云南白水台钙华水池中水化学日变化及其生物控制的发现

为弄清云南白水台泉及其下游钙华水池中水化学的日变化,选取1号泉及其流经的两个钙华水池(6号和10号)作为研究对象并对其水温、pH值和电导率进行了自动监测.根据Ca2+、HCO3-与电导率存在的线性关系,用WATSPAC软件计算了水中方解石的饱和指数和Pco2.监测发现:泉水不存在显著的水化学日动态变化,而两个钙华水池表现出显著的日动态变化.其中10号钙华水池在白天温度较高时水中的CO2大量逸出并通过水下水生植物的光合作用加速了水中碳酸钙的沉积.6号钙华水池水生植物生长茂盛,其叶片和部分枝干露出水面,因而光合作用主要发生在空中,所以此处水化学表现为白天pH值降低和电导率升高的反常现象,即由温度主导的根呼吸作用,在白天释放更多的CO2进入水体而使沉积下来的碳酸钙重新溶解.     

不同土地利用下岩溶水系统水化学日动态强度小波分析

土地利用/覆被变化会使岩溶水系统演化的化学驱动能——土壤CO2量发生变化,进而使得岩溶水系统的水化学日动态变化强度发生变化。小波分析方法可以有效识别岩溶水系统的水化学日动态变化强度,并给出定量化的指标。通过对亚热带季风气候区的贵州省陈旗、灯盏河与板寨岩溶水系统长达2年的水文水化学监测数据进行小波分析,发现有土壤覆盖但土地利用程度较高的岩溶水系统(陈旗和灯盏河),其排泄点水化学指标中CO2分压日动态强度要高于植被覆盖良好但岩石裸露的岩溶水系统(板寨)排泄点,说明岩溶水系统中土壤对水化学日动态强度的调控有着关键的作用。这一发现对于正确理解和评价不同土地利用下的岩溶作用及其碳汇强度差异有着重要的意义。     

对黎廷宇先生等所著"黔中碳酸盐岩和非碳酸盐岩上覆土壤CO2来源的回避研究”一文商榷

本人有幸拜读黎廷宇先生等所著"黔中碳酸盐岩和非碳酸盐岩上覆土壤CO2来源的对比研究"一文[1](原载<中国科学>2001年,第31卷,第9期,777～782页),觉得文中提供了很有价值的数据信息,但对这些数据的分析及得出的结论,深感有讨论的必要.     

碳酸酐酶对碳酸盐岩溶解的催化作用及其在大气CO_2沉降中的意义

CO_2向H~+和HCO_3~-的转换是一相对慢速过程。因此,其动力学可能决定碳酸盐岩的溶解速率。在灰岩和白云岩的溶解实验中,使用了自然界普遍存在的碳酸酐酶(Carbonic Anhydrase-CA)来催化这一COO_2转换反应。结果发现,对灰岩而言,加入CA后,其溶解速率在高COO_2分压时增加可达10倍,而对白云岩,其溶解速率增加主要在低COO_2分压时,可达3倍左右。这一发现表明,化学风化(包括碳酸盐岩溶     

答杨立铮先生“黄龙CO_2成因质疑”

首先感谢杨立铮先生对“不同岩溶动力系统的碳稳定同位素和地球化学特征及其意义”一文的兴趣和提出的疑问,今作如下答复: (1)在讨论用碳稳定同位素示踪物质的来源之前,我们必须了解碳所处的3种相态的同位素是不同的。据Denies等的研究,5℃(接近黄龙水点的温度)时开放系统条件下达到同位素交换平衡时,气相CO_2与液相HCO_3~-之间的同位素富集系数为9.7‰,即HCO_3~-(液相)相对于CO_2(气相)的δ~(13)C值重9.7‰,对于黄龙地区所研究的泉水而言,已测得从该泉水所释放的CO_2气的δ~(13)C=-6.8‰,则平衡时水中的δ~(3)C(HCO_3~-)=-6.8‰+9.7‰=2.9‰,这与黄龙沟水点(8个)实测的HCO_3~-的平均同位素组成δ~(13)C=3.01‰相当吻合,这说明,一方面系统是开放的,另一方面气相CO_2与水中HCO_3~-达到了碳同位素交换平衡。另据Denies等的研究可知,液相HCO_3~-与固相CaCO_3之间的同位素     

岩溶作用及其碳汇强度计算的“入渗-平衡化学法”——兼论水化学径流法和溶蚀试片法

岩溶作用通过碳酸盐岩溶解时消耗大气或土壤CO2成为重要的碳汇过程。本文首先简要介绍了定量评价岩溶作用及其碳汇强度的水化学径流法和碳酸盐岩溶蚀试片法及其优缺点,即水化学径流法仅适用于边界清楚且为全排型的流域,而试片法仅适用于土壤中不含碳酸盐矿物的条件。继而推导出了岩溶作用及其碳汇强度计算的“入渗-平衡化学法”(或称“潜在最大溶蚀法”),该方法的优点在于只要知道了相关地区的基本气候资料,如温度、降水和蒸发蒸腾数据,即可计算出该地区的岩溶作用及其碳汇强度。     

碳酸酐酶对碳酸盐岩溶解的催化作用及其在大气CO2沉降中的意义

CO2向H+和HCO3-的转换是一相对慢速过程.因此,其动力学可能决定碳酸盐岩的溶解速率.在灰岩和白云岩的溶解实验中,使用了自然界普遍存在的碳酸酐酶(CA)来催化这一CO2转换反应,结果发现,对灰岩而言,加入CA后,其溶解速率在高CO2分压时可增加10倍,而对白云岩,其溶解速率增加主要在低CO2分压时,可达3倍左右.这一发现表明,化学风化(包括碳酸盐岩溶解和硅酸盐风化)作用在大气CO2沉降和全球碳循环里的所谓丢失的汇中的重要性需要重新评价.毫无疑问,已往的研究由于未认识到CA在风化中的催化作用,因此低估了风化作用的速率,同样也低估了风化作用对大气CO2沉降的贡献.另一方面,也表明了研究自然界不同水体中CA分布及其活度和CA在自然界风化作用中的作用的必要性.     

5.12汶川地震对黄龙世界遗产地源泉水文地球化学的影响——高分辨率和高精度的水文地球化学监测证据

2008年5月12日的汶川特大地震不仅造成了惨重的人员伤亡和巨大的经济损失,而且对当地生态环境产生了严重的影响。本文根据黄龙钙华景观退化的人为和自然影响机理研究获得的部分高分辨率和高精度水文地球化学监测数据分析发现,大地震通过诱导控制黄龙源泉的深源断裂活动对源泉的水文地球化学产生了显著影响,主要表现为地震后泉流量、水温、电导率和CO2分压升高,反映出地震增加了地下向地表的水、热、钙离子和CO2通量。然而,地震对从泉水中沉积的钙华景观的后续影响以及汶川地震造成深源CO2向大气CO2释放对全球碳循环的影响,有待进一步的监测评估。      

流动CO2—H2O系统中方解石溶解动力学机制：扩散边界层效应和CO2转？…

利用旋转盘实验装置和高分子生物催化剂技术,笔者研究了流动ＣＯ２－Ｈ２Ｏ系统中方解石溶解动力学及其控制机制。实验发现,方解石的溶解既受到固－液界面间扩散边界层（ＤＢＬ）的控制,还受到扩散边界层内ＣＯ２慢速转换反应（ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ←→Ｈ＾＋＋ＨＣＯ＾）的控制。然而,高ＣＯ２分压（Ｐｃｏ２〉０．０１ａｔｍ）时,溶解主要为ＣＯ２慢速转换控制,而低ＣＯ２分压（Ｐｃｏ２〈０．０１ａｔｍ）时,溶解主要为扩散为边     

水生光合生物对茂兰拉桥泉及其下游水化学和δ~(13)C_(DIC)昼夜变化的影响

碳酸盐风化能否形成稳定持久碳汇很大程度上取决于风化产生的溶解无机碳(DIC)能否被水生光合生物利用及其利用程度,后者可通过地表水水化学和?13CDIC的昼夜变化进行探讨。本研究对冬季茂兰拉桥表层岩溶泉及其中游和下游池水的温度、pH、电导率(EC)和溶解氧(DO)进行了为期30 h(1月27日10:00至1月28日16:00)高分辨率(15 min/次)的昼夜动态监测和?13CDIC定期取样(白天每隔2 h,夜间每隔4 h)测定,以了解水生光合生物对水化学和?13CDIC昼夜动态变化的影响。同时,结合水面静态箱CO2测定获得的岩溶水与空气CO2交换通量,对生物碳泵效应进行了估算。结果表明,在少有沉水植物生长的泉口及其下游水池,水化学和?13CDIC的昼夜变化明显偏小,而在沉水植物(轮藻为主)大量生长的中游水池,水的DO、pH、SIC(方解石饱和指数)和?13CDIC在白天呈逐渐增加趋势,而在夜间逐渐降低,与水生生物的新陈代谢进程(白天以光合作用为主,晚上以呼吸作用占优势)相一致;另一方面,水的EC、3HCO?、Ca2+和p(CO2)(二氧化碳分压)呈现相反的变化趋势,即白天下降,晚上上升。计算得到中游水池因类似海洋"生物碳泵"效应固定下来的有机碳通量达到336 t C/(a·km2),是海洋的51倍,表明陆地水生生态系统应该作为"遗失碳汇"的一个重要方面继续进行研究。