作者:李彦等 来源:GRL 发布时间:2015/8/27 9:51:03
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寻找迷失于沙漠的碳汇

 

■本报记者 倪思洁 丁佳

关于碳循环,有一个未解之谜:根据物质守恒定律,陆地生物圈与大气圈之间,碳循环本应是守恒的平衡状态。然而,科学家在估算全球碳平衡时惊讶地发现,近20%的二氧化碳排放去向不明,即所谓的“迷失碳汇”。如果找到迷失的碳汇,将有助于了解全球碳循环机制。

近日,中科院新疆生态与地理所的一项最新研究表明,荒漠下的“咸水海洋”形成了吸收二氧化碳的巨大碳汇,形成了迷失碳汇的一部分。这一成果发表在最新一期的美国《地球物理研究快报》上。

回忆起十年的研究经历,中科院新疆生地所研究员李彦觉得“挺好玩的”,而这项“好玩的”研究或将开辟全球碳循环研究的另一片天地。

沙漠下的“海洋”

海洋、森林通常被认为是碳汇的主要所在,沙漠并不在其列。

然而,10年前,中外科学家几乎同时发现了一个出人意料的现象——二氧化碳源源不断地消失于沙漠或荒漠区。据此,科学家推测,荒漠区很可能是一个很大的碳汇。

“沙漠里的二氧化碳是怎么被吸收的,成了个问题。”李彦在接受《中国科学报》采访时说,“通常理解的‘土壤呼吸’主要是土壤释放而非吸收二氧化碳的过程,因为所有土壤里的生命过程都没有光的参与,只可能释放二氧化碳,不可能吸收。”

遗憾的是,尽管公布了对沙漠碳汇的推测,但长期以来科学家并未找到其中的“玄机”。

为了解决这个问题,李彦带着几个人组成的科研团队,开展了为期10年的研究。他们从沙漠的盐碱土壤着手,最后发现被吸收的二氧化碳既不在植物中,也不在土壤中,而是在荒漠下的咸水层里。

“原理其实很简单。荒漠等干旱地区的土壤、地下水绝大多数为盐碱性,二氧化碳溶于水后呈弱酸性。任何自然系统总有趋于中性的、稳定的趋势。因此,荒漠区的地下咸水对二氧化碳的溶解度极高。”李彦说。

根据研究组的初步估计,全球范围内,储存在沙漠区地下咸水中的碳总量可达1000亿吨。“这个‘沙漠下的海洋’与真正的海洋一样也是碳汇。”李彦说,或许这些二氧化碳经过复杂的地球化学变化后,将变成碳酸钙永远藏于地质结构中。

在修正中摸索前行

这项“原理简单”的研究持续了10年,也修正了10年。这10年里,研究组还“犯过错”。

2009年,研究团队发表了一篇关于土壤吸收二氧化碳的论文,认为沙漠盐碱土具有吸收二氧化碳的作用。“我们预测沙漠碳汇,是因为发现了有进入土壤的二氧化碳,所以在之后很长时间里,我们都盯着土壤作研究。”李彦说,当时,研究团队一直认为盐碱土本身可以吸收二氧化碳。

当时,研究团队从准噶尔沙漠运回了各类盐碱土,用压力锅进行高温灭菌,排除生物影响,再将土壤放回野外,发现各类盐碱土对二氧化碳的吸收非常明显。

“之后我们发现,这篇文章完全是错的。”李彦说,高温高压的蒸煮将土中的二氧化碳排空了,放到野外后二氧化碳会有一个缓慢的扩散平衡过程,所以研究人员当时测到的并非盐碱土真正吸收的二氧化碳。

接下来,是不断的修正。经过很长时间,科研人员开始推测可能是土壤溶液对二氧化碳有吸收作用。于是,他们将土壤换成了化学性质稳定的石英沙,加入土壤溶液,最后发现确实是土壤溶液在起作用,和土壤基质没关系。最后,科研人员才将目标锁定为沙漠下的咸水层,并在地下水深度较浅的塔克拉玛干沙漠里完成了实验验证。

推开“关着的门”

其实一开始,这项研究是受到质疑的。

当中外科学家推测沙漠中存在碳汇时,国际碳循环权威人士就发出了强烈质疑——荒漠中土壤贫瘠、植物稀疏,不可能以这么大的速率吸收二氧化碳。

“研究其实并不复杂,但其他科研人员之所以没有发现沙漠碳汇,是受到思维定式的影响。”研究团队成员、中科院新疆生地所研究员唐立松告诉记者。

“沙漠或荒漠区不可能大量吸收二氧化碳形成碳汇”的“常识”,令大多数科研工作者放弃了对沙漠碳汇的研究,也使李彦等人的研究成了“前无古人”的开拓性探索。“连研究方法和科研设备都得根据研究需要来自制。”唐立松说。

而后,研究成果也在投稿中多次碰壁。“审稿人几乎是下了一条定论,告诉我们沙漠绝不可能形成碳汇。这扇门从此就被关上了。”唐立松说。

李彦回忆,这项研究成果其实诞生于3年前,是国家“973”项目“干旱区盐碱土碳过程与全球变化”的研究成果。这3年里,他们在将这项成果投稿的过程中,被拒不下10次,也相应地修改了10多次。

如今,《地球物理研究快报》的匿名评审专家表示,鉴于全球此类盆地较多,这项研究有效地开启了让研究更进一步的新尝试。

另一位匿名评审则写道:“总体来说,这对于了解碳的生物地球化学循环,以及干旱生态系统中通过改变土地利用统筹碳排放预算,都具有重要贡献。它对于全球碳循环研究会产生怎样影响,仍有待进一步研究。”

“接下来,我们还会进一步改进研究方法,并吸引更多科研人员参与其中。”唐立松说。(来源:中国科学报 倪思洁 丁佳)

 
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