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第四纪研究 2011年第03期杂志 文档列表

第四纪研究杂志化学风化与CO2封存专辑

中国河流流域化学风化和全球碳循环397-407

摘要：通过研究中国境内九大水系中大河流域的河水、大气降水、沉积物和岩体中的化学成分并结合水文信息，对流域中的化学风化作用及其消耗大气CO2的能力与机制进行了粗略的调查，探讨了不同气候、岩性、地形、植被等条件下化学风化的变化趋势，分析了控制风化反应的因素，为在我国境内进行CO2捕获与封存的场地、矿物类型选择提供了参考和依据。研究结果表明，我国境内河流流域硅酸盐和碳酸盐风化所消耗的大气CO2分别为421×10^9～627×10^9mol／a和1323×10^9～2025×10^9mol／a，占全球河流消耗总量的4．8％～7．1％和11．1％～16．1％，显示我国作为岩溶大量分布的国家，碳酸盐风化作为一个短时间尺度上的碳汇对全球碳循环的影响更为突出。长江、黄河和珠江3条河流流域硅酸盐风化所消耗的大气CO2量占全国河流的约2／3，而碳酸盐风化消耗的大气CO2量占全国河流的近90％。通过对比一些典型硅酸盐岩地区河流的化学风化特征发现，热带气候条件下流经玄武岩地层的海南南渡江有着最高的硅酸盐风化速率（7．2×10^5mol／km^2·a），与赤道附近的新几内亚岛上河流相近。而在岩性相似的情况下，大气CO2消耗速率与气温和降雨量呈正相关，与海拔成反相关关系。

第四纪研究杂志简讯

《第四纪研究》2011年第4期主要论文预告407-407

第四纪研究杂志化学风化与CO2封存专辑

流域化学风化过程的碳汇能力408-416

摘要：通过对已有工作较为全面的分析，综述了流域化学风化过程对大气CO2的吸收能力。陆地岩石的化学风化过程是联接地球各大碳库的关键环节。在地质时间尺度上陆地岩石的化学风化，尤其是硅酸盐岩的化学风化构成全球生物地球化学循环的重要碳汇，是调节地球气候性质使之相对稳定的关键表生地质过程。河流在陆地向海洋的物质输送中担任着重要角色，并且记录了流域内发生的各种自然过程和人类活动的信息。通过观测河流输送物质的化学组成，运用Gibbs图解法、质量平衡法和同位素示踪技术可以研究流域内各种岩石化学风化对化学径流组成的贡献，并据此计算出流域岩石化学风化的速率及其对大气CO2的消耗通量。影响地表化学风化速率的环境因子存在地域差异，进而导致地质碳}亡的空间分布也存在较大差别。北半球湿热季风地区的地质碳汇在全球碳的生物地球化学循环中具有重要意义。我国湿热地区化学风化过程的地质碳汇能力相当于13亿人口人均固定CO2量大约为55kg／a，可抵消我国部分碳排放量。

珠江水系桂平、高要和清远站河水化学组成的季节变化及对化学风化研究的意义417-425

摘要：文章报道了珠江水系桂平、高要和清远3个站河水主要离子及部分微量元素近一年持续观测数据。结果显示，河水中的Cl^-主要通过夏季风降雨从海洋输送而来，Cl^-／Na比值呈现季风雨季较高的特点，K含量则与Rb含量显著相关，指示河水中K主要是由硅酸盐化学风化贡献，而Rb／K比值与水温呈现负相关的关系，暗示植物分解对河水中K的贡献不大。3个站点中河水的主要离子及微量元素均主要来自碳酸盐的化学风化的贡献，相对而言桂平站碳酸盐化学风化的贡献最大，高要站次之，而清远站则来自硅酸盐化学风化的贡献较大。流域的化学风化存在明显的季节性变化，硅酸盐的化学风化主要呈现夏秋季节较强，冬季相对较弱的特点，而碳酸盐的化学风化也呈现显著的季节波动，但3个站的变化样式并不一致，可能存在更复杂的控制因素。

大气CO2汇：硅酸盐风化还是碳酸盐风化的贡献？426-430

摘要：至今人们仍普遍认为：是硅酸盐的化学风化碳汇作用在控制着长时间尺度的气候变化，而碳酸盐的化学风化作用不具有这一功能，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。本研究发现，碳酸盐溶解的快速动力学特性（比硅酸盐快100倍以上）以及硅酸盐流域中少量碳酸盐矿物在控制流域溶解无机碳（DIC）上的重要作用，再加上水生生物光合作用对DIC的利用，使得由碳酸盐风化形成的大气CO2汇以往被严重地低估至实际值的1／3左右，达到4．77亿吨C／a，从而使得碳酸盐风化碳汇占整个岩石风化碳汇达到94％，而硅酸盐风化碳汇仅6％左右。因此，我们认为碳酸盐风化碳汇不仅控制了人类社会目前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地质长时间尺度气候变化的控制上可能也是主要的。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地质长时间尺度的气候变化”提出了质疑。

桂林毛村岩溶区与碎屑岩区林下土壤碳迁移对比及岩溶碳汇效应研究431-437

摘要：桂林毛村岩溶地下河流域位于桂林市东南30km的潮田毛村，流域面积约10km^2，为开展岩溶区、碎屑岩区土壤碳迁移对比研究，选择具代表性的林下棕色石灰土、红壤剖面各一个开展以月为观测周期的土壤呼吸排放CO2速率、同位素动态变化及其土壤剖面不同层位CO2浓度时空分布的动态观测，进而分析岩溶动力系统中土壤碳迁移特征及岩溶碳汇作用机制。结果显示：1）岩溶区石灰土的土壤呼吸排放CO2速率明显低于碎屑岩区红壤的，岩溶区土壤呼吸速率的变化幅度为23．12～271．26mgC／m^2·h，碎屑岩土壤呼吸速率的变化幅度为51．60～326．28mgC／m^2·h；如以年平均值计算，则岩溶区土壤呼吸排放CO2的量要比碎屑岩区红壤少25．12％；2）岩溶区石灰土土壤呼吸排放CO2的δ^13℃值比碎屑岩区红壤的偏重，岩溶区土壤呼吸排放CO2的δ^13C值为-29．35‰～-18．26‰，平均为-22．68‰，碎屑岩区为-29．21‰—-22．60‰，平均为-26．21‰；3）岩溶区石灰土剖面中CO2浓度出现双向梯度，且水热条件良好的季节双向梯度表现更明显，而碎屑岩区红壤剖面中则出现随土壤层深度的增加，土壤CO2浓度增加的一向梯度；如以剖面中CO2浓度的平均值计算，则岩溶区石灰土中CO2浓度的变化幅度为0．05％～0．60％，年平均0．25％，而碎屑岩区红壤的变化幅度为0．05％～1．09％，年平均0．57％。这意味着岩溶区土-岩界面石灰岩的溶解消耗吸收土壤下层CO2，即土壤中岩溶作用产生碳汇的过程。

基于二氧化碳封存的水镁石反应动力学研究438-446

摘要：缓慢的矿物溶解速率以及溶解介质难以回收一直是影响CO2矿物封存发展的两个难点。本文提出了一种新的以可循环的氯化铵溶液作为中间媒介的CO2矿物封存工艺。在此基础上，选取水镁石作为富镁硅酸盐矿物的代表，系统地研究了水镁石在氯化铵溶液中的流-固两相的反应动力学。结果表明该溶解反应符合Avrami经验模型。反应速率随反应温度、氯化铵溶液浓度的增加而增大，随固液比值、矿石粒径的增加而减小。该反应表观活化能为47．47kJ／mol，表明反应主要受表面化学反应控制。

中国超基性岩封存CO2的潜力研究447-454

摘要：大气CO2浓度上升引起的气候效应正受到国际社会的高度关注。超基性岩石与CO2反应可生成稳定的碳酸盐矿物而永久性地固定CO2，有效地降低人类活动排放到大气中CO2浓度，从而缓解日趋严重的温室效应带来的全球气候恶化。根据各省《区域地质志》记载的超基性岩体的岩石学、地球化学资料，按照公式：r=1／3·a·t·r·d·（1-φ）计算，对各省市自治区的CO2封存量进行了详细统计和评估。计算表明，中国超基性岩封存CO2的潜力巨大。总封存量可达13．02×10^12t CO2，约为2008年全国CO2总排放量的1887倍。其中超过11．55×10^12t CO2的封存量（占全国总量的89％）在西藏和新疆地区，其他地区占全国的11％，总量达到1．46×10^12t CO2，相当于2008年全国总排放量的212倍，因此具有较高的碳封存潜力。由于各省工业产业结构分布的不均匀导致CO2排放量有着很大的差异，因此利用超基性岩封存CO2的潜力相差悬殊。东南沿海和华南地区等经济发达地区相对封存储量较少，应考虑其他方式来封存。

华北平原CO2地下埋存潜力研究455-463

摘要：以CO2地质埋存的观点开展华北平原CO2埋存地质学研究，通过对主要地质要素的分析，阐述冀中坳陷的地质背景和构造演化，提出在华北平原具有3层区域性的CO2封盖-储存结构：即顶层馆陶组-明化镇组组合，中层古近系多次湖盆演化形成的储盖组合以及底层古潜山碳酸盐岩储层，并且对它们的岩石性质、圈闭类型与水文地质特征进行较详细的论述，同时讨论了埋存地区的构造稳定性，初步评估冀中坳陷CO2埋存潜力，建议将冀中坳陷列为CO2地下封存的试验候选区。

应用超基性岩尾矿封存CO2——以金川铜镍矿尾矿为例464-472

摘要：通过CO2矿物封存可以降低人类活动产生的温室气体的排放，富镁硅酸盐矿物经碳酸盐化作用转化为镁碳酸盐矿物可以实现CO2的封存，而超基性岩尾矿是CO2矿物封存的理想原料。我国可用于封存CO2的超基性岩尾矿包括铜镍矿尾矿、石棉尾矿、蛇纹石尾矿以及钒钛磁铁矿尾矿等。本文重点介绍金川铜镍矿尾矿的粒度、矿物组成、常量和微量元素，以及其自然风化固碳能力和CO2封存潜力。该研究通过对金川铜镍矿1号尾矿坝和2号尾矿坝样品的粒度、元素、红外光谱、扫描电镜、X-射线衍射以及选择性淋溶结果分析，发现1号尾矿坝和2号尾矿坝中五水菱镁矿（lansfordite）的平均含量分别为4．19wt％和1．95wt％，初步估算出金川铜镍矿尾矿自然风化固定大气中CO2的量高达70．68×10^4t。对尾矿中所含有价金属进行综合利用可以极大的降低CO2矿物封存成本。

基性岩油气储层的CO2封存潜力及可行性初探——以下辽河坳陷青龙台辉绿岩油气藏为例473-482

摘要：辉绿岩油气藏储层一方面含有大量可与CO2反应生成碳酸盐的造岩矿物，另一方面又有枯竭油气藏的良好储（储集空间）、运（运移通道）、盖（盖层条件）和保（保存能力），是潜力大、实施易、成本低和安全性高的CCS（CO，Capture and Storage）靶区。本文在对位于渤海湾盆地下辽河坳陷东部凹陷北段的青龙台辉绿岩油气藏地质特征、储层发育特征等详细描述的基础上，结合对辉绿岩矿物组成、化学成分的分析结果，探讨了下辽河坳陷青龙台辉绿岩油气藏的矿物固碳能力和油气储层固碳能力，并对该辉绿岩油气藏封存CO2的可行性进行了评价。研究表明，青龙台辉绿岩油气藏的储集空间和易碳酸盐化矿物是CO2封存的有利场所，其盖层可阻止所充注CO2的逸散，油气藏的稳定圈闭可保证所充注CO2的安全性，因而是CO2封存的理想靶区。初步的定量计算结果表明，青龙台辉绿岩的矿物固碳潜力为46．0×10^6t，油气储层封存超临界CO2的能力为4．90×10^6t，青龙台辉绿岩油气藏的固碳能力约为18．4×10^6t。

松辽盆地中央坳陷区深部咸水层二氧化碳储存潜力评价及其不确定性分析483-490

摘要：地质储存是减少CO2等温室气体向大气中人为排放的有效措施，深部咸水层是优先考虑的地下储存空间之一，准确评价CO2在深部咸水层中的储存潜力是进行CO2地质储存研究的重要基础。本次研究以松辽盆地中央坳陷区深部咸水层为例，评价其储存CO2的潜力，并考虑储层物性参数的随机性，进行储存潜力的不确定分析。研究结果表明，中央坳陷区深部咸水层CO2地质储存理论潜力为5．34×10^11t，若考虑孔隙度不确定性，则储存潜力的随机分布区间为4．14×10^11～5．72×10^11t，且大于理论储存潜力值的概率约为58．3％，说明孔隙度的不确定性对储存潜力评价结果影响较大，在实际工程中应重点考虑这一问题。

真菌在陆地生态系统碳循环中的作用491-497

摘要：近年来，全球变暖趋势越来越明显，大气CO2浓度不断升高被认为是引起全球气候变化的主要原因之一。大气CO2来源主要有海洋释放、土壤呼吸、化石燃料燃烧、动植物呼吸和植被破坏等；而大气CO2的归宿被认为主要有海洋吸收和植物光合作用等。全球陆地生态系统中的碳有2126Pg，其中46％储存在森林中。土壤真菌占地下总微生物量的81％～95％，在植物-土壤-大气碳循环中起重要作用，但一直没有受到应有的关注。本文主要从以下几个方面综述真菌在陆地生态系统碳循环中的作用：菌根真菌可通过提高植物对矿质营养的吸收促进植物光合作用；菌根真菌将大量的光合作用产物向地下输送；真菌通过呼吸作用消耗有机碳，释放CO2；真菌还可以通过诱导形成碳酸盐颗粒或风化碳酸盐岩来调节大气CO2的浓度。深入了解真菌在陆地生态系统碳循环中的作用对进一步理解生物对全球碳循环的调节机制和保护喀斯特生态环境具有重要意义。

末次冰期以来南海北部沉积有机碳记录及其古植被环境信息498-505

摘要：末次冰期以来南海北部深海沉积物中陆源植被碎屑来源及其指示的植被类型变化等一直存在争议。正构烷烃比值、正构烷烃碳同位素（δ^13Calk）及总有机碳同位素（δ^13Croc）等有机碳指标的应用可能为之提供新的证据。南海北部MD05-2905岩芯中正构烷烃比值C31／C27，C31／（C31＋C27＋C29）和ACL（长链烷烃平均链长）等呈现末次冰期高，全新世低的变化，指示末次冰期草本植物相对增多，全新世木本植物较多。δ^13Croc及δ^13Calk均呈现末次冰期相对偏正，全新世偏负的变化，指示C4植物在冰期增多，间接印证草本植物的增多。末次冰期，由于相对冷干的气候、大气CO2浓度的降低，以及低海平面导致陆架的广阔出露，均有利于更多草本植物的生长。末次冰消期及全新世随着温度的升高及降水的增多，森林植被发育，C3植物相对较多。该岩芯碳同位素结果与南海北部孢粉结果的对比表明，南海北部深海沉积中正构烷烃指标指示南海北部周边较大区域范围的植被变化信息。

第四纪研究杂志研究论文

黄土高原自然植被的土壤有机碳同位素证据506-513

摘要：根据黄土高原现代表土有机碳同位素（δ^13CSOM）数据，结合前人关于末次间冰期和全新世中期的分析结果，研究这3个特征时期C4相对生物量（C4％）的空间变化特征。结果表明，3个时期黄土高原C4％均由东南（33％，25％和12％）向西北（0％）递减。10％等值线在末次间冰期大致位于交道-泾川西北、西峰东南一带；到全新世西部向南推进，大致位于交道-洛川-旬邑以西北、西峰-灵台以东南一带；而现今比全新世时期向东南推移约60km，退至黄陵以西北、彬县-延安以东南一带。全新世与末次间冰期温度和降水的不同可能是植被差异的主要原因。现代C4％较末次间冰期和全新世中期有较明显的降低，可能与较高的大气CO2浓度、较低的温度和干旱化有关。由于上述3个特征时期黄土高原东南地区均以c。草本植物为主，西北地区C3植物比例的增加亦为C3草本植物比例的增加。

西安蓝田杨家湾黄土中第一层古土壤（S1）元素含量与环境514-521

摘要：研究地区处在关中平原的中南部，蓝田杨家湾剖面距西安市东约50km。在第一层古土壤（S1）剖面中以10cm间隔采样，共采集样品41个。利用X-荧光元素分析仪进行了元素分析，根据野外观测确定了Fe2O3和CaCO3的迁移深度、风化淋滤黄土的分层及厚度。野外观察识别出了S1古土壤粘化层之下发育了深部风化黄土层，当时风化淋滤深度比现今大约2m；该层土壤剖面可分为粘化层（Bt）、含红色铁质粘粒胶膜的风化黄土层（Cs）、不含红色铁质粘粒胶膜的风化黄土层（Cl）和CaCO3结核淀积层（Ck），剖面构成为Bt—Cs—Cl—Ck型。实验结果表明，S1粘化层中SiO2，Al2O3和Fe2O3平均含量分别为63．97％，15．33％和6．03％，比下部的风化淋滤黄上层高，显示有一定的富集。S1古土壤的CIA平均值为69．25，表明S1古土壤的风化程度中等，红色铁质粘粒胶膜的明显迁移指示当时达到了酸性风化阶段。蓝田杨家湾S1土壤剖面中Fe2O3和CaCO3的分布特征及风化黄土层的发育指示陔层土壤为亚热带黄棕壤，属于酸性淋溶土壤，当时该区为亚热带气候，年均降水量和年均温度比现今明显高。S1古土壤发育时东亚夏季风活动显著增强，并能够较频繁越过秦岭山脉，给该地区带来了丰富的降水。

利用树木年轮宽度资料重建川西米亚罗地区过去200年夏季温度的变化522-534

摘要：利用川西高原米亚罗地区林线位置高山柏（Sabina squamata）的年轮宽度资料，分析了树轮年表和气候要素的关系。通过相关和响应函数分析得出，树木径向生长对于夏季（6～7月）温度响应最为敏感，上年冬季到早春（12～3月）温度也对树木生长有一定的影响，而年表与降雨没有明显的关系。最终利用树轮年表重建了该地区过去200年（1810～2009年）的夏季（6～7月）平均温度的波动历史，重建方程的方差解释量为43．2％（调整自由度后为41．9％）。重建温度序列的平均值为12．49℃，标准差为0．515℃，其波动特征大致可以分为3个阶段：1850年以前的寒冷时期、1850～1950年的温暖时期以及1950年以后的温度平缓波动时期。重建序列最为寒冷的时期为1810～1830年，其中1824～1825年为最寒冷的年份；重建序列最为温暖的时期是发生在19世纪下半叶（1850～1903年）和20世纪上半叶（1911～1950年），其中1863年和1925年是最温暖的年份。重建温度序列的主要冷期和暖期与周围地区其他对于温度响应敏感的树木年轮和冰芯材料以及冰川进退记录均有较好的对应关系，这表明本研究的重建序列较为可靠，是可以指示研究地区过去温度波动历史的。

西藏纳木错现代沉积速率的空间分布特征及近60年来的变化研究535-543

摘要：利用^210Pb和^137Cs方法对采自青藏高原纳木错不同位置的8支岩芯进行了现代沉积速率的研究，其中6支岩芯的^210Pbex比活度变化具有较好的记录，而只有位于湖泊开阔深水区的NMCS08—1岩芯显示了^137Cs比活度的蓄积峰。结果显示不同位置岩芯的平均沉积速率具有明显的空间差异，自约1950A．D．以来纳木错不同岩芯的平均沉积速率为0．043～0．098cm／a，深水区的岩芯显示了较高的沉积速率，但高含水量和低干密度的沉积物特征导致其质量累积速率较低；水深和水下地形以及人湖河流的分布是影响沉积速率的重要因素。近60年来不同岩芯的平均质量累积速率为29．6～61．9mg／cm^2·a，其中3支岩芯的质量累积速率变化显示了较为一致的总体上增加的趋势，且位于开阔深水区的岩芯自1970年以来的变化与湖区降水量记录具有较好的一致性，但显示了一定的时间滞后。