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Picarro | 青藏高原冰川湖中CO2和CH4同位素组成及排放特征

日期: 2023-09-13
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青藏高原是全球最大的高原,也是世界上最大的冰川聚集地之一。然而,近年来,随着全球温室气体排放的增加和降水量的减少,青藏高原的冰川融化速度加快,引起了广泛关注。

青藏高原的冰川融化对环境和人类社会产生了广泛的影响。不仅导致水资源供应不稳定,还加剧了洪水和干旱的风险。同时,冰川融化减少了冰川的蓄水功能,使得干旱时期的水资源供应更加困难。

此外,冰川融化还会影响有机/无机碳和CO2之间的碳平衡,但其中缘由,目前尚不清楚,科研学者对此进行了相关研究。

青藏高原冰川湖中CO2和CH4同位素组成及排放特征

Picarro | 青藏高原冰川湖中CO2和CH4同位素组成及排放特征

河流、湖泊、湿地和水库等内陆水域被认为是大气中温室气体 (GHG) 的重要来源。内陆水域排放的二氧化碳 (CO2) 和甲烷 (CH4) 会影响当地大气中的温室气体水平,并影响不同生态系统之间的热交换。冰冻圈融化产生的温室气体排放在全球范围内引起了广泛关注,但目前对冰川化地区的研究有限。青藏高原 (TP) 的冰川面积在低纬度和中纬度最大,平均海拔高于 4000 m,由于快速变暖和降水模式的变化,TP的冰川正在经历严重的融化和迅速退缩。这就导致了大量冰川湖的形成和发展。从2008年到2017年,TP中的冰川湖数量以306个/年的速度增加,2017年有15,348个湖泊。在TP的冰川化地区进行的多项研究表明,冰川大量融化期间,会释放CH4并主要吸收CO2,这对全球碳预算具有重要影响。但是,目前尚不清楚冰川湖的形成会如何影响有机/无机碳和CO2之间的碳平衡,以及CH4和CO2的产生和消耗途径。

基于此,研究人员于2022年5月首次对青藏高原13个冰川湖温室气体特征进行了调查。通过顶空平衡法测量了CO2和CH4浓度及其同位素组成(δ13C)( Picarro G2201-i碳同位素分析仪),估计了CO2和CH4通量,并计算了CO2和CH4的碳同位素分馏(ac),利用贝叶斯混合模型(MixSIAR)确定CO2源分配。收集水面下10 cm深度的水样,测定溶解有机碳(DOC)和溶解无机碳(DIC)浓度及其碳同位素组成和主要阳离子。原位测量了水pH、电导率、DO,TDS、温度、222Rn以及气温和风速。旨在了解青藏高原冰川湖CO2和CH4的排放特征,探索其潜在的生产和消耗途径。

Picarro | 青藏高原冰川湖中CO2和CH4同位素组成及排放特征

每个冰川区域所研究的冰川湖的位置。

【结果】

Picarro | 青藏高原冰川湖中CO2和CH4同位素组成及排放特征

CH4 (a) 和 CO2 (b) 通量。

Picarro | 青藏高原冰川湖中CO2和CH4同位素组成及排放特征

CO2 和 CH的稳定同位素。

Picarro | 青藏高原冰川湖中CO2和CH4同位素组成及排放特征

基于MixSIAR 结果的青藏高原冰川湖中大气输入、DOC再矿化和CH4氧化对CO2的贡献百分比。

【结论】

本研究调查了青藏高原冰川湖中CH4和CO2的排放通量和同位素组成。结果表明了冰川湖CO2汇和CH4源的不同作用。CO2消耗率与北极冰川河流和湖泊相当,这表明CO2消耗可能是冰川地区的普遍现象。CO2消耗归因于化学风化。在气候变暖的情况下,随着冰川融化的加剧,冰川下的化学风化率预计会增加,因此,如果冰川湖是一致的CO2汇,碳封存将比本研究中估计的大。同时,TP气温升高可能会影响冰川湖中某些细菌的相对丰度,从而进一步影响温室气体排放或消耗。尽管在所研究的三个湖泊中捕获到了冒泡现象,但TP其余冰川湖通常都在轻微地释放CH4,且这种碳排放可能会被CO2消耗所抵消,从而对全球变暖产生负面影响。潜在的CH4厌氧氧化和低DOC含量可以部分解释这种低CH4排放。CH4产热起源仍需进一步使用δD-CH4或clumped isotopes进行限制。作为冰川湖CO2和CH4排放及同位素组成的首次原位调查,本研究中的湖泊代表了青藏高原的一个小型冰川流域,未来应对大型冰川区域进行长期调查以了解冰冻圈的碳相互作用和反馈。


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