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“失踪的碳汇”与“失踪的水汇”

已有 3349 次阅读 2012-3-13 14:40 |个人分类:水文科学|系统分类:科研笔记|关键词:水

   全球碳循环是指碳元素在地球表层各圈层中的积累和流动的过程。由于人类活动的影响,从表观上看,现代的全球碳循环处于不平衡状态,即人类燃烧化石燃料和热带毁林所排放的一部分CO2不知去向,这被称为“CO2失汇”,“失踪的碳汇”已是一个引人注目的话题。
   《文汇报》2010年4月报道:“在碳的循环过程中,排放(碳源)与吸收(碳汇)之间本应划‘等号’,可无论科学家怎么算,都是‘大于号’。据统计,人类活动每年排放的碳源约为79亿吨,其中有32亿吨悬浮于大气,19亿吨溶于海洋,剩下的28亿吨则是一笔说不清的‘糊涂账’。经过长期野外观测,科学家从美丽的喀斯特地貌中发现了一条碳循环的秘密通道。据中科院专家最新估算,“秘道”的吞吐量大得惊人――全球每年约有8亿多吨“流离失所”的碳经此找到归宿。地质学家袁道先院士说,在碳汇研究领域,我国的生态监测系统已经建立了几十年,但地质碳汇研究还显得十分薄弱;因为知之甚少,被形容为“地球最大碳库”的岩石圈长期游离于减排视野之外。

  这么多“失踪的碳”究竟哪儿去了?大多数研究者希冀从森林、土壤储存的有机碳中寻找答案,中科院地球化学研究所研究员刘再华及其合作者把目光投向了神奇的喀斯特地貌,沿着岩石的风化(即岩溶作用)轨迹追踪碳的去向。据《文汇报》文章的介绍,这是一个非常复杂的链式反应:当水流从空气中“大口吮吸”二氧化碳侵蚀碳酸盐岩石,持续不断的吸碳过程就悄无声息地展开了;接着,在岩石表面自由流淌的酸性水流携带着大量碳酸氢根,跟随自然界的水循环辗转奔向江河湖海;此时,浮游于植物体内的“食物加工厂”正急切地“找米下锅”,它们惊喜地发现,分泌一种叫作“碳酸酐酶”的催化剂对水中的碳酸氢根“略施魔法”,等待加工的“米”――二氧化碳,几乎唾手可得。最终,光合作用将大量随波逐流的碳转化成有机碳“封存”于水生生物体内。

   除了岩石圈途径的探索之外,一则冠以《有成熟森林藏匿过半未知碳汇》的消息报道:周国逸题为《成熟森林的土壤能吸收大量的碳》的文章发表在2006年12月1日的国际期刊《科学》上,这一成果给国际科学界带来一个惊喜。中国科学院华南植物园生态系统生态学研究方向首席科学家周国逸研究员通过一系列的研究,“至少找到了一半多‘失踪’的二氧化碳”。
   周国逸在接受记者采访时说:“前二者之和减去第三者,所得结果应该就是大气中每年增加的碳含量。但是,实际上,大气中每年实际新增的二氧化碳含量都比当年计算出来的结果要少。每年大约有2PgC(1PgC为10亿吨碳)的二氧化碳去向不明。”是方法上产生的误差吗?大气、海洋和陆地生态系统是二氧化碳的3个可能的容纳库。大气和海洋生态系统中的二氧化碳的量可以较准确估算,但陆地生态系统最复杂、最不确定,因为除了类型丰富的植被外,还存在一个储量巨大的土壤碳汇。因此,寻找测算土地利用改变所产生的碳含量的方法和原因,是科学家们一直在思索的问题。

   由失踪的碳汇我想到了失踪的水汇,可惜“水汇”只是我的一面之词。以“水汇”为标题的论文仅发现一篇《流域水汇制度设计研究》,作者称,流域水汇的提出受碳汇制度的启发,他们将“流域水汇”定义为“在流域现有用水格局的基础上, 特定区域所采用的一切有利于节水的工程、技术或经济措施在某一时期内能够节约的水资源量”。

   我所称的“失踪的水汇”是有感于《Water Resources Research》2008年第44卷末页的一则书评。《Earth's Deep Water Cycle》书介称:The distribution of H2O in the Earth is under debate.Although liquid water covers 70% of the surface,the oceans represent only about 0.025% of the planets'mass-far less water than thought to have been present during Earth's formation.If our planet is “missing”most of its original water,could it reside in the mantle?Can we detect it seismically?

   地球诞生时的水分为什么为消失了一大部分?是否藏在哪儿?

   据谭绩文等编著的《水科学概论》介绍:“仅国外学者提出的全球大洋水体来源的假说达32种之多。美国学者考奥坡(1951)认为,在地质时代中挥发掉了或者分解掉了10亿km3的水,即全球大洋水的3/4左右。关于地球失去水量的问题,还有更偏激的观点。”谭绩文等说,我们不同意这些观点。

   如此看来,地球是否失水、失水程度仍是一个未定之数。按《Water Resources Research》介绍,“地球曾严重失水”之说至少在西方受到一些科学家支持。如果失水成立,我将之称之为“失踪的水汇”。



 


 

注:图片来自邢台电视台广告节目信息中心制作的公益广告《水危机》 。



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1 虞左俊

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