我国学者领衔提出偶联水生光合作用的碳酸盐风化碳汇学说

地球化学研究所 2018-05-07

  自气候变化的岩石风化控制学说提出至今,人们普遍认为,是硅酸盐的风化碳汇作用(CO2+CaSiO3ÞCaCO3+SiO2)在控制着长时间尺度的气候变化,而碳酸盐的风化作用(CaCO3+CO2+H2OÛCa2++2HCO3-)不具有这一功能,因为碳酸盐溶解过程中消耗的所有CO2又通过海洋中相对快速的碳酸盐沉积而返回大气。而最新的研究发现,碳酸盐溶解的快速动力学特性(比硅酸盐快100倍以上),以及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)浓度上的绝对重要性,使得碳酸盐风化碳汇占整个岩石风化碳汇达到90%以上,而硅酸盐风化碳汇可能不足10%。再加上水生光合生物对DIC的利用(Ca2++2HCO3-ÞCaCO3+CH2O+O2)及其形成的有机质的埋藏,使得由碳酸盐风化形成的大气CO2汇(图1)以往被严重地低估至实际值的1/3左右,达到每年近5亿吨碳。因此,碳酸盐风化碳汇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)。这无疑对传统的观点,即“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”提出了质疑。

  上述观点以“偶联的碳酸盐风化形成巨大且活跃的CO2汇”(Large and active CO2 uptake by coupled carbonate weathering)为题发表在地学顶级期刊Earth-science Reviews(地学论评)上,这是我国学者中国科学院地球化学研究所的刘再华研究员联合美国堪萨斯大学、佛罗里达州大学和西肯塔基大学等学者首次系统提出偶联水生光合作用的碳酸盐风化碳汇学说,文章从“碳酸盐矿物风化在硅酸盐岩流域DIC产生的重要性”、“碳酸盐风化对气候和土地利用变化的高度敏感性”、“水生光合生物对DIC的利用”、“偶联水生光合作用的碳酸盐风化产生巨大的CO2汇”、“风化碳汇随气候和土地利用变化增加”、“偶联的碳酸盐风化碳汇概念模型的应用”,以及“结论和展望”等章节进行了系统全面的阐述。

  审稿人认为该文为全球碳收支计算提供了一个新方法,即将碳酸盐矿物风化和水生光合作用偶联作为CO2捕获的重要机制,其中提出的概念模型是这一机制的令人信服的理论基础,因而是一个重要和不断演变的议题,值得充分考虑。

  该成果受到国家自然科学基金重点项目(41430753)和国家自然科学基金委员会-贵州喀斯特科学研究中心联合基金重大项目(U1612441)资助。

   

  图1 偶联水生光合作用的碳酸盐风化碳汇概念模型

  文章链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0012825217306153