原標(biāo)題：地質(zhì)工作將為碳中和做出巨大貢獻(xiàn)
 

提 要：

在實現(xiàn)碳中和的偉大征程中，地質(zhì)工作所能發(fā)揮的重要作用被忽略了。巖溶碳匯就是地質(zhì)人實現(xiàn)碳中和的重要武器！全球巖溶分布面積為2200萬平方千米，占陸地面積的15%，全球碳酸鹽巖風(fēng)化溶解產(chǎn)生的碳匯通量為5.5億噸/年，相當(dāng)于全球森林碳匯通量的33%、土壤碳匯通量的70%。今天是地球日，為了保護(hù)我們的地球，地質(zhì)工作要貢獻(xiàn)力量。

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2019年11月，生態(tài)環(huán)境部發(fā)布《中國應(yīng)對氣候變化的政策與行動2019年報告》，在“增加碳匯”部分，將“自然資源部積極探索人工造林種草、土壤改良、外源水灌溉及水生植物培育等4種增加巖溶碳匯的方法”納入其中。這意味著巖溶碳匯在實現(xiàn)應(yīng)對氣候變化、努力增加碳匯等目標(biāo)中將發(fā)揮重要作用。

01

巖溶碳匯來源于碳酸鹽巖的風(fēng)化溶解

很少有人意識到，碳酸鹽巖的風(fēng)化溶解會像植物光合作用一樣，產(chǎn)生相對于大氣圈的碳匯效應(yīng)。碳酸鹽巖是可溶巖，其風(fēng)化溶解速率是花崗巖的幾十倍到百倍。通常情況下，雨水溶解大氣和土壤中的CO2，生成碳酸，隨后碳酸溶解碳酸鹽巖，生成含HCO3-和Ca2+的巖溶水體。在此過程中，大氣圈的CO2被不斷移出，以HCO3-的形式進(jìn)入到水圈中，起到了相應(yīng)的碳匯效果。

那么，碳酸鹽巖風(fēng)化與植物光合作用產(chǎn)生碳匯存在哪些差異？一是光合作用為有機(jī)過程，風(fēng)化過程為無機(jī)過程；二是植物生長形成樹木是看得見的，風(fēng)化過程則是看不見的。

 

02

靜悄悄的巖溶碳循環(huán)

 

碳酸鹽巖風(fēng)化驅(qū)動無機(jī)碳循環(huán)產(chǎn)生的碳匯十分隱蔽，根本原因是碳酸鹽巖在地質(zhì)歷史時期形成于溫暖、見光、清潔的淺海環(huán)境中，其溶解過程也是通過清澈、透明的巖溶水展現(xiàn)的。因此，碳酸鹽巖風(fēng)化溶解產(chǎn)生的碳循環(huán)過程是靜悄悄的。

流域尺度巖溶碳循環(huán)通常包括三部分：發(fā)生、遷移和轉(zhuǎn)化，70%～80%的巖溶碳循環(huán)發(fā)生在淺表層的巖溶表層帶，只有少部分發(fā)生在地下河和地下洞穴中。富含HCO3-的巖溶水在遷移過程中，少部分HCO3-轉(zhuǎn)化為CO2逃逸到洞穴空氣中；更多的HCO3-隨地下水的流動，以泉、地下河的形式流出地表，成為地表河，這些高濃度無機(jī)碳含量的巖溶水，刺激水生植物進(jìn)行光合作用，使部分無機(jī)碳轉(zhuǎn)化為有機(jī)碳。

 

03

巖溶碳匯是碳匯重要的組成部分

 

中國的巖溶分布面積（包括裸露、覆蓋和埋藏）達(dá)344萬平方千米，約占國土面積的1/3。據(jù)估算，中國碳酸鹽巖風(fēng)化溶解產(chǎn)生的碳匯通量為0.3億噸/年～0.72億噸/年，取中間值0.51億噸/年。根據(jù)1981～2000年間的統(tǒng)計，森林碳匯通量年均碳匯為0.75億噸/年，灌草叢年均碳匯通量為0.19億噸/年，陸地植被年均總碳匯通量為1.01億噸/年。也就是說，碳酸鹽巖風(fēng)化溶解的碳匯通量是陸地植被的50.5%、森林的68%、灌草叢的2.68倍。

針對全球而言，每年陸地森林生態(tài)系統(tǒng)可產(chǎn)生17.1億噸的碳匯通量，土壤有機(jī)碳庫可產(chǎn)生凈碳匯通量8億噸。全球巖溶分布面積為2200萬平方千米，占陸地面積的15%，全球碳酸鹽巖風(fēng)化溶解產(chǎn)生的碳匯通量為5.5億噸/年，相當(dāng)于全球森林碳匯通量的33%、土壤碳匯通量的70%。需要指出的是，巖溶碳循環(huán)發(fā)生的驅(qū)動力是水和二氧化碳，在不同氣候類型下，碳匯發(fā)生的強(qiáng)度存在差異性。

 

04

人為干預(yù)可增加巖溶碳匯通量和穩(wěn)定性

 

根據(jù)流域巖溶碳循環(huán)過程，可以通過以下4種技術(shù)途徑提高巖溶碳匯通量及其穩(wěn)定性。

一是植樹造林。鑒于植物光合作用和碳酸鹽巖風(fēng)化溶解的驅(qū)動力均為CO2+H2O，因此，植樹造林不僅能使地表生物碳匯通量增加，也能使地下巖溶碳匯通量增加。從灌叢到次生林地再到原始林地，巖溶作用產(chǎn)生的碳匯通量可增加2～8倍。

二是改良土壤。巖溶碳匯的碳主要來自土壤CO2，土壤CO2濃度比大氣高1～2個數(shù)量級，通過改良土壤增加土壤CO2循環(huán)即可強(qiáng)化巖溶碳匯效應(yīng)。

三是重視外源水的作用。來源于硅酸鹽巖區(qū)的外源水具有很強(qiáng)的侵蝕力。典型流域監(jiān)測結(jié)果顯示，桂林毛村地下河流域，上游32%的砂巖補(bǔ)給區(qū)流入的外源水，進(jìn)入下游巖溶區(qū)，會增加34%的碳匯通量；漓江流域的監(jiān)測結(jié)果顯示，當(dāng)小流域中碳酸鹽巖分布面積在50%左右時，外源水對巖溶碳匯影響最大。

四是增強(qiáng)水生植物的光合作用。水體中高濃度的HCO3-極不穩(wěn)定，當(dāng)水文條件發(fā)生改變時，容易轉(zhuǎn)化為CO2，逸出到大氣中。如果通過水生植物的光合作用，消耗部分HCO3-、降低其濃度，將無機(jī)碳轉(zhuǎn)化為有機(jī)碳，可極大提高巖溶水體中碳遷移過程的穩(wěn)定性。

 

05

中國特色的巖溶碳匯方案

 

全球有130個國家有巖溶分布。傳統(tǒng)地質(zhì)觀念認(rèn)為，地質(zhì)物質(zhì)循環(huán)的時間周期是百萬年尺度，而生物物質(zhì)循環(huán)的時間尺度是百年-千年-萬年，因此，現(xiàn)代地球碳循環(huán)研究認(rèn)為，地質(zhì)過程無法產(chǎn)生短時間尺度的碳匯效應(yīng)。

但自我國科學(xué)家牽頭開展IGCP379“巖溶作用于碳循環(huán)”（1995～1999）以來，經(jīng)過30多年的努力，闡明了流域尺度巖溶碳循環(huán)過程，監(jiān)測了碳循環(huán)過程中的源和匯。據(jù)預(yù)測，1999～2025年，中國森林碳匯通量為1.4億噸/年～1.5億噸/年，如果取1/2作為中國巖溶碳匯通量，則每年巖溶碳匯通量可達(dá)到0.70億噸～0.75億噸。中國巖溶碳循環(huán)調(diào)查研究的理論和技術(shù)可在巖溶分布廣泛的其他國家進(jìn)行推廣，以便共同應(yīng)對全球氣候變化。

（作者單位：中國地質(zhì)調(diào)查局巖溶地質(zhì)研究所 聯(lián)合國教科文組織國際巖溶研究中心）

（本文刊登于2021年4月16日《中國礦業(yè)報》第3版）

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