“范式转换”——研究人员发现了一个被忽视的天然二氧化碳来源

裂隙岩石取样口

杰克逊学院助理教授Daniella Rempe(戴着白帽)和来自埃尔河临界区天文台和本古里安大学的同事们安装了专门的取样口来收集破裂岩石中的水和气体。钻机用于创建一个斜口孔来容纳取样器套管。资料来源:威廉·e·迪特里希

我们脚下的基岩是出了名的荒凉之地。相比之下,人们所知的土壤中充满了生命——从微生物到植物根再到虫子。

这一观点认为,土壤是森林产生二氧化碳的最重要来源2是其中生命的自然副产品。但根据德克萨斯大学奥斯汀分校(University of Texas at Austin)领导的一项研究,普遍的观点只是触及了表面。

研究发现,CO2也可以在更深的地下基岩裂缝中生产,并且这种来源可以占到每天平均一氧化碳的29%2由陆地释放,取决于季节。

这一发现并不意味着地貌向大气中排放更多的二氧化碳,但它确实挑战了关于二氧化碳在哪里产生的传统智慧。它还可以帮助改进气候变化模型,因为了解二氧化碳的产生方式和产生地点是建立准确预测的重要组成部分。

该研究将CO2这一发现表明,树根及其周围的微生物群落是二氧化碳的来源,而基岩裂缝是生命繁荣的地方。

破裂基岩取样装置

该研究中的一幅图展示了一套安装在森林深处钻孔中的传感器和取样器,用以捕捉断裂基岩中水和气体的运动。资料来源:Tune等。

德克萨斯大学杰克逊地球科学学院(UT Jackson School of Geosciences)的助理教授、该研究的合著者丹妮拉·伦佩(Daniella Rempe)说:“就行动地点而言,这是范式的转变。”“土壤可能不是森林中唯一的关键因素。”

这项研究于2020年12月6日发表在《华尔街日报》上JGR Biogeosciences

杰克逊学院的研究生艾莉森·图恩(Alison Tune)领导了这项研究。其他合著者包括杰克逊学院教授Philip Bennett、伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校研究生王佳和伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校助理教授Jennifer Druhan,她在设计和执行这项研究中发挥了关键作用。

艾莉森·托恩和布兰登·明顿

杰克逊学院的研究生艾莉森·图恩(Alison Tune)是这项研究的主要作者,他和杰克逊学院的工程科学家助理布兰登·明顿(Brandon Minton)在埃尔德克里克(Elder Creek)附近的Eel River Critical Zone Observatory收集了基岩样本。基岩样本被用来描述山坡上的岩石特性。信贷:丹妮娜Rempe

土壤并不在坚实的基岩之上。相反,在这两种极端情况之间存在着一个由断裂和风化的基岩组成的过渡带。众所周知,这种蚀变岩石很难取样。这项研究依赖于一种专门的取样工具,它埋藏在加利福尼亚北部的一个山坡上,从断裂的基岩顶部一直延伸到底部,大约44英尺。

这个工具很快揭示了这个区域是CO的活跃场所2生产。

“有一个很大的部队2在土壤下面,”图恩说。“当我们第一次测量(CO2我们对我们的发现感到非常兴奋。”

通过分析2017-2019年收集的数千个样本,研究人员发现CO2没有留在原地。在旱季,指挥官会在旱季时2主要是进入土壤,然后释放到大气中。在雨季,当地下水上升填满裂缝时,近50%的CO2溶解在水中,最终流入小溪和河流。

研究人员发现,这可以溶解CO2斜坡岩石风化,研究区80%的地下水溶解碳来自断裂基岩。Rempe说,这一发现意义重大,因为这是科学家第一次能够确定山坡上正在发生岩石风化的地方。

这项研究建立在越来越多的知识基础之上,这些知识表明断裂基岩是一个重要的生态区域。例如,在2018年的一项研究中,Rempe和合作者发现了在干旱期间支撑树木的断裂岩石水分的证据。

莱斯大学(Rice University)研究碳循环在环境中的作用的助理教授马克·托雷斯(Mark Torres)说,这项研究意义重大,因为它揭示了土壤和地下水之间被认为是“黑箱”的部分景观。

他说:“在我的工作中,我通常会舀起河水,然后推断出山下发生了什么。”“这项工作真正令人印象深刻的是,他们是如何观察到难以置信的事物的。”

研究人员正计划在其他地方调查破裂的基岩,包括在杰克逊学校的白人家庭户外学习中心的一个当地的研究地点,这个地点位于德克萨斯州的滴水泉,占地266英亩。

“断裂的基岩在德克萨斯州很常见,那里的土壤很薄,而且有很多很深的根,”图恩说。“这可能是这些生态系统中碳循环的重要组成部分,了解这一点很重要,因为随着我们的发展,随着气候随着时间的变化。”

参考:2020年11月27日,作者:Alison K. Tune, Jennifer L. Druhan, Jia Wang, Philip C. Bennett和Daniella M. RempeJGR Biogeosciences
jg005795 DOI: 10.1029/2020

美国能源部、国家科学基金会和美国地质学会支持了这项研究。

4评论“范式转换”——研究人员发现了一个被大量忽视的天然二氧化碳来源”

  1. “研究发现,更深的地下基岩裂缝也会产生二氧化碳,根据季节的不同,这一来源可能占到陆地每天平均排放的二氧化碳的29%。”

    对于那些试图用技术捕获和地质掩埋数十亿吨二氧化碳的人来说,这是个坏消息。防止它漏水。

    • 你为什么这么说?这个想法涉及到更深层次的削减。本研究涉及上部断裂基岩层,包括树根及其相关微生物。另外,我想知道这个结果是否广泛适用,或者其他环境中的二氧化碳是否更低?我想气候、水文和岩石类型只是影响这项研究在其他领域适用性的一些因素。

  2. “研究发现,更深的地下基岩裂缝也会产生二氧化碳,根据季节的不同,这一来源可能占到陆地每天平均排放的二氧化碳的29%。”

    对于那些试图从技术上捕捉二氧化碳并将其储存在地下而不泄漏的人来说,这是个坏消息

  3. 诺亚弗里德曼|2020年12月16日上午9:53|回复

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