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研究揭示河流如何调节全球碳循环
时间: 2015-06-16

  伴随着对气候变化的担忧,人类正在想方设法从大气中捕捉并扣除超排二氧化碳。但是大自然有自己的方法来去除并长期储存二氧化碳,其中包括世界河流系统,可以把有机质以及溶解的岩石从陆地搬运到海洋。

  虽然河流搬运二氧化碳不能够完全解决人类面临的二氧化碳问题,我们还是不能确定世界范围内的河流定期将多少量的二氧化碳排入海中,而这是全球碳循环的重要一环。

  5月14日,一篇发布在《自然》杂志上的研究中介绍,来自伍兹霍尔海洋学学会(WHOI)的科学家第一次直接估计了从河流中运送到海洋中的有机碳量及运输形式。这个估计将帮助建模者预测地球气候变化下全球河流运送碳的变化情况。

  “世界的河流充当地球循环系统的角色,将碳元素从陆地冲到海洋中并且帮助削减碳、以吸热的二氧化碳形式返回到大气中。”第一作者,地球化学家瓦力尔~格力(Valier Galy)说道。“其中一些碳元素-‘新’碳元素来自于被冲刷进入河流并进入海洋的腐烂植物与土壤。而还有一些碳元素是以岩石的形式长期储存在环境中-称之为‘旧’碳-并被气候以及河流冲刷进入河流。

  包括伯翰匹克·伊伦布林克,和提摩西·伊格立顿(瑞士联邦理工学院)的科学家们,搜集了全球 43 条河流系统流出的沉淀物,占河流排出沉淀物总量的百分之二十。从这些河流沉积物的流量测量中,研究团队计算了含碳植物和岩屑的颗粒量。他们估计出世界河流每年将运输200 兆吨(2 亿吨)的碳元素进入海中。这大约是大气中含碳总量的百分之0.02。这看起来似乎不多,但经过了1000 到10000 年,这将持续积累到(百分之20 到百分之200)大气中的显著碳量。

  通常来讲,植物通过光合作用将大气中的二氧化碳转变为有机碳。但是这些碳中的绝大部分通过腐烂(或动物吃植物)最终回到大气中。而其中的一小部分则进入河中。河流将碳带入海中,其中一些沉入海床并被掩埋,与大气隔离数百万年的时间,最终以岩石的形式回到表面。

  与此同时,河流也侵蚀含碳岩石,使之变成细小的颗粒并冲向下游。这个过程将碳暴露于空气中,将先前固定态的碳元素氧化成二氧化碳。直到现在,科学家还无法计算有多少来自生物圈与造岩运动(岩石)的碳元素被河流冲走。缺少了这个信息,科学家建模并定量预测不同情景下碳隔离的能力受到了限制。

  为了解决这一难题,科学家找到了一种新奇的方法来区分碳的最初来源—包括溶解岩石和分解的植物土壤。他们分析了河流粒子中的放射性同位素碳-14,碳-14 在60000年之内衰变,所以它们只存在于生物而不是岩石中。通过减去不含有碳-14 的颗粒的比例,科学家计算了来自生物圈中的碳元素百分比:大约80%。

  但是虽然生物圈碳是河流运输碳中的主要部分,科学家同时发现很多河流并没有运送更多的植被所包含的碳进入海洋。相反,运输“主要是由河流组织和运输的能力所决定”。腐蚀是最关键因素-河流沿岸的腐蚀发生的越多,被运输到海中并与大气隔绝的碳元素就越多。

  “相比于岩石、土壤、生物圈和海洋,大气是储存碳元素的小‘蓄水池’”,科学家在《自然》中写道。“由于这个因素,它的规模对于其他更大的‘蓄水池’的交换引起的微小失衡表现得特别敏感。”

  这个新研究让科学家们更有把握测量全球河流在行星碳循环中的重要但却难以理解的作用,并且增强了他们预测气候变化条件下碳运输改变的能力。

  “这个研究将向地理化学建模者提供关于地球碳与水循环间重要联系的最新见解,”国家自然基金会的海洋科学部门的计划主持人,研究的主要资助者,都恩·莱斯说道。

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