全球碳酸盐岩与硅酸盐岩风化碳汇估算

来源 :贵州师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tai_2036580
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大陆岩石风化碳汇量级的精确估算对于平衡全球碳收支具有重要意义。针对现有研究中适用于碳酸盐岩风化碳汇估算的水化学径流法尚未成功用于全球像元尺度的计算,全球长时间序列的硅酸盐岩风化碳汇的研究略显不足,其时空演变趋势尚未清晰,以及在估算硅酸盐岩风化碳汇过程中排除碳酸盐影响的方法未能得到有效完善等问题。基于全球主要岩性数据、水文水化学数据以及主要因子的空间数据(降水(P)、径流(q)、实际蒸散发(ET)和土壤水分(SM)等),利用水化学径流法、随机森林算法、正演模型、FHCO3--RCO2模型、物理侵蚀通量模型以及West模型等方法模型,本研究估算出全球主要流域的碳酸盐岩风化碳汇量并将其推广到全球空间像元尺度。估算出1992-2014年全球硅酸盐岩(花岗岩和玄武岩)风化阳离子碳汇量与实际风化碳汇量,并将碳酸盐岩风化碳汇与硅酸盐岩风化碳汇进行对比分析,揭示它们在像元、柯本气候类型、各大洲、国家和区域尺度上的空间分布格局及演变规律。主要得出如下结论:(1)全球主要流域的碳酸盐岩风化碳汇总量(Tcarb)为0.12Pg C yr-1,通量(Fcarb)均值约为2.16 t km-2 yr-1,在热带与暖温带的Tcarb总量占主要流域的62.95%。Fcarb经纬度分布上存在九个明显的关键带。喀斯特出露流域的平均Fcarb约为非喀斯特流域平均Fcarb值的3倍。(2)碳酸盐岩地区的q和碳酸氢根离子通量(FHCO3-)整体呈现出上升趋势。研究期间全球碳酸盐岩风化碳汇通量(Fcarb)均值为4.41t km-2 yr-1,总量约为0.1Pg C yr-1,整体表现出略微上升趋势(5.0×10-4yr-1)。柯本气候类型下暖温带Fcarb(6.06t km-2 yr-1)略高于热带Fcarb(5.85 t km-2 yr-1)。在空间上Fcarb存在极显著增加和极显著降低两种变化类型,极显著降低的面积(59.35%)略高于极显著增加区域(40.65%)。(3)1992-2014年全球FHCO3-均值为3.71 t km-2 yr-1,总量(THCO3-)可达0.67Pg C yr-1,总体呈现上升趋势(2.5×10-3 yr-1)。在空间变化上,增加的区域虽然面积略小于减少区域的面积,但其变化程度约是减少区域变化程度的1.24倍。亚洲THCO3-值约占全球的30.43%,而大洋洲FHCO3-(6.20 t km-2 yr-1)在各大洲中高居首位。全球FHCO3-纬度上与q,ET和P具有较相似性的分布趋势。玄武岩地区的FHCO3-整体上略低于花岗岩地区。(4)全球平均物理侵蚀通量(E)为204.49 t km-2 yr-1,平均厚度为7.57 cm ka-1,呈现波动上升趋势(约0.26yr-1)。玄武岩的E(388.19t km-2 yr-1)略高于花岗岩E(379.51 t km-2 yr-1)。全球超过三分之二(69.32%)的E介于10-500 t km-2 yr-1。全球84.65%的区域E表现为基本稳定,但存在5.15%极显著增加区域,显著增加区域往往分布于极显著增加区域的边缘。(5)全球花岗岩风化阳离子总量(Tcatgra)约为32.46Tg C yr-1,总体呈现出缓慢上升趋势(4.8×10-33 yr-1)。各大洲中亚洲的Tcatgra占据首位(36.92%)。E与Fcatgra之间具有显著相关性(R2=0.96)。全球实际花岗岩风化碳汇通量(Fgra)约为2.35 t km-2 yr-1,约有3/4的花岗岩区域的Fgra的呈现极显著增加趋势。发现五个国家(加拿大、巴西、俄罗斯、中国和美国)的实际花岗岩风化碳汇总量(Tgra)占全球的55.15%。(6)玄武岩风化阳离子碳汇总量(Tcatbas)为31.53Tg C yr-1,整体表现出下降趋势(-0.03 yr-1),其值域分布范围(28.80-34.47Pg C yr-1)跨度约是Tcatgra的2.3倍。玄武岩地区的q与Fcatbas通量的相关程度(R2=0.72)远大与花岗岩地区。实际玄武岩风化碳汇通量(Fbas)约为4.08 t km-2 yr-1,整体也呈现略微下降趋势(-3×10-3 yr-1),年际最大变幅为0.35 t km-2 yr-1。空间变化上发现约70.32%的玄武岩地区的Fbas表现出显著增加的趋势。本研究最新估算的岩石风化碳汇总量(碳酸盐岩与硅酸盐岩)约占全球陆地剩余碳汇总量的32%,这表明岩石风化碳汇,尤其是化学风化速率较快的碳酸盐岩风化碳汇,可能在平衡全球碳收支中占据不可忽视的地位。因此,这项工作将对于平衡全球碳收支具有一定参考意义,此外对于全球碳循环和气候变化研究具有重要参考价值。
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