若尔盖铀矿床碳同位素组成与∑CO_2来源

本文分析了若尔盖铀矿床含铀热液中∑CO2、碳酸盐岩脱碳化成因的CO2、热解有机碳形成的CO2的碳同位素组成，并与岩浆源碳同位素组成进行了对比，结果表明，含钢热液中∑CO2的碳同位素组成与岩浆源碳同位素组成接近，说明含矿热液中∑CO2来源于岩浆，而不是地层岩石。

滇西大理地区部分温泉溶解CO_(2)及碳同位素组成特征研究

温泉溶解CO_(2)的来源成因研究,有利于判断与甄别研究区温泉溶解CO_(2)异常信息。对2016年10月至2017年7月大理地区3个温泉的水化学常量离子和δ^(13)C_(HCO3-)进行了10次重复取样观测,对3个温泉的水文地球化学及CO_(2)来源进行分析。结果表明:3个温泉均属于HCO_(3)·SO_(4)-Na型水,地下水补给都来自于大气降水,CO_(2)主要来自于深部的地幔成因和变质成因的CO_(2);2017年漾濞M_(S)5.1地震发生前,3个温泉的δ^(13)C_(HCO3-)值与HCO3-正相关关系发生改变,表明温泉δ^(13)C_(HCO3-)值与地震有一定的相关性。

兰州市大气中SO_2对植物碳同位素组成的影响

大气中SO2通过降低植物叶片的气孔导度和光合速率影响叶片碳同位素组成(δ13C),因此可以运用碳同位素技术反映大气SO2的污染情况,为控制城市大气SO2的污染提供理论依据。通过研究兰州市槐树叶片的碳同位素组成(δ13C)来揭示大气中SO2对叶片碳同位素组成的影响。研究结果表明,叶片δ13C值与大气SO2浓度具有显著相关性。

62 kaBP以来湖光岩玛珥湖沉积物有机碳同位素记录及古气候环境意义

湖光岩玛珥湖HUG B孔岩心记录了62kaBP以来的古气候、古环境变化信息。全岩有机碳同位素组成(δ13CTOC)分析表明,62kaBP以来δ13CTOC值变化比较明显,其变化范围为-28.5‰～-15.5‰。结合孢粉和有机地球化学指标进行综合分析,湖光岩玛珥湖δ13CTOC变化曲线可划分为6个演化阶段:62～58和48～40.5kaBP两个时段的δ13CTOC值偏负,沉积物中有机质主要来源于热带—亚热带地区的陆生C3森林植被,反映了温暖潮湿的气候环境;58～48和40.5～17.2kaBP期间δ13CTOC值明显偏正,沉积物中有机质主要源自C4草本植物,反映了湖光岩地区有效降水量减少、干旱程度增加导致湖光岩玛珥湖湖面下降,大量C4草本植物生长在暴露的湖滨岸;17.2～4kaBP时段内δ13CTOC值尽管存在更加频繁的波动,但总体呈现逐渐偏负的趋势,反映了暖湿和冷干气候多次交替但总体上逐渐变暖、变湿的气候环境;4kaBP以来δ13CTOC值存在逐渐偏正的趋势,虽然不排除人类活动的影响,但很可能反映了干旱程度的再次增加。综合分析表明,有效降水量(降水量-蒸发量)是控制湖光岩玛珥湖地区C3/C4植物相对生物量变化的主导因素。湖光岩玛珥湖有机碳同位素的研究结果支持区域气候环境而不是大气CO2浓度变化是末期冰期以来热带低纬度地区C3/C4植被相对生物量变化的主要原因。

滇西新近纪植物气孔、碳同位素组成与古环境分析

对滇西腾冲新近纪两种被子植物叶片及其现存对应种的气孔参数和碳同位素组成的综合分析表明:当时的大气CO2浓度略高于现在水平;化石种的碳同位素分馏值高于现存对应种,但水分利用效率低于现存对应种;这证明当时的气候条件比当前更为温暖湿润。受新生代全球气候变冷和喜马拉雅运动的影响,该盆地一方面受印度洋季风的影响增强,干湿季节交替明显;另一方面受地形地貌影响,沿袭了温暖湿润的气候条件。

碳同位素录井数据所指示的油气勘探意义——以文昌B凹陷A1井为例

在介绍碳同位素录井技术的基础上,以A1井为例,开展碳同位素录井数据的分析,以揭示其在油气勘探过程中的作用,分析认为:碳同位素数据能划分钻遇气的来源,本井1500m以上钻遇天然气主要为生物成因气,1500m以下钻遇天然气为热成因气;碳同位素数据能揭示天然气的成因特征,恩平组及以下地层具有明显的深部油气运移特征,天然气为WC19-1构造同源的原油伴生气;碳同位素数据同时能分析CO_(2)来源,本区域CO_(2)主要为无机来源,且与深大断层的存在有一定相关性。

甘肃华亭侏罗系Phoenicopsis(Phoenicopsis) angustifolia Heer的表皮构造与碳同位素特征

描述了甘肃华亭中侏罗世植物化石狭叶拟刺葵Phoenicopsis(Phoenicopsis)angustifolia Heer的角质层微细构造。利用化石的现存最近对应种Ginkgo biloba L。与化石Ph.(Ph.)angustifolia Heer的气孔比率,恢复的华亭中侏罗世的大气CO_2体积分数为1.274×10^(-3),这一结果与邻区兰州窑街银杏属化石植物恢复的中侏罗世CO_2体积分数相一致,表明拟刺葵属植物是恢复大气CO_2体积分数的良好材料。此外,利用Ph.(Ph.)angustifolia角质层碳同位素值估算了其水分利用率为223.0 mmol/mol,明显高于现代银杏的数值,表明当时气候比较湿润。

海洋沉积物孔隙水硫酸盐浓度和碳同位素对天然气水合物的指示

硫酸根离子（SO4^2-）是海洋沉积物孔隙水中的重要组分之一。硫酸盐还原菌利用孔隙水中SO4^2-作为氧化剂氧化沉积物中有机质或甲烷，造成孔隙水中SO4^2-离子浓度降低，同时使溶解在孔隙水中CO2的碳同位素组成降低。研究表明，在有天然气水合物出现的地区，强烈的甲烷缺氧氧化作用使孔隙水SO4^2-浓度急剧下降，表现为海底沉积物中硫酸盐-甲烷界面（SMI）较浅。如布莱克海台区，SMI界面为5．1～23．9m，界面附近溶解于孔隙水中CO2的δ^13C值低达-39％。笔者发现南海北部海区几个站位具有类似于布莱克海台区的较浅的SMI界面（7．5～17．2m）和极低的δ^13C值（-29％），结合其他地质、地球物理和地球化学证据，推测这些站位处可能赋存有天然气水合物，值得开展进一步详查工作。

大气CO_(2)浓度升高对黑土有机碳稳定性的影响

【目的】阐明大气CO_(2)浓度升高对黑土有机碳稳定性的影响,为黑土碳中和应对气候变化提供理论依据。【方法】以黑土为研究对象,依托中国科学院海伦农业生态试验站长期定位模拟气候变化开顶箱(OTC)试验平台,设2个处理,分别为对照处理(CK,CO_(2)浓度400μmol/mol)和CO_(2)浓度升高处理(eCO_(2),CO_(2)浓度700μmol/mol),采用13C同位素示踪法,研究大气CO_(2)浓度升高对黑土及不同粒级团聚体有机碳稳定性的影响,并对土壤有机碳含量与更新率和半衰期进行相关分析。【结果】与CK相比,eCO_(2)处理使>0.25 mm粒级团聚体含量显著增加11.09%(P<0.05,下同),0.25~0.053 mm粒级团聚体含量显著减少23.85%,提升团聚体的平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD);大气CO_(2)浓度升高使>0.25 mm粒级团聚体有机碳显著增加11.61%,0.25~0.053 mm粒级团聚体有机碳含量显著减少8.72%,全土及<0.053 mm粒级团聚体有机碳含量无显著变化(P>0.05,下同)。13C丰度随着粒级减小而依次增大,且CO_(2)浓度升高使全土及各个粒级团聚体的13C丰度均显著降低,全土、>0.25 mm粒级及0.25~0.053 mm粒级团聚体的更新率分别显著增加34.62%、21.60%和57.22%,半衰期依次显著降低34.61%、19.63%和36.84%,<0.053 mm粒级团聚体更新率和半衰期未发生显著变化;更新率与全土和>0.25 mm团聚体有机碳含量呈显著正相关,半衰期与全土和>0.25 mm团聚体有机碳含量呈显著负相关。【结论】大气CO_(2)浓度升高对黑土有机碳含量影响不显著,但使大团聚体结构稳定性和有机碳含量增加,加快全土和大团聚体有机碳更新周转,有利于提升黑土肥力。

桂林典型岩溶区土壤CO_(2)通量及其δ^(13)C_(CO_(2))季节性特征

通过选用静态暗箱/气相色谱法,探讨桂林毛村典型岩溶区土壤CO_(2)通量及其δ^(13)C_(CO_(2))的季节性演变规律,旨在揭示野外条件下土壤CO_(2)及其δ^(13)C_(CO_(2))对环境因子变化的影响机制。同时野外原位监测大气温度、压强、土壤温度等环境参数来明确环境因子对土壤CO_(2)的影响过程。结果表明:岩溶区土壤CO_(2)通量及其δ^(13)C_(CO_(2))在季节时间尺度上呈现出相似的季节性变化规律,夏季土壤CO_(2)通量较高,土壤δ^(13)C_(CO_(2))偏轻,且土壤CO_(2)通量与土壤温度呈显著正相关关系。此外,夏季10 cm处土壤CO_(2)通量明显高于0 cm,且该处δ^(13)C_(CO_(2))也偏轻于0 cm;冬季10 cm处土壤CO_(2)通量与0 cm相差并不明显,而该处δ^(13)C_(CO_(2))却仍是偏轻于0 cm。在日时间尺度上10 cm土壤δ^(13)C_(CO_(2))明显偏轻于0 cm。

四川黄龙沟天然水中的深源CO_2与大规模的钙华沉积

在有大规模钙华沉积的四川黄龙沟中,使用化学成分数据以及碳氧稳定同位素组成对其水文地球化学特征进行了分析研究。研究区钙华沉积的地表溪流水质基本上受到两种水混合的制约,即断层泉水和山区的融雪(冰)水。泉水中含有高浓度的经由断层提供的CO2,结果高浓度的溶解CO2使得其溶解的碳酸盐岩比普通的岩溶泉溶解的碳酸盐岩高得多,同时也导致硅酸盐岩的溶解。黄龙沟中上游的泉水相对于方解石接近于平衡。溶解无机碳(DIC)的浓度和它们的δ13C值是大约由c=0.02mol·L1δ13C=-3‰的CO2(aq)与含有δ13C=+3‰的碳酸盐岩在封闭系统条件下反应的结果。估计这些CO2中约有70%来自上地幔。所有泉水的水化学数据均落在高岭石稳定域内,但对Na长石和Ca长石具有侵蚀性。由于这些长石矿物的溶解速率太慢,所以水中的化学成分远离长石稳定域。地表溪流的DIC种类之间达到同位素平衡,在不同观测点发现的δ13CDIC变化主要是由于从水中释放出的CO2的程度不同引起的。水样的δ18O值与其采集点的海拔高度之间存在线性关系;研究区的地表溪流的氧同位素组成受到蒸发的制约。在流经钙华沉积物的地表溪流中白天和夜晚的水化学及pH的日变化表明生物作用促进了碳酸盐的沉积,尽管作用不显著。据估计研究区碳酸钙的日沉积速率是4778kg·km2,即约1mm·a1。

青藏高原流域岩石风化机制及其CO_(2)消耗通量:以拉萨河为例

为研究青藏高原流域岩石风化机制及其对CO_(2)消耗通量和气候变化的影响,于2019年11月至2020年10月对拉萨河流域控制断面进行一个完整水文年每月2次的监测和采样,结合水化学及δ^(13)C_(DIC)和δ^(34)S_(SO_4),探讨了流域水化学特征及其主要影响因素,基于化学计量平衡与正演模型方法定量计算了河流水体主要物质来源,并对流域岩石风化速率与大气CO_(2)消耗通量进行了估算。结果表明:拉萨河流域水体中Ca^(2+)和HCO_(3)~-为主要的阳离子和阴离子,水化学类型为HCO_(3)-Ca型,大气输入、人为输入、硅酸盐岩和碳酸盐岩风化端员对河水阳离子的年平均贡献率分别为6%、4%、21%和70%;河水化学计量学、δ^(13)C_(DIC)(-8.78‰~-1.35‰)和δ^(34)S_(SO_4)(-2.26‰~-1.10‰)变化均证明由煤系地层硫化物及矿床硫化物的氧化形成的硫酸(各占约50%)广泛参与了流域的化学侵蚀,硫酸对碳酸盐岩的风化作用旱季显著强于雨季。流域硅酸盐岩风化速率与大气CO_(2)消耗通量的年平均值分别为5.20 t·km^(-2)·a^(-1)和118×10^(3) mol·km^(-2)·a^(-1);仅考虑碳酸风化作用时,流域碳酸盐岩风化速率与大气CO_(2)消耗通量分别为22.5 t·km^(-2)·a^(-1)和202×10^(3) mol·km^(-2)·a^(-1);硫酸参与作用下,流域碳酸盐岩风化速率估算结果提高了31%(升至29.4 t·km^(-2)·a^(-1)),岩石(碳酸盐岩和硅酸盐岩)风化消耗大气CO_(2)通量则降低了35%(降至207×10^(3) mol·km^(-2)·a^(-1))。硫酸参与流域碳酸盐岩的风化改变了区域碳循环,这是全球碳循环模型应该考虑的一个重要环节。

陇县—宝鸡断裂带CO_(2)气体地球化学特征及成因

陇县—宝鸡断裂带位于青藏块体东北缘,属于鄂尔多斯块体西南缘弧形断裂束的最南段。为对比分析该断裂带的分段活动性强弱特征,利用断裂带逸出气CO_(2)的地球化学特征进行反演。布设6条跨断层土壤气CO_(2)测线,进行2期测量,共计获取150个土壤气CO_(2)组分浓度,计算了气体的相对活动强度;收集了60件CO_(2)气体样品,测试了其碳同位素组成。结果表明:岐山—马召断裂的气体活动强度(1.56~2.70)比固关—虢镇断裂的气体活动强度(1.73~1.75)大,且岐山—马召断裂上的CO_(2)碳同位素组成比固关—虢镇断裂上的CO_(2)更靠近深部物质端元。位于南段的岐山—马召断裂的地下构造连通性较好,断裂闭锁程度较低,而位于北段的固关—虢镇断裂气体活动性较弱,闭锁程度较高,未来发生地震的危险性较高。

兴安落叶松生态系统CO_(2)浓度及其δ^(13)C动态对环境因子的响应

【目的】探明环境因子对兴安落叶松原始林生态系统CO_(2)浓度及其δ^(13)C动态的影响,深入理解生态系统的碳交换过程,为模拟和预测全球变化与生态系统之间的互馈机制以及科学评估寒温带森林生态系统碳汇能力提供参考。【方法】采用离轴积分腔输出光谱技术对兴安落叶松生态系统不同物候期、不同高度的CO_(2)浓度及其δ^(13)C进行连续高频观测,并分析环境因子与CO_(2)浓度变化的关系。【结果】1)兴安落叶松生态系统不同高度的CO_(2)浓度在生长季和日尺度上均呈单峰变化,峰值分别出现在展叶期(522.34μmol·mol^(-1))和凌晨(782.81μmol·mol^(-1)),谷值分别出现在落叶期(406.07μmol·mol^(-1))和中午(379.72μmol·mol^(-1));δ^(13)C变化趋势与CO_(2)浓度相反;2)CO_(2)浓度随垂直高度升高而减小,δ^(13)C随垂直高度升高而增大;不同高度的CO_(2)浓度及其δ^(13)C具有明显成层现象,夜间大气稳定性增加(理查逊数Ri≥0.083)会加剧冠层内外的差异;3)在0.5h尺度上,影响昼夜各高度CO_(2)浓度变化的主要因子为空气温度(T_(a))(0.714<PC<1.288);在日尺度上,决定生长季不同高度CO_(2)浓度变化的主要因子为土壤5cm温度(T_(s)5)(0.473<PC<0.718)。【结论】兴安落叶松生态系统不同高度的δ^(13)C与CO_(2)浓度呈极显著负相关,夜间大气稳定性增加会加剧二者的成层现象。土壤因子对兴安落叶松生态系统不同物候期、不同高度CO_(2)浓度变化的影响程度高于气象因子,土壤温度对其的影响程度大于土壤水分。研究区地处全球气候变化敏感区域,冻土是该区森林植被不可或缺的环境因素,全球变暖将通过直接的温度效应以及间接改变土壤理化性质和生物过程对兴安落叶松生态系统的碳交换过程产生显著影响。

贵州麻黄洞空气CO_(2)与上覆土壤空气CO_(2)相关性研究

CO_(2)作为岩溶作用的驱动力,在岩溶作用中起着关键作用。岩溶区特有的地上地下二元结构表明,洞穴系统作为地下空间的窗口,对其CO_(2)及δ^(13)C_(CO_(2))研究是十分必要的。本研究对贵州绥阳麻黄洞上覆土壤空气CO_(2)、洞穴内部和外部大气参数以及CO_(2)浓度和δ^(13)C_(CO_(2))进行了为期12个月的监测,监测结果表明:①麻黄洞洞穴空气和上覆土壤空气CO_(2)与δ^(13)C_(CO_(2))均呈现出明显的时空变化规律,表现出雨季CO_(2)浓度高、δ^(13)C_(CO_(2))偏轻,旱季CO_(2)浓度低、δ^(13)C_(CO_(2))偏重的特征。②土壤CO_(2)是内源性CO_(2)以及大气CO_(2)经平流渗透综合作用的结果,在温度、湿度双向调控下土壤微生物作用存在差异进而导致CO_(2)浓度和δ^(13)C_(CO_(2))存在时空差异,洞穴CO_(2)浓度和δ^(13)C_(CO_(2))主要受上覆土壤CO_(2)及其通风效应的影响。③麻黄洞CO_(2)主要来源于上覆土壤CO_(2)以及外部大气,在通风干预下洞穴内部产生稀释效应或者集聚效应。探究土-气CO_(2)和δ^(13)C_(CO_(2))变化特征,探明洞穴CO_(2)来源,不仅有利于了解洞穴系统碳循环机制,而且对全球碳循环中“遗漏碳汇”研究具有积极意义。

我国温带地区无机碳源对土壤二氧化碳释放的贡献及驱动因子

无机碳作为干旱区域土壤碳库的主要形式,约占土壤总碳库的33%。长期以来,在讨论土壤与大气碳交换时忽略了无机碳作为潜在CO_(2)来源的影响。本研究选取我国温带地区沿经向分布的13个样点,分层采集土壤样品,在室内统一标准下进行培养,并利用碳稳定同位素技术分离土壤碳排放中有机和无机来源的CO_(2)通量。结果显示,土壤碳排放中存在无机来源的CO_(2)通量,且无机碳源对土壤碳释放的贡献有明显的水平空间和沿剖面深度分布特征。总体而言,土壤无机CO_(2)通量占比为0.02%~12.94%,由东到西呈现增大趋势;无机碳贡献随土层深度增加显著增大(P<0.05)。随着培养温度的升高和土壤含水量的降低,无机碳源有更大的CO_(2)释放通量。主成分分析表明干旱度和土壤无机碳含量是无机碳源对土壤碳释放贡献最重要的两个驱动因子。本研究结果表明,在未来对土壤碳过程的研究中,应考虑土壤无机碳过程,这将有助于准确评估全球碳收支。

珠江口红树林土壤甲烷和二氧化碳通量特征及其影响因素研究

红树林作为碳密度最高的森林生态系统之一,在碳生物地球化学循环过程中发挥着重要作用。该研究以广州市珠江河口红树林土壤为主要研究对象,于2020年8月—2021年7月运用静态箱法分别对红树林中的外滩(靠近海岸)、中滩(植被聚集)和内滩(靠近内陆)的土壤-大气界面的CO_(2)和CH_(4)通量进行观测,探讨红树林生态系统CO_(2)和CH_(4)排放通量的时空分布特征及其对环境因子(温度、含水量以及土壤理化性质)的响应。此外,基于稳定碳同位素(δ^(13)C)特征和Keeling Plot方法综合评估红树林生态系统CO_(2)和CH_(4)通量的来源特征。结果表明,研究期间平均CH_(4)通量为18.97μmol·m^(-2)·h^(−1),CO_(2)通量均值为4.19 mmol·m^(-2)·h^(−1)。CO_(2)和CH_(4)的通量均具有显著的时空差异性,CO_(2)通量最高值出现在3月,CH_(4)在9月达到最高值。CO_(2)通量排序为内滩>中滩>外滩,CH_(4)通量则表现为中滩>外滩>内滩。土壤含水量、pH、EC、ORP和有机碳含量与CO_(2)通量呈负相关关系,CH_(4)通量与土壤含水量、pH和有机碳含量呈正相关关系。虽然研究区红树为C3植物,然而土壤呼吸产生的CO_(2)的同位素特征在内滩为−16.05‰,中滩为−17.73‰,外滩为−29.77‰,内滩和中滩表现为C4植物特征,由此表明藻类成为土壤呼吸来源。内滩的有机质分解程度最高。研究区CH_(4)的分馏系数在外滩、中滩和内滩均小于1.055,CH_(4)产生方式以乙酸产甲烷为主。该研究系统探讨了红树林生态系统CO_(2)和CH_(4)通量、来源及其影响因素,对进一步了解红树林对碳循环及其气候变化的影响具有重要意义。

外源碳酸钙对黔中喀斯特地区土壤有机碳矿化的影响

本研究以黔中喀斯特区典型黄壤和石灰土为研究对象,通过100 d室内土壤有机碳矿化培养试验,结合^(13)C同位素示踪技术,研究外源碳酸钙对土壤CO_(2)总释放量的贡献及对土壤有机碳矿化的激发效应,为提高喀斯特地区土壤有机碳稳定性提供理论依据。结果显示,Ca^(13)CO_(3)在培养前期(1~10 d)可释放13 CO_(2),后期(10~100 d)趋于稳定,Ca^(13)CO_(3)对黄壤和石灰土总CO_(2)累积释放量具有一定的贡献,其贡献率达到25.47%和20.76%;外源Ca^(13)CO_(3)对黄壤和石灰土有机碳矿化均产生了负激发效应,培养100 d后土壤有机碳累积矿化量分别减少了76.05%和45.14%,激发效应主要受土壤类型的影响,黄壤有机碳矿化的负激发程度高于石灰土。

半焦结构对直接碳固体氧化物燃料电池输出性能的影响

碳燃料的结构特性是影响直接碳固体氧化物燃料电池(DC-SOFC)输出特性的关键因素。选择生物质和低阶煤热解半焦作为DC-SOFC的燃料,采用红外光谱、拉曼光谱、XRD及氮气等温吸脱附等分析手段,结合半焦的CO_(2)还原活性及电池输出性能分析,研究了半焦组成和本征结构对DC-SOFC性能的影响机制。结果表明,半焦的灰分含量对其CO_(2)反应活性有重要影响,半焦脱灰后CO_(2)反应活性显著降低;脱灰半焦的表观芳香度越低,缺陷芳香环碳与有序芳香环碳的比值越大,半焦的CO_(2)反应活性越高,则半焦燃料DC-SOFC输出性能越好。利用多元函数拟合方法,建立了脱灰半焦燃料CO_(2)反应速率与半焦结构参数(芳香度、芳碳缺陷程度)之间的数学关系式,用于判断半焦CO_(2)反应速率大小及半焦燃料DC-SOFC输出性能的优劣。