冰缘区化学风化速率及对大气中CO2扣除能力研究

Terrestrial Chemical weathering influences the Global Carbon cycle at short and long-term scales, and Climate Change on Glacial-interglacial time scales. Consequently, it has received great attention in research field. Qiyi Glacial catchment located in Qilian Mountain and Yulong Glacial located in Hengduan Mountains will be selected to observe precipitation, temperature, humidity at different altitude, water level, velocity of water, average water rate between two different stream gauging station measured during the field survey. Water, snow and rock samples collected in these two catchments will be analysed by IC, ICP-MS and XRD to measure the concentration of anion, cation, elements and lithology of rocks. The spatial distribution of precipitation, temperature, humidity and chemical composition of precipitation will be constructed in research region by calculus of interpolation. The influence of precipitation to chemical composition of runoff calculated, studying the dissolution rate of elements and tracing the source. The hydrochemical method will be used to research the rate chemical weathering and CO2 sequestered from atmosphere. The effect of temperature and precipitation on the rate of chemical weathering studied. Contrastive Studies of the rate chemical weathering and CO2 sequestered from atmosphere calculated from two catchments, in order to the study the sensitivity of chemical weathering to climate change.

化学风化在短时间尺度和长时间尺度上影响全球碳循环，在地质年代时间尺度上影响气候变化，受到了科学界广泛关注。本项目将在青藏高原东北部祁连山"七一"冰川和东南部的横断山脉玉龙雪山流域开展降水、温湿度梯度观测、水文断面水位和流速观测；采集冰缘区径流样、径流中悬浮物样、岩石样，收集降水样和冰面雪样，分析其中阴、阳离子浓度、元素含量和岩石岩性；应用插值方法建立降水量、温湿度及降水化学在研究区的空间分布关系，计算降水对径流中化学物质的贡献；计算径流中各种元素的溶出速率常数及其影响因素，解析其来源；应用水化学方法和DEM数据研究冰缘区化学风化速率及对大气中CO2扣除速率，揭示温度、降水和岩石岩性对其影响；对比分析海洋性冰川流域与大陆性冰川流域化学风化速率及对大气中CO2消耗速率，揭示化学风化对气候变化的敏感性。对进一步阐明化学风化在冰期旋回中的作用具有重要的科学意义。

IPCC报告指出化石燃料燃烧排放的CO2是造成大气中CO2丰度增加的主要因素。2003年IPCC专题报告中给政策制定者提供了CO2的捕获与存储的技术评估报告。而化学风化是地球系统自我调节的手段，全球大陆化学风化每年吸收大气中CO2约0.7Gt C，与陆源生态系统每年向大气净释放CO2约0.3 Gt C，海洋年净吸收1.7~2.8 Gt C的数量级相同。可见化学风化在自然界碳循环过程中扮演重要较色。本项目通过对两个不同类型冰川流域的化学风化研究发现：.①冰川流域径流水化学存在显著的时空变化特征。七一冰川冰中稳定氢、氧同位素比值分布范围较宽，拟合的大气水线方程为δD=8.15×δ18O+18.84，R2=0.98，海螺沟冰川流域降水中δD=8.44×δ18O+19.07，R2=0.96。七一冰川冰面融水的大气水线方程δD=7.12×δ18O+8.91，R2=0.85，说明冰面融水径流是雪冰的升华和汇流时蒸发后的残留液。冰川区径流中δD和δ18O值大于冰面融水，水文站径流中最大。随径流演化，同位素比值向偏正的方向发展。在海螺沟流域降水中δD和δ18O也较分散，相对于七一冰川偏负。冰川区融水径流中δD和δ18O相对于七一冰川偏负约7‰和55‰。.②七一冰川区降水化学离子浓度是海螺沟降水中的3倍多，表现出降水化学的区域差异，但是Ca2+，SO42-，NO3-是两地降水中浓度最大的离子。径流中所测的离子中，Ca2+，SO42-依然是优势离子。在化学风化开始阶段，海螺沟冰川流域径流中K+浓度增加最快，七一冰川则是Na+。但在七一冰川发现随水岩作用时间的增加，Mg2+增加的速率超过了Na+。在更长的时间尺度上，水化学组成依然受到流量的影响。.③冰川区径流中离子主要来源于化学风化过程，在七一冰川流域大气降水贡献占到总离子通量的3.12%。扣除降水来源后流域化学风化速率为16.48 t/(km2•yr)，其中碳酸岩来源约59.25%，蒸发岩约18.57%，硅酸岩约14.52%。与位于中高纬度冰川流域化学风化速率近似，小于全球平均水平19.32/(km2•yr)，大于与其径流深相近或较小的大江大河流域。对大气中CO2消耗速率为2.36×105 mol/(km2•yr)，与径流深远大于七一冰川流域的北美及阿尔卑斯山区冰川流域以及温带湿润地区的相近。海螺沟冰川流域化学风化速率为81.90 t