基于H2O-CaCO3-CO2-水生光合生物相互作用的碳酸盐岩风化碳汇研究

It has been generally accepted that the carbon sink caused by chemical weathering of silicate rocks could control the long-term climate change. However, new observations have found that the rapid kinetic of carbonate dissolution and weathering of minor carbonate mineral in silicate rock watersheds are of absolutely importance in controlling the dissolved inorganic carbon (DIC) flux of the watersheds, and make the carbon sink by carbonate weathering significantly much larger than that by silicate weathering. Coupled with the uptake of DIC by photosynthesis of aquatic plants and the burial of the resulting organic matter, the carbon sink caused by carbonate weathering might be very important in controlling the climate change in any time scales, including both the short time scale for human development and the long geologic time scale. Based on the H2O-CaCO3-CO2-aquatic plants interaction, the proposal will systematically study the carbon sink by carbon weathering in groundwater–surface water system in typical karst watersheds, and assess the regulating potential of carbon sink caused by carbonate weathering via land use and land cover change (LUCC), which will serve for the policy-making in response to climate change. Main research focuses include: (1) Relationship between the diurnal, seasonal and rainstorm dynamics of watershed-scale carbon fluxes (DIC, TOC) and the climate change and LUCC. (2) Mechanisms and efficiency of DIC transformation to TOC by aquatic photosynthetic uptake in surface water systems in the typical karst watersheds (rivers, lakes and reservoirs).

学界普遍认为,是硅酸盐的风化碳汇在控制着长时间尺度的气候变化。然而,最新的研究发现,碳酸盐溶解的快速动力学和硅酸盐岩流域中微量碳酸盐矿物的风化在控制该流域溶解无机碳(DIC)通量上的绝对重要性,使得碳酸盐风化碳汇远高于硅酸盐风化碳汇，再加上水生光合生物对DIC的利用及其形成的有机碳(OC)的埋藏,使得碳酸盐风化碳汇无论在人类发展的短时间尺度还是地质长时间尺度气候变化的控制上可能都是重要的。本申请项目基于H2O-CaCO3-CO2-水生光合生物相互作用对我国典型岩溶流域地下-地表水系统碳酸盐风化碳汇进行系统研究,预测我国碳酸盐岩风化碳汇的土地利用调控潜力,以服务于我国应对气候变化的国家政策制定。重点研究:①典型岩溶流域碳(DIC+OC)通量的日变化、季节变化和暴雨动态及其与气候和土地利用的关系;②典型岩溶流域地表水系统(河流、湖泊、水库)水生光合生物利用DIC形成OC的机制和效率。

学界普遍认为,是硅酸盐的风化碳汇在控制着长时间尺度的气候变化。然而,最新的研究发现,碳酸盐溶解的快速动力学和硅酸盐岩流域中微量碳酸盐矿物的风化在控制该流域溶解无机碳(DIC)通量上的绝对重要性,使得碳酸盐风化碳汇远高于硅酸盐风化碳汇，再加上水生光合生物对DIC的利用及其形成的有机碳(OC)的埋藏,使得碳酸盐风化碳汇无论在人类发展的短时间尺度还是地质长时间尺度气候变化的控制上可能都是重要的。本项目基于H2O-CaCO3-CO2-水生光合生物相互作用对我国典型岩溶流域地下-地表水系统碳酸盐风化碳汇进行系统研究,预测碳酸盐岩风化碳汇的土地利用调控潜力,以服务于我国应对气候变化的国家政策制定。重点研究了①典型岩溶流域碳(DIC+OC)通量的日变化、季节变化和暴雨动态及其与气候和土地利用的关系;②典型岩溶流域地表水系统(河流、湖泊、水库)水生光合生物利用DIC形成OC的机制和效率。研究结果表明碳酸盐风化碳汇（达每年数亿吨）不仅影响了人类社会目前普遍关注的短时间尺度的气候变化，而且在自水生光合生物出现以来的长时间尺度气候变化的控制上可能也是主要的(相对于硅酸盐风化碳汇)。这无疑对 “只有钙硅酸盐风化才能形成长久的碳汇并控制长时间尺度的气候变化” 的传统观点提出了挑战。此外，研究发现气候和土地利用变化均能通过改变径流引起碳酸盐岩风化碳汇通量的变化（至本世纪末可达20%左右），因此以往“自然界中岩石风化碳汇通量短时间尺度上是基本不变的”认识值得商榷。这些数据与认识为现代碳循环模型的完善提供了重要的科学支撑。不仅有助于解决所谓的“全球遗失碳汇问题”，而且有助于揭示该地质过程在未来全球碳循环中的地位，以应对全球气候变化。最后，“土地利用变化对碳酸盐风化碳汇产生强烈影响”的发现为人类通过土地利用调控地质碳汇以应对全球气候变化提供了理论基础。