海湾地质碳汇网格化计算——以三门湾为例

河口海湾地区因沉积物富含有机质和高沉积速率成为地球上重要的碳汇区,在专题性碳汇调查不足情况下,如何更好地发掘前人地质调查数据资源,科学计算河口海湾地质碳埋藏能力,是科学评价海洋碳汇能力支撑双碳目标的重要挑战。以浙江省三门湾海域表层沉积物和沉积柱状样品为研究对象,综合运用粒度分析、有机地球化学分析、210Pb和137Cs测年等测试手段,充分考虑海湾地区海底地形复杂、海陆交互强烈、人类活动活跃等典型特征,探索海湾碳汇网格化计算方法,建立了海湾地质碳汇评估模型。计算表明:三门湾有机碳年埋藏速率为64.04 gC·m^(−2)·a^(−1),有机碳年埋藏量达89.71 GgC,河口和潮滩区有机碳埋藏速率高,为74.02 gC·m^(−2)·a^(−1),海湾中部和深水区为52.93 gC·m^(−2)·a^(−1)。

铅锌矿中锌元素对地质碳汇的影响研究

为明确含硫铅锌矿中锌元素对地质碳汇(HCO_(3)^(-))的影响,以广西灵川县硫铅锌矿场为研究对象,开展室内实验模拟,通过改变水样、岩样和锌化合物含量来监测水中HCO_(3)^(-)的变化,对含硫铅锌矿中锌元素与HCO_(3)^(-)(地质碳汇)之间的变化情况进行分析。实验结果表明,铅锌矿中的锌元素会对地质碳汇(HCO_(3)^(-))产生影响,Zn^(2+)会抑制反应的发生,使HCO_(3)^(-)的含量减少;不同岩性对地质碳汇(HCO_(3)^(-))有一定影响,在矿粉中加入灰岩反应生成HCO_(3)^(-)的浓度会大于角岩生成HCO_(3)^(-)的浓度;样品在0.5 mg/L或1 mg/L ZnCl_(2)溶液中生成HCO_(3)^(-)的浓度比在超纯水中生成HCO_(3)^(-)的浓度低,且样品在1 mg/L ZnCl_(2)溶液中生成HCO_(3)^(-)的浓度更低,表明锌元素含量越高,对岩石的溶解抑制作用就越显著。本研究结果对于提高碳汇转化速率,为控制CO_(2)浓度提供了一种方法和科学依据。

岩溶地质碳汇的稳定性——以贵州草海地质碳汇为例

近几年来对岩溶碳汇的争论越来越多,其关键问题是岩溶作用产生的重碳酸根是否稳定。本文以贵州草海流域为研究区,基于前人研究基础,以碳同位素模型计算出岩溶作用产生的DIC((Dissolved Inorganic Carbon溶解无机碳)中58.8%为草海中为水生植物利用,草海地质碳汇量达588.67tC/a。以此推算长江中下游湖泊沉水植物每年固碳量370602tC/a,长江中下游湖泊中仅沉水植物稳定的地质风化CO2汇量约为75万吨。从而证明岩溶碳汇的相对稳定性和岩溶动力系统新理论的合理性。

安徽省地质碳汇潜力及二氧化碳地质储存

气候变化是当今全球面临的重大挑战,它不仅是重大的科学问题,也是重大的政治问题。遏制气候变暖,拯救地球家园,是全人类共同的使命。我省处于工业化加速期,高能耗行业比重高,未来面临巨大的二氧化碳减排压力。加大产业结构调整、利用低碳技术改造和提升高碳产业固然是非常重要的技术措施,但地质碳汇也是二氧化碳减排的一条重要渠道。岩溶碳汇效应显著,土壤固碳潜力巨大,在二氧化碳减排和缓解温室气体效应的研究计划中,加强地质研究已是不容回避的重大科学问题。

洪湖湿地地质碳汇效应初步研究

湿地是陆地上巨大的有机碳库,具有调节气候功能,在全球增温和CO_2浓度上升的背景下,对湿地地质碳汇的研究,会帮助人类更好地应对全球气候变化。本研究以洪湖湿地为研究对象,利用现场测定、室内样品分析及同位素方法,获得了主要碳汇指标强度及其变化,分析了洪湖湿地水体水化学特征、溶解无机碳及同位素组成特征、水体及沉积物有机碳特征,初步识别了湖泊碳库的碳来源。洪湖水体无机碳库达17 792 tC。测得洪湖水体溶解有机碳平均浓度为6 mg/L、总有机碳平均浓度为8.25 mg/L;估算洪湖水体溶解有机碳库和总有机碳库分别为4 080 tC和5 610 tC。水生植物总固碳量为32 656 tC/L。表层沉积物中有机碳量为69 350 tC/a,无机碳量为78 280 tC/a,总碳量为147 630 tC/a。洪湖每年地质碳汇中固定于大型水生植物中的碳可以达到14 534 tC/a。

采矿活动对地质碳汇的影响——以铅锌矿开采为例

全球气候变暖,温室气体CO2的排放在不断增加。尽管整个碳循环过程中地质作用对减少大气中CO2浓度起到重要作用,但人为改造等活动改变了河流水环境化学,并使得原有的地质碳汇减少。结果表明,由于人类对矿产的开采,地质碳汇明显地减少,地质碳汇量减少到约为原来1/2。

喀斯特关键带的地质碳汇及其影响因素研究进展

碳酸盐岩风化是喀斯特关键带过程的核心环节,该过程产生的地质碳汇对于缓解全球变暖趋势具有重要意义。为了明确喀斯特关键带的地质碳汇机理并掌握影响碳汇过程的主要因素,通过分析和评述国内外十余年以来的研究成果,提出喀斯特关键带的碳循环路径和过程复杂,应在关键带视角下综合考虑“水-岩-土-气-生(人)”等多界面过程以及人类活动对碳酸盐岩风化碳汇的影响机制,并在高分辨率监测的基础上完善地质碳汇的评估方法。

负碳技术中地质碳汇的贡献及湖北工作路径建议

为应对全球气候变化和可持续发展问题,中国提出2060年碳中和目标,在实现碳中和愿景过程中,负碳技术将发挥关键作用。对负碳技术中地质碳汇的作用和潜力进行梳理,并以湖北省为例,提出该省地质碳汇工作路径建议。地质碳汇主要包括土壤碳汇、岩溶碳汇和矿物碳汇等类型,具有固碳潜力大、经济成本低、工程可实现性强等优点,具有较好的应用前景。湖北省应结合省情,在土壤碳汇、岩溶碳汇、矿物碳汇方面加强工作部署,开展区域土壤碳库调查、土壤碳汇功能修复与保护、湿地生态系统调查与开发利用、岩溶碳循环及碳汇效应调查、地质碳封存资源潜力评价、固废资源的碳封存利用等工作。湖北省地质碳汇资源潜力巨大,有必要更好地发挥地质碳汇作用,为实现碳中和目标作出重要贡献。

地质碳汇——阻止地球“沸腾”的新希望

近年来,以二氧化碳(CO_(2))为代表的温室气体浓度越来越高,使地球愈发“火热”。“全球沸腾的时代到来!”联合国秘书长古特雷斯对全球变暖发出这样的警告。对此,人类该怎样应对?让我们一起踏上这段关于碳平衡的探索、发现、行动之旅吧!

“碳中和”目标下海洋黑碳的源汇过程及其意义

黑碳是由生物质和化石燃料不完全燃烧生成的碳质混合物。由于黑碳含碳量高,具有芳构化的分子结构,可在自然环境中长期存在,因此黑碳是全球碳循环的重要组分。虽然近年来有关黑碳的性质以及黑碳在地球各圈层中的循环通量及储量的研究取得了一定的进展,但仍需进一步厘清其源汇过程,探讨黑碳在全球碳循环中的作用。初步梳理了全球黑碳循环的路径、通量、时间尺度的相关数据,分析总结了海洋黑碳源汇过程中的迁移机制及相关制约因素。分析认为:海洋沉积物是黑碳的巨大储库,储量达569~1380 Pg,黑碳可在海洋沉积物中持续存在数千年,符合当前“碳中和”背景下“有效碳汇”长周转时间这一重要条件;同时,黑碳在环境中的周转循环时间一般长于生物质碳,对全球变暖具有负反馈效应。因此,黑碳入海沉积是一种有效的海洋碳增汇和碳封存手段,可能是实施碳的捕集、利用和封存(CCUS)战略的有效途径。通过总结与评估海洋沉积物中的黑碳在“碳中和”领域的战略价值和气候意义,认为在生态环境友好的前提下,应积极调控生物质燃烧成因的黑碳的生产源头,优化黑碳入海沉积路径和埋藏海域,充分发挥黑碳在海洋负排放中的积极作用,为我国海洋“碳中和”目标的实现提供基础理论支撑。

铅锌矿开采对河流水环境及地质碳汇的影响

以桂林市灵川县含硫铅锌矿区为研究对象,研究采矿过程中地表河流水Pb、Zn等重金属及SO42-以及碳汇量的变化,结果发现:(1)河流中的Pb、Zn等重金属受降雨因素影响较大,降雨的冲刷作用使得河水中的Pb、Zn含量明显增加,之后慢慢被稀释,特别是暴雨稀释效应明显;(2)人类对含硫铅锌矿的开采与搬运,使得大量的硫铅锌矿被搬运而导致河水中的SO42-含量减少;(3)人类对矿产的开采,地质碳汇明显减少,其减少量约为原来的一半。

论岩溶作用对全球碳循环的意义与碳汇效应——兼对《对〈中国岩溶作用产生的大气CO_2碳汇分区估算〉一文的商榷》的答复

岩溶作用促进大气二氧化碳汇过程不仅局限于碳酸盐岩地区,而是涉及全球陆地地质岩石地区,因此以前仅考虑岩溶面积计算的岩溶碳汇量偏低,需要以河流流域为单元全面计算全球岩溶碳汇效应。除了产生河流溶解无机碳被带入海洋外,岩溶作用还可通过水体生物吸收形成颗粒有机碳以及在岩溶土壤中固定有机碳等方式形成碳汇,因此,岩溶地质过程固碳形式多样。其中,仅全球水生生物固定岩溶水重碳酸根产生的有机碳近0.5Gt,生态恢复可促进岩溶土壤有机碳固定及岩溶流域碳汇,我国西南石漠化治理工程至少可增加岩溶碳汇2～3亿t,如果重视岩溶增汇技术的应用,全球岩溶碳汇效应将非常显著。所以,岩溶碳汇研究意义重大,岩溶碳汇效应更不可忽略。

流域化学风化过程的碳汇能力

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CO_2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CO_2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,进而导致地质碳汇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CO_2量大约为55kg/a,可抵消我国部分碳排放量。

桂林潮田河Ca^(2+)、Mg^(2+)与HCO_3^-关系模型及岩溶碳汇影响因素分析

尽管大气中CO2浓度不断增加,但全球碳源与碳汇相抵后还存在遗失碳汇(missing sink)。一般认为遗失碳汇主要为地质碳汇。而碳酸盐岩的溶蚀作用可在短时间内产生大量的地质碳汇,与此同时,该过程也伴随着HCO3-、Ca2+、Mg2+等离子进入水中。由于水中的Ca2+、Mg2+比HCO3-稳定,故探讨Ca2+、Mg2+与HCO3-的关系,可以间接得到影响碳汇的各种主要因素。本文通过对岩溶区3种岩性5个监测点的Ca2+、Mg2+与HCO3-数据建立关系模型发现:(1)灰岩地区Ca2+可以与HCO3-建立良好的关系模型,相关性较好,而白云岩区Ca2+、Mg2+与HCO3-的相关关系比Ca2+与HCO3-的相关关系好;总之,在岩溶动力系统下,Ca2+、Mg2+全面考虑可更好指示碳汇的去向;(2)Ca2+、Mg2+与HCO3-的关系模型可以间接说明碳汇主要影响因子;由Ca2+、Mg2+与HCO3-的关系模型可得岩溶区地表明流段,水生生物的光合作用是碳汇主要影响因子,而地下河或泉水出口处,地质作用、CO2分压可能是碳汇的主要影响因子。得出碳汇主要影响因素,为潮田河流域碳汇研究区域划分以及准确计算地质碳汇提供依据与基础。

低碳农业发展的国际经验及对中国的启示

发展低碳农业是应对全球气候变化、保障粮食安全、实现农业可持续发展的重要途径。基于此,本文从低碳农业发展的国际实践经验入手,重点阐述了欧美等国家的森林碳汇、地质碳汇、碳税、自愿碳市场交易以及碳标签在发展低碳农业中的具体实践,并结合中国特有国情,从保护林业资源、湿地资源、发展有机农业和生态农业以及优化制度设计、降低涉农经济主体参与低碳农业发展的交易成本等方面提出针对性政策建议。

国际岩矿地球化学固碳技术研究进展

针对"全球变暖"问题,为实现碳中和,利用自然碳汇增速固碳的技术研发愈加受到国际社会的重视和增强的资金投入。地质增汇方案中,CO_(2)的碳酸盐矿化固碳为通过矿物、岩石的化学风化反应,将大气中CO_(2)转化为碳酸盐矿物稳定封存。由于该方案在固碳后CO_(2)返还回大气的风险小,可达到永久固碳,因此近年来国际上针对这一固碳方案开展了不少前瞻性研究和工业化运用。该类技术的实现及广泛运用面临的主要挑战和问题有如下几方面:哪些地质过程可带来快速CO_(2)的碳酸盐矿化,如何人为利用相关的物理、化学因素以进一步增汇,以及如若进行大规模工业化技术实施,其可行性、安全性和成本将如何评估。首先简要归纳无机地质碳汇过程的岩石地球化学原理及控制矿物溶解、碳酸盐化反应速率的主要物理、化学因素;随后在此理论基础上,重点介绍地球化学固碳增汇技术的最新国际研究进展,主要包括基性-超基性岩原位增温固碳技术和异地加速岩石化学风化固碳技术。当前国际上的此类地球化学矿化固碳增汇技术虽绝大多数仍处于探索阶段,安全性、成本评估体系也尚未完善,但该类方案的可用资源丰富,具有巨大的固碳潜力,而现有的方案也可随着能源结构的转型进一步降低成本。我国具备良好的地质条件,本文希望国内同行能在这些国际研究进展的启发下,根据我国国情研发创新性地质增汇工程,充分挖掘我国的地质碳汇潜力,解决国家对达成碳中和的紧迫需求,服务我国2060年碳中和战略。