典型岩溶小流域碳酸盐岩风化过程及其碳汇效应

陈发家; 肖琼; 胡祥云; 郭永丽; 孙平安; 张宁

doi:10.13745/j.esf.sf.2024.2.13

地学前缘 ›› 2024, Vol. 31 ›› Issue (5) : 449 -459. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2024.2.13

“综合生态系统碳循环与碳中和”专栏

典型岩溶小流域碳酸盐岩风化过程及其碳汇效应

陈发家 ¹^,² ,
肖琼 ²^,³^,^* ,
胡祥云 ¹ ,
郭永丽 ² ,
孙平安 ² ,
张宁 ²

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Weathering process and carbon sink effect of carbonates in typical karst small basin

Fajia CHEN ¹^,² ,
Qiong XIAO ²^,³^,^* ,
Xiangyun HU ¹ ,
Yongli GUO ² ,
Ping’an SUN ² ,
Ning ZHANG ²

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摘要

碳酸盐岩风化过程是一个吸收大气CO₂的过程,具有碳汇效应。利用岩溶区水体的水文地球化学特征揭示碳酸盐岩风化过程、计算流域岩溶碳汇通量是全球变化研究的一个重要方面。以广西柳州官村地下河流域(GGW)为例,2021年4个季度的监测结果表明:(1)$\mathrm{HCO}_{3}^{-}$和Ca²⁺是主要的阴阳离子,阴阳离子当量浓度和TDS浓度反映了碳酸盐岩强烈的风化作用;(2)水化学时空分布特征显示,GGW的水化学类型为HCO₃-Ca型,水岩作用过程除了H₂CO₃风化碳酸盐岩外,还有H₂SO₄和HNO₃风化碳酸盐岩;(3)在研究H₂CO₃、H₂SO₄和HNO₃共同参与的水岩作用过程中,用δ¹³C_DIC计算H₂CO₃风化碳酸盐岩的CO₂消耗量为2.38 mmol·L^-1,CO₂净消耗量用[$\mathrm{HCO}_{3}^{-}$]_mol-[Ca²⁺+Mg²⁺]_mol表示,平均净消耗量为1.98 mmol·L^-1,用CO₂净消耗量计算出的GGW无机碳汇强度(以CO₂计)C_m为86.37 t·km^-2·a^-1;(4)不考虑外源酸作用,利用水化学径流法计算出的GGW无机碳汇强度(以CO₂计)C_m为94.49 t·km^-2·a^-1,CO₂净消耗量是水化学径流法计算的CO₂汇量的91.41%;(5)碳汇强度为2008年的1.91倍,研究结果可为人工干预增加岩溶碳汇潜力评估提供一定的参考和借鉴。