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地球环境所揭示地震滑坡中有机质的归宿及其控制因素

地球环境所揭示地震滑坡中有机质的归宿及其控制因素

  河流是连接陆地和海洋碳库的关键枢纽,河流颗粒有机碳(POC)的搬运和宿命在全球碳循环中起着重要的作用。大地震能够导致大量的山体滑坡并破坏大量的森林植被和土壤,这个过程造成有机碳的侵蚀,其中包含来自植物通过光合作用固定的现代有机碳,它是全球碳循环的重要组成部分,其埋藏是地质时间尺度重要的碳汇。然而,人们对滑坡侵蚀产生的现代POC的搬运和归宿缺乏了解。2008汶川地震导致大规模的山体滑坡,对河流物质搬运有着显著的影响,为评估地震滑坡对河流POC输移影响提供了一个绝佳机会。

  中国科学院地球环境研究所金章东领导的研究团队,联合英国杜伦大学Robert HiltonAlexander 幸运28DensmoreDarren Gro?cke、美国南加州大学Joshua WestGen Li、加州大学欧文分校Xiaomei Xu等人,通过分析2008年汶川地震前后(2006–2012年)杂谷脑河(岷江主要支流之一)悬浮物POC含量及其13C14C同位素比值,运用两端元混合模型定量了河流现代POC通量(图1A),首次定量评估了汶川地震造成的滑坡对河流POC输移的影响,进而讨论了地震滑坡侵蚀的POC归宿及其控制因素。结果表明,在汶川地震之后4年里,杂谷脑河由滑坡供给的现代POC增加了约2倍(图1B)。

  那么地震滑坡侵蚀的现代POC在流域里将滞留多长时间?又有多少比例是以POC的形式被河流搬运出流域呢?假如不考虑POC的氧化降解,根据流域滑坡侵蚀现代POC的总量和现在搬运速率,需要约80年才能将地震滑坡产生的全部现代POC搬运出流域。模型模拟结果(图2)显示,即使在一个较高的氧化降解速率下,大部分来自于汶川地震滑坡破坏的植被和土壤的POC并不会在山坡中被氧化,而会被河流运输出去。假如这部分有机碳被有效埋藏,并长时间尺度保存于沉积物中的话,这将是一个很重要的碳汇过程。重要的是,汶川地震后4年内,杂谷脑下游现代POC获益率(图1B)并没有呈一个明显的降低趋势,这说明地震滑坡侵蚀的POC供给河流搬运可能是一个长期而缓慢的过程。

  论文最后指出,类似汶川地震的重大构造活动可通过悬浮物、有机碳、硅酸盐风化通量和河水碱度的成倍增加和输移,是地质时间尺度上一个重要的碳汇过程,可能在调节大气CO2和全球气候中起到重要作用,并将构造活动与流域侵蚀-风化和碳收支直接联系到一起。

  相关研究结果近日在线发表在国际地学期刊Geology 。本文是该研究团队发表在Geology上的第三篇有关汶川地震环境效应研究论文。该研究得到科技部全球变化专项、中国和美国国家自然科学基金、英国皇家学会等共同资助。

    文章链接

 

  1 汶川地震前后河流悬浮物中现代POC与化石源POC混合及其与杂谷脑河下游现代POC获益率(下游与上游现代POC通量的比值)(幸运28 Wang et al., 2016

 

2 汶川地震诱发的生物源POC滞留在流域的时间模型(Wang et al., 2016