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——以我国几个典型岩溶地区为例

结合水化学的野外观测及室内计算,作者对桂林岩溶试验场、四川黄龙风景区和贵州乌江渡坝区3个岩溶动力系统的碳稳定同位素特征进行了分析,进而对系统的性质、系统中CO_2的来源、碳酸盐沉积过程中的碳同位素动力分馏、水化学和钙华的成因及热水钙华的~(14)C测年等地球化学问题作了探讨。结果表明,桂林岩溶试验场属于表层岩溶作用动力系统,其中的侵蚀动力主要来源于大气降水溶解土壤中的CO_2;四川黄龙风景区属于深部岩溶动力系统,侵蚀动力来自大气降水溶解幔源的CO_2;贵州乌江渡坝区岩溶系统,虽然属于表层岩溶动力系统,但其中一部分的同位素和水化学特征已受到人类活动的重大影响。     

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。     

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     

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.     

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     

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     

缺土的板寨原始森林区岩溶地下河系统的水—碳动态特征

利用水文水化学自动记录仪, 对缺土的板寨原始森林区岩溶地下河系统径流排泄点进行了3个水文年(2007-01—2010-06)的自动监测, 运用水均衡计算、岩溶水流量衰减分析和H、O稳定同位素等方法, 对该地下河系统径流排泄点的水—碳动态进行了研究.结果表明: (1)原始森林的蒸散发异常强烈, 入渗系数低, 地下河产流少; (2)在缺乏土壤盖层的条件下, 即使是原始森林, 其水文(Q)、水化学(HCO₃-浓度)调控能力仍然有限, 因而岩溶作用强度和碳汇能力较低.这些特征反映出土壤在水资源和碳循环调控中的重要作用.      

碳酸盐风化碳汇与森林碳汇的对比——碳汇研究思路和方法变革的必要性

目前,全球碳循环研究主要集中在海洋碳汇以及陆地土壤和植被碳汇,而对岩石风化碳汇仅考虑地质长时间尺度的硅酸盐风化作用,而认为碳酸盐风化在长时间尺度上对碳汇无贡献。然而,碳酸盐相对于硅酸盐有快得多的溶解速度,且对全球变化(特别是气候和CO2变化)的响应迅速,同时由于生物作用和人为活动的影响,使得碳酸盐风化碳汇的能力需要重新评价。最新的研究发现,由碳酸盐溶解、全球水循环及水生生物光合利用溶解无机碳共同作用,即水-岩-气-生相互作用形成的大气碳汇,远远大于之前只估计了河流输运的无机碳汇,其量级与森林碳汇量相当,因此有必要对传统的碳汇研究思路和方法进行某些变革,这有可能为解决所谓的全球“碳失汇”问题找到一条出路。      

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。