物理侵蚀、化学风化与地球气候的演化关系密切。地质时期的造山运动导致侵蚀速率升高，岩石矿物与大气、水和生命的相互作用增强；侵蚀作用增强还引起了碳的转移，这可能控制着地球气候的长期演化（Hilton and West, 2020）。化学风化对物理侵蚀非常敏感。随着侵蚀增强，在侵蚀过程中暴露出来的大量新鲜岩石促使矿物的风化作用增强，并伴随着风化速率升高（Ahnert, 1970）。
化学风化影响地球气候的长期演化。地壳和地幔通过岩浆/变质作用向大气中排放了大量的CO2（式1），结合硫化物氧化的碳酸盐风化也会向大气中排放CO2（式2-3），这些CO2引起的温室效应促使地表温度保持在一个较高水平，这种地球环境不适合生命存在（Hilton and West, 2020；图1）。幸运的是，硅酸盐在地壳中的分布极广，硅酸盐矿物在化学风化过程中会吸收大气中的CO2（式4），调节/平衡着岩浆及风化作用向大气中排放的CO2并使地球降温，从而创造了目前这个适宜人类居住的星球（Berner et al., 1983；图1）。 图1.碳在大气和岩石间的转移过程（Hilton and West, 2020）在全球变暖背景下，冰川（冰盖）加速消融，运动速度加快，融水径流量增加。冰川加速运动导致物理侵蚀作用增强，侵蚀速率升高（Frédéric et al., 2021）。以往研究指出，冰川的侵蚀作用增强也会引起化学风化增强并伴随着风化速率升高，据此可知冰川在化学风化过程中吸收/排放CO2的能力也会增强（Torres et al., 2017; Horan et al., 2017）。同时，由于消融加速，冰川融水每年向下游输送了大量的生物活性元素（如铁、硅、有机碳），当这些元素进入下游以后会影响陆地或水生生态系统的初级生产力，最终可能影响区域或全球的元素循环（如碳循环）并反馈气候系统（如Hawkings et al., 2014; Hood et al., 2015）。需要指出的是，上述研究均基于一个科学假设，即当前全球冰川的化学风化速率相比以前明显升高了，但遗憾的是一直没有定量的证据来证实这个假设。
图2.冰川和冰盖的化学风化速率及其与气温、径流和纬度关系（Li et al., 2022）
近日，西北大学王宁练、李向应和张世强教授研究团队，联合中科院西北生态环境资源研究院、美国宾夕法尼亚州立大学、挪威西挪威应用科学大学、英国利兹大学和班戈大学、河海大学、中科院成都山地灾害与环境研究所、云南大学和天水师范学院，找到了冰川化学风化速率升高的确凿证据。该研究基于全球77条冰川5465个径流样品的水化学资料，首次评估了全球冰川的化学风化速率，并揭示了冰川风化速率的时空变化规律和影响机制（图2）。以阳离子剥蚀速率作为化学风化速率的代用指标，发现全球冰川的平均风化速率是20年前的3倍，是冰盖流域的10倍，是整个冰盖的50倍，是非冰川流域的4倍；冰川化学风化速率与气温、降水和径流呈正相关关系，与纬度反相关（图2）。这表明，未来全球的冰川和冰盖在融水径流量达到峰值（拐点）以前，其化学风化速率会一直升高，碳汇或碳源能力会一直增强，化学风化的物质产量会一直增加，对陆地和水生生态系统的影响会进一步增大，在区域或全球元素生物地球化学循环中的重要性会越来越显著。该研究以“Globally Elevated Chemical Weathering Rates beneath Glaciers”为题于2022年1月20日在线发表在Nature Communications上，由第二次青藏高原科学考察项目（2019QZKK0207、2019QZKK020102）、国家自然科学基金项目（42171053、41671053、41761017、42171124、41871069）、冻土工程国家重点实验室开放项目（SKLFSE201901）和西北大学科研启动项目资助。
