富尔纳斯火山区热河CO2 通量与水文地球化学特征研究：揭示活动火山流域碳释放机制

本研究针对火山活动区河流CO2 排放量化的空白，通过系统监测亚速尔群岛富尔纳斯火山热河流域水化学参数及CO2 通量，首次揭示该流域日均CO2 排放达14.6-23.8吨，证实火山热液对水体Na-HCO3 型特征及碳同位素组成的显著影响，为火山活动区温室气体（GHG）预算提供了关键数据。

　　

在全球气候变化背景下，火山活动区作为自然温室气体（GHG）排放的重要来源，其碳释放机制尚未被充分认知。尤其对于河流这类动态水体系统，现有研究多聚焦非火山区域的有机碳降解过程，而忽视了活动火山区深部碳源对水体CO₂
通量的贡献。亚速尔群岛作为大西洋中脊的火山热点区域，其独特的地质背景为研究火山-水文相互作用提供了天然实验室。然而，该地区河流系统的碳释放数据长期缺失，导致全球火山相关碳循环模型存在显著不确定性。

针对这一科学缺口，由葡萄牙研究人员J. Virgílio Cruz领衔的团队在《Journal of Volcanology and Geothermal Research》发表了开创性研究。该工作选择富尔纳斯火山东侧的热河流域（Ribeira Quente）为研究对象，通过跨年度水文地球化学监测与CO₂
通量测算，首次量化了火山活动区河流的碳释放强度，并揭示了热液输入对水体化学特征的调控机制。

研究团队采用多学科交叉方法：① 32个采样点的季节性水质监测（温度/pH/电导率现场测定）；② 主要离子色谱分析与同位素比值质谱（¹³
C/¹²
C和⁸⁷
Sr/⁸⁶
Sr）测试；③ 浮动箱法（floating chamber）测定水-气界面CO₂
通量；④ 基于水化学数据的端元混合模型解析热液贡献比例。所有样本采集于2023-2024完整水文年，覆盖流域主干流与支流系统。

地质背景
富尔纳斯火山作为典型的中心式火山，其93,000年喷发历史形成的破火山口复合体为热液活动提供了理想通道。研究证实，流域内高温（最高38.5°C）、低矿化度（EC=325.24±177.77 μS cm^-1
）的Na-HCO₃
型水体特征，与深部热液上涌导致的硅酸盐风化过程直接相关。

河水化学特征
全年数据显示水体呈弱碱性（pH=7.07±0.57），但热液输入点出现显著化学异常：温度骤升（ΔT>15°C）、HCO₃
^-
浓度激增，且¹³
C同位素组成偏离典型有机碳降解信号。这种空间异质性证实了岩浆源CO₂
通过断裂系统混入地表水。

CO₂
通量模式
主干流路径法测算得日均排放20.5-23.8吨，而分段计算法（13-15.5吨/日）显示前者因面积高估导致偏差。经支流校正后，全流域CO₂
释放量为14.6-17.7吨/日，虽远低于土壤扩散通量，但证实火山河流是不可忽视的碳释放途径。

结论与意义
该研究首次建立了亚速尔火山岛弧区河流CO₂
排放基准值，揭示热液输入可贡献38%的溶解无机碳（DIC）。通过识别⁸⁷
Sr/⁸⁶
Sr比值与CO₂
通量的空间耦合关系，提出了"断裂带控碳"的火山流域模型。这些发现不仅完善了全球火山碳循环数据库，更对评估地热区开发的环境影响具有指导价值——例如研究中发现的近岸热泉输入点（采样点20）可作为监测火山活动的敏感指标。未来研究需结合连续监测技术以捕捉通量的时间动态性，这将为理解火山休眠期深部碳释放规律提供新视角。