这种气候恰好不属于人类演化过程中和当前所处的"冰室"气候状态。因此,国际科学界面临的重大科学命题就是,地球如何从冷变暖进入"温室气候"状态?变暖过程中地表环境-气候-生物体系的变化及其相互关系如何?为了深入理解这种变化,以探究"深时(Deep     

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—     

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%.     

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。     

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,...     

大气降尘TEM观察及其环境矿物学意义

在X射线衍射等分析研究基础上，进一步用透射电镜对半封闭室内长期沉积的大气降尘进行观察，提供了合肥地区大气降尘物相组成和各种物相形貌特征信息，揭示合肥地区大气污染物来源占第1位的是地表扬尘，以粘土矿物为标志；占第2位的是来源于大气化学次生气溶胶，主要和SO2、CO2、NOx等气态污染物排放有关，以石膏、碳酸盐和易溶盐类为标志；占第3位的是来源于汽车尾气排放的烟尘，以炭球为标志；占第4位的是来源于燃煤烟尘排放，以球形玻璃珠为特征。TEM调查不仅为合肥地区大气气溶胶颗粒成因、城市大气污染物来源和污染控制对策提供准确资料和依据，而且为确定大气颗粒物来源提供了有效研究方法和物源判别标志。     

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。     

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。     

不同构造环境基性岩浆作用碳组成及其环境意义

地球内部的碳储量远高于地球表层系统,基性岩浆作用使地球深部的含碳挥发分排放到地球表层系统中,导致大气圈中CO_2和CH_4等组分含量及地表温度升高。本文总结了不同构造环境基性岩浆作用形成岩石中含碳挥发分的含量及其意义,认为大洋和大陆环境的玄武岩及基性岩浆侵入体中含碳挥发分均以CO_2为主,CH_4等烃类气体的含量较低。大洋玄武岩CO_2含量从洋岛玄武岩(210mm~3·STP/g,STP-标准温度压力条件,下同)、洋中脊玄武岩(263)、弧后盆地玄武岩(1060)到岛弧玄武岩(1246)逐步升高。大陆玄武岩的CO_2含量变化较大,西伯利亚二叠纪大火成岩省苦橄岩中CO_2(276.98)低于准噶尔盆地二叠纪玄武岩(643.99)。西秦岭造山带玄武岩CO_2含量为237.27mm~3·STP/g,而腾冲新生代玄武岩CO_2含量只有11.97mm~3·STP/g;华北-华南克拉通新生代玄武岩CO_2含量较低(140~202.8mm~3·STP/g)。镁铁质-超镁铁质侵入体CO_2含量为105~384mm~3·STP/g,含碳挥发分的组成与氧化还原条件有关,大规模基性岩浆作用排放大量的CO_2到地球表层环境系统,诱发了环境变化。     

甘肃宝积山盆地中侏罗世石拐茨康叶表皮构造及古环境意义

甘肃宝积山盆地中侏罗统窑街组发现茨康类植物化石,通过对其外部形态和表皮构造研究,认定为石拐茨康叶(Czekanowskia(Vachrameevia)shiguaiensis)。对比当前化石及其现存最近对应种(the nearest living equivalent species)—Ginkgo biloba L.的气孔比率,得到宝积山盆地在中侏罗世的古大气CO_2体积分数为1.55×10~(-3),数值接近GEOCARBⅢ碳平衡模型的拟合曲线,表明茨康叶属植物也是恢复古大气CO_2体积分数的良好材料。同时,通过角质层特征进行古环境重建,结果表明宝积山盆地在中侏罗世时期气候较为温和湿润。     

对流层大气氧化性研究进展

对流层大气氧化性是对流层大气自我清洁能力的一个重要指标,对流层中大多数痕量气体都是通过氧化过程清除的.回顾近半个世纪以来对流层大气氧化性的研究历史,对流层大气氧化性的研究无论是从测量技术还是模式研究方面都已取得了一定的进展.工业革命以来,由于人类活动的影响,CO、NOx和碳氢化合物等大气污染物排放增多,使得全球对流层大气OH浓度呈下降趋势,未来对流层大气氧化性的变化很大程度上也取决于这些气体的排放情况.利用全球三维大气化学传输模式MOZART研究中国地区对流层大气OH自由基的分布和变化趋势表明,与全球OH自由基变化趋势不同,近10年来中国东部地区OH自由基浓度趋于增加.未来对流层大气氧化性研究的关键问题仍是OH自由基测量技术的提高问题,OH自由基观测结果是完善对流层光化学机制和改进大气化学模式的先决条件.     

基于灰色关联分析法的松辽盆地CO_2地质储存适宜性评价

松辽盆地是中国主要的能源基地,随着中国振兴东北老工业基地政策的实施,如何应对工业和经济发展带来的CO_2排放量的增加,将成为亟需解决的问题。在盆地内进行CO_2地质储存将成为盆地内解决该问题的主要技术选择之一。以松辽盆地为研究对象,在深入分析松辽盆地CO_2地质储存条件的基础上,从储存规模、储存安全性和社会环境风险及经济适宜性4个方面综合考虑,构建了由16个指标组成的松辽盆地CO_2地质储存适宜性评价指标体系,利用灰色关联分析法对松辽盆地33个二级构造单元进行了盆地级适宜性评价工作,评价结果为进一步场地级目标靶区的筛选提供了科技支撑。     

松辽盆地晚三冬期的黑碳记录及其古环境意义

黑碳(BC)是生物质和化石燃料等不完全燃烧产生的含碳物质,古老沉积物中的黑碳记录可以重建过去的火灾事件和陆地植被演化历史。文中通过对晚三冬期松辽盆地姚家车站剖面、后金沟剖面和岳王城剖面的黑碳记录进行分析,来揭示嫩江组一段到二段下部的火灾事件、气候特征及植被变化信息。研究结果显示:嫩江组一段BC的含量较低,为0%~0.22%,表明可能存在的火灾事件规模很小;在该段时期有几次BC/TOC值较高,暗示着小规模的火灾事件。在嫩二段下部BC的含量突然升高,最高可达1.4%,反映了大规模火灾事件的发生。黑碳的稳定碳同位素(δ~(13) CBC)数据表明:在嫩一段,黑碳的δ~(13) CBC值(-29.4‰~-25.0‰)表现为逐渐偏正的趋势,可能是由大气CO_2浓度逐渐降低所导致;在嫩二段下部,δ~(13) CBC值先呈现突然偏负的趋势,可能是由于大规模的火灾事件以及火山活动引起的大气CO_2浓度短暂升高以及植被类型的变化所造成的,之后δ~(13) CBC值又表现为逐渐偏正的特征。综合来看,在嫩江组一段仅发生小规模火灾事件,嫩二段下部则发生大规模火灾事件,由嫩江组一段到二段下部大气CO_2浓度呈现降低—升高—再降低的变化趋势。