青藏高原南缘裂谷系热泉深源CO2排放的水-气-岩相互作用机制及通量重建

针对青藏高原南缘裂谷系（STRS）热泉深源CO2通量估算不足的问题，研究人员通过水化学与同位素（δDH2O、δ18OH2O、δ13CDIC、Δ14CDIC）分析，揭示75%碳以方解石形式固存于地壳，重建CO2通量达8.52±1.08 Mt yr?1，为碰撞造山带碳循环提供关键数据。

　　

青藏高原作为印度-亚洲板块碰撞的产物，其南缘裂谷系（Southern Tibetan Rift System, STRS）不仅是地质活动的热点区域，更是深部碳循环的重要窗口。近年来，科学家逐渐认识到非火山区的热泉CO₂排放对全球碳预算的贡献被严重低估。尤其在东非裂谷等地的研究发现，构造活动区的土壤CO₂通量甚至可与全球洋中脊系统比肩。然而，作为地球上最大陆-陆碰撞带的喜马拉雅-青藏造山带（Himalayan-Tibetan orogen, HTO），其深部碳释放机制和通量仍存在巨大认知空白——既有研究或忽略浅部碳干扰，或未量化水-气-岩相互作用（如方解石沉淀）对碳通量的影响。

为破解这一难题，中国研究人员在《Journal of Hydrology》发表论文，首次对STRS的52个热泉开展多同位素联合分析。通过整合水化学、δD_H2O-δ¹⁸O_H2O示踪、碳同位素质量平衡计算及CO₂通量直接测量，团队重建了深源碳从源区到地表传输全过程的关键参数。研究采用便携式多参数设备（WTW Multi 3630 IDS）现场测定温度/pH/电导率，实验室分析主量元素、稳定同位素（δ¹⁸O_H2O、δD_H2O、δ¹³C_DIC）及放射性碳（Δ¹⁴C_DIC），并结合历史水文地质数据构建综合模型。

热液流体起源与水-岩相互作用
氢氧同位素揭示热泉主要源自海拔4300-6000米的大气降水，混合少量岩浆流体。Na-HCO₃型水占主导，反映硅酸盐/碳酸盐矿物溶解是水化学演化的核心控制因素。地热储层温度65-182°C，循环深度浅于3公里，暗示中-低温地热系统特征。

深源CO₂通量与碳归宿
碳同位素质量平衡显示CO₂主要来自地壳变质脱碳（含少量幔源碳）。实测喷气孔/气泡池的CO₂通量为(1.71±0.18)×10⁴ t yr^?1，外推至整个STRS达2.13±0.27 Mt yr^?1。创新性模型预测约75%碳以方解石形式固存于地壳，对应CO₂释放速率6.39±0.81 Mt yr^?1，二者叠加得总通量8.52±1.08 Mt yr^?1。

这项研究颠覆了传统认知：首先，水-气-岩相互作用导致的碳固存效应使实际CO₂排放被低估3倍；其次，HTO作为巨型碳库，其年通量已接近全球洋中脊排放下限（53-97 Mt yr^?1）。论文为理解碰撞造山带在全球碳循环中的作用提供了定量标尺，对完善"源-汇"过程模型具有里程碑意义。作者团队特别指出，未来需在更多构造带验证该机制，并建议将碳固存效率纳入全球碳预算评估体系。