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孙玉涛等-JVGR:玛珥湖温室气体释放:以长白山火山区为例
2017-12-27 | 作者:科技处 | 【 】【打印】【关闭

        大气圈温室气体(特别是CO2)浓度的变化,在地质历史时期不同时间尺度上对全球气候与环境变化产生了重要影响。从1750年工业革命开始到2015年,由于化石燃料燃烧、水泥生产、土地利用变化等导致人类在260多年时间内向大气圈中排放的CO2量约为600 ± 55 PgC。随着全球变暖及其灾害性影响的不断加剧,大气圈温室气体浓度与规模等问题越来越引起国际科学界和各国政府的关注。减少温室气体排放已成为世界各国应对气候变化的重要举措。从2009年哥本哈根气候谈判到2015年“巴黎协定”的签署,如何理解人类活动对当前地球大气圈温室气体浓度变化的影响与贡献以及每个国家温室气体的排放份额(即温室气体排放权)一直是历届气候变化大会与会各国激烈争论的中心议题。近年来的研究结果表明,当今大气圈中温室气体浓度是自然因素和人类活动共同作用与演化的结果。从科学上厘清自然因素和人类活动各自导致的当今大气圈温室气体浓度变化的比例是划分减排份额、进行温室气体减和谈判排最重要的基础和前提。
        火山作用是地球深部碳向地表输送的重要途径。处于休眠期的火山由于地下存在岩浆房,并持续地对围岩烘烤,最终会向大气圈释放大量的温室气体。长白山位于中朝边境,是一座处于休眠状态的巨型活火山,全新世以来发生过多次大规模喷发。以往研究表明,长白山火山虽然处于休眠状态,但仍以土壤微渗漏、温泉、断裂脱气等形式向当今大气圈中释放大量温室气体。长白山火山区周围分布着众多的单成因火山锥及玛珥湖。至今,这些单成因火山温室气体释放规模与机理仍不清楚。
        针对这一科学问题,中科院地质地球所新生代地质与环境院重点实验室火山作用与环境学科组博士研究生孙玉涛在导师郭正府研究员的指导下,利用密闭气室法,对位于天池火山东坡32 km处的圆池玛珥湖(图1)温室气体释放通量进行了野外测量与取样测试,并对长白山火山区的温室气体释放规模及其对大气圈温室气体的贡献开展了研究。

1 圆池玛珥湖火山区位置示意图

在野外观测数据的基础上,利用序贯高斯模拟方法,获得圆池玛珥湖及其附近的单成因火山区通过土壤微渗漏、断裂脱气(图2)以及水-气界面扩散(图3)向当今大气圈释放的温室气体分别为15.6/年、125.9/年以及34.6/年,整个圆池玛珥湖系统向大气圈中释放的温室气体为176.1/年,其中80.4%的气体来自火山干脱气系统。He-C同位素示踪结果显示,圆池玛珥湖的温室气体主要来源于地幔(0.01-0.10%)、地壳(10-20%)以及有机质(48-54%)等。基于火山锥海拔高度分带,结合数字高程模型,获得了整个长白山天池破火口及其附近地区(图4)向当今大气圈释放的温室气体总量约为3.0×105/年。研究显示,随着野外观测数据的积累、火山区实际测量温室气体释放类型的不断增多以及空间测量范围的不断增大,长白山火山区的地质源温室气体释放规模将会十分巨大。 

  2 圆池土壤气CO2释放通量时空分布图 

3 圆池玛珥湖CO2释放通量空间分布图

4 长白山天池火山(a)及圆池玛珥湖火山区(bCO2释放示意图

  以上研究成果近期发表在国际火山地热学领域期刊Journal of Volcanology and Geothermal Research上(Sun et al. CO2 diffuse emission from maar lake: An example in Changbai volcanic field, NE China. Journal of Volcanology and Geothermal Research. 2017, 349: 146-162)。

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