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    JH:青藏高原腹地納木錯流域化學風化研究取得新進展

      

      巖石化學風化從大氣中吸收CO2并將其封存于風化產物中,構成碳循環的重要環節,也是“碳中和”的重要途徑。受“新生代青藏高原隆升導致全球降溫”假說的影響,青藏高原是化學風化研究的熱點地區。當前,關于喜馬拉雅山脈南坡和青藏高原東部地區的化學風化研究較為充分,但青藏高原內陸地區的化學風化狀況仍不清楚,特別是冰川的存在對流域化學風化具有何種影響還存在爭論。這阻礙了人們對于青藏高原對全球碳循環影響的理解。

      我所環境變化與多圈層過程團隊鄔光劍研究員等選取高原腹地的納木錯流域為研究對象,系統采集了納木錯流域的大氣降水、雪冰、河水和河流泥沙等樣品,綜合運用正演模型和端元混合模型量化了該區域的化學風化過程,探討了納木錯流域化學風化的季節變化特征、冰川作用對化學風化的影響以及納木錯各子流域化學風化的時空差異及控制因素。

       

      圖1 納木錯各子流域的位置、巖性與采樣點分布

      選取你亞曲(編號22)代表納木錯東、西兩岸地勢平緩、流域面積較大的河流,選取曲嘎切(編號9)代表納木錯南岸地形陡峻、流域面積較小的河流(圖1)。研究結果顯示,你亞曲的河水溶質來自大氣降水、硅酸鹽巖風化、碳酸鹽巖溶解和硫化物氧化的年均值分別為5%、12%、65%和18%,季節差異??;上述來源對曲嘎切河水溶質貢獻的年均值分別為10%、35%、34%和20%,季節差異顯著:硅酸鹽巖風化的貢獻在季風期低于非季風期,而碳酸鹽巖溶解呈相反變化趨勢(圖2)。你亞曲與曲嘎切的碳酸鹽巖風化速率(CWR)與硅酸鹽巖風化速率(SWR)均顯示了十分顯著的季節變化,季風期的風化速率遠高于非季風期(4~8倍)。徑流是這兩個典型子流域化學風化速率季節變化的控制因素。

       

      圖2 納木錯你亞曲(a)和曲嘎切(b)子流域化學風化過程的季節變化

      選擇地理條件與曲嘎切相似但無冰川分布的曲嘎瓊流域(編號8)為研究點,與具備山地冰川發育的曲嘎切流域進行對照研究,探討冰川作用對化學風化的影響。結果顯示,無冰川分布的曲嘎瓊流域的CWR和SWR分別為6.9 t/km2/y和3.8 t/km2/y,而有冰川分布的曲嘎切流域CWR和SWR分別為9.7 t/km2/y和6.7 t/km2/y,曲嘎切的化學風化速率是曲嘎瓊的1.4~1.8倍,說明該區域的冰川作用促進了化學風化,冰川消融和磨蝕帶來的更大徑流量和更強物理侵蝕速率是導致冰川區化學風化強度更大的主要原因。

      納木錯地區季風期的化學風化速率遠高于非季風期,非季風期因化學風化產生的溶質通量對全年的貢獻可忽略不計。通過季風期對納木錯24個子流域進行定期采樣,較為精準地估算了整個納木錯流域的化學風化速率。研究表明納木錯各子流域的CWR存在很強的空間異質性,最高值與最低值分別為55 t/km2/y和9.2 t/km2/y。CWR與巖性系數呈顯著正相關,與平均海拔呈顯著負相關,說明巖性對納木錯流域CWR的影響較大。SWR的空間分異不如CWR顯著,最高值與最低值分別為7.9 t/km2/y和2.3 t/km2/y,徑流是影響SWR最為重要的因素。納木錯南岸8個冰川子流域的化學風化速率是巖性相似非冰川流域的1.3倍,再次證實了該地區的冰川作用促進了化學風化。地形是導致子流域化學風化強度呈現空間差異的更深層次原因(圖3)。從流域尺度上看,納木錯流域CWR與SWR平均值分別為24.3 t/km2/y和4.5 t/km2/y,相比于青藏高原的邊緣地區,高原腹地的化學風速率處于較低水平,尤其是硅酸鹽巖風化。

       

      圖3 納木錯各個小流域化學風化速率與環境因子的關系

      圖中數字代表相關系數,實線代表顯著相關,藍色代表負相關,紅色代表正相關

      上述研究成果近期陸續發表于國際地學期刊《Journal of Hydrology》,題目分別為“Seasonal variation of chemical weathering and its controlling factors in two alpine catchments, Nam Co basin, central Tibetan Plateau”、“Glaciation enhanced chemical weathering in a cold glacial catchment, western Nyaingêntanglha Mountains, central Tibetan Plateau”和“Small-catchment perspective on chemical weathering and its controlling factors in the Nam Co basin, central Tibetan Plateau”,第一作者為我所博士后于正良,通訊作者為鄔光劍研究員。該研究獲得國家自然科學基金項目(41725001)、中國科學院A類戰略性先導科技專項(XDA20060201)和第二次青藏高原綜合科學考察研究(2019QZKK0201)等的聯合資助。

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