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为探究碳酸盐溶解率时空分布及多因素协同影响机制,研究人员基于碳酸盐岩片法,系统分析中国典型喀斯特地区数据。发现降水是关键影响因素,与溶解率显著正相关,且各因素交互导致显著季节与区域差异,为喀斯特碳汇评估等提供重要依据。
在地球广袤的陆地之上,喀斯特地貌以其独特的形态和复杂的地质过程吸引着科学家们的目光。中国作为喀斯特地貌分布广泛的国家,拥有 344 万平方公里的喀斯特区域,其碳酸盐溶解过程不仅塑造着奇特的地貌景观,还与全球碳循环、喀斯特碳汇等重要议题紧密相连。然而,以往关于碳酸盐溶解率的研究大多局限于特定区域和单一影响因素,缺乏对多因素协同作用及宏观尺度时空差异的深入探讨,这使得人们难以全面把握喀斯特发育规律和碳循环机制。为填补这一研究空白,重庆师范大学等机构的研究人员开展了一项具有重要意义的研究,相关成果发表在《Geomorphology》上。
研究人员采用碳酸盐岩片法(一种通过量化参与喀斯特过程的碳酸盐岩溶解重量来估算溶解率的方法),系统收集了中国典型喀斯特地区的碳酸盐溶解率数据,并对主要影响因素及时空分布进行分析。
研究运用的关键技术方法包括:一是数据收集,通过中国知网(CNKI)和 Web of Science(WOS)数据库,以 “karstification, carbonate/karst dissolution/erosion/denudation rate, carbonate rock tablet, karst carbon sink” 等为关键词检索相关文献,收集基于岩石片法的溶解率及研究区域气候(降水、温度)、岩性、植被、土壤性质等环境参数,共获取 58 组数据;二是岩石片法,使用直径 4cm、厚 3 - 5mm、表面积约 28 - 31cm2 的标准岩石片(通常为广西桂林上泥盆统融县组灰岩或斯洛文尼亚上白垩统灰岩),置于地表以上 150cm、地表 0cm、地下 20cm 和 50cm 四个测试层,经一个水文年后回收称重计算溶解率。
基本特征
中国地域辽阔,气候条件区域差异显著,年降水量从东南沿海向西北内陆逐渐减少,年均温由南向北逐渐降低,这种气候差异对不同区域的碳酸盐溶解率产生显著影响。通过对比前人利用岩石片法在多个野外试验点获得的溶解率,发现中国碳酸盐溶解率呈现明显的地带性特征,其中南北差异最为典型。
气候因素影响
在大尺度上,环境条件的高度异质性可能导致碳酸盐溶解率与单一环境参数的相关性降低,而在小区域尺度上,环境条件的一致性可能增强特定环境参数对溶解率的直接影响,从而使中国喀斯特发育呈现地带性特征。基于峰林北界,相关研究表明降水是影响溶解的关键因素,与溶解率显著正相关。雨季溶解率显著高于旱季,空气中、地表、土壤 20cm 和 50cm 深度处溶解率随年降水量增加的增长率分别为 0.09、0.14、0.38 和 0.48mg/(cm2?a?100mm)。温度对地下溶解有促进作用,但与地表溶解率无显著相关性。
其他因素影响
碳酸盐岩的 CaO/MgO 比和粒度也会影响溶解率。此外,植被类型和土壤环境因素对溶解率也有显著影响。不同植被覆盖下,土壤的物理化学性质发生改变,进而影响碳酸盐岩的溶解过程。土壤中的有机质、微生物活动等因素通过改变土壤溶液的成分和性质,对溶解率产生作用。
结论
该研究通过对中国典型喀斯特地区碳酸盐溶解的系统分析,揭示了各影响因素对溶解率的综合作用机制。主要结论如下:一是中国碳酸盐溶解率具有显著的地带性特征,南方溶解率高且地下溶解强,北方则相反;二是降水是影响溶解率的关键因素,与溶解率呈显著正相关,温度对地下溶解有促进作用,岩性(CaO/MgO 比、粒度)、植被类型和土壤环境等因素也对溶解率有显著影响;三是各因素的相互作用导致碳酸盐溶解率存在显著的季节和区域差异。
这项研究将空间尺度从典型监测点扩展到全中国,为深入理解碳酸盐溶解率的影响因素及时空分布提供了重要依据,有助于更准确地评估喀斯特碳汇强度,为全球碳循环研究和喀斯特环境保护提供了新的视角和理论支持。同时,研究中采用的岩石片法为碳酸盐溶解率的研究提供了一种便捷、可靠的方法,有助于推动该领域的进一步发展。