酸雨溶蚀碳酸盐岩的源汇效应分析——以广西典型岩溶区为例
孙平安;李秀存;于奭;原雅琼;何师意;王艳雪
搞笑动漫图片【摘 要】It is well acknowledged that the reaction between strong acids and carbonate rocks can relea CO2,and then reduce the karst carbon sink.Acid rain is one of the sources of the strong acids.Carbonate rocks are widely distributed in Guangxi Zhuang Autonomous Region.Meanwhile,acid rain pollution is also common there,so that the reaction between acid rain and carbonate rocks is pervasive in this area.Seven acid rain monitoring sites in Guilin,Liuzhou,Hechi,Bai,Yulin,Nanning and Qinzhou reprent the whole situation of Guangxi,where temperature,rainfall,and the degree of acid rain were studied in this work.The method of the carbonate-rock-tablet test is ud to asss the intensity of the karst process at all sites.Precipitation parameters at the sites are collected at the same time.Bad on the dissolution quantity of test blocks and precipitation parameters such as rainfall,rainfall duration,pH value and conductivity in a whole year(2014.5-2015.5),the factors of carbonate dissolution and source-sink effect of acid rain
were analyzed.The results show that the dissolution quantity of test blocks is in accordance with the accumulative rainfall time which reprents the dissolution time duration of rainfall to the test blocks.For a single acid rain,dissolution of the carbonate rock can be divided into two stages,(1) dissolution by strong acid with CO2 releasing;(2) dissolution by carbonic acid due to CO2 absorbing.The reaction between carbonate rocks and strong acid which is related to acid rain is a fast reaction.The result shows that the dissolution quantity of test blocks dissolved by strong acid is quite low,that is also the reason for the low correlation between dissolution quantity and the degree of acid rain such as pH and the rate of acid rain.Calculation results show that carbonate rocks dissolved by carbonic acid is the main process at all the sites.About 0.27％ to 3.52％ with the average of 1.96％ of dissolution quantity should be deducted becau of the acid rain in a whole year.It is lower than 10％ to 30％ which is calculated by river water chemistry.This is becau of additional sources of the acid,such as weathering of sulfide deposits,and agricultural and industrial activities.The proportion carbonate rock dissolution is small in the study area,but it will increa exponentially while the pH value d
ecreas as shown in computational formula.Therefore,the acid rain has a significant effect on karst carbon sink,which cannot be ignored.%选取广西的桂林、柳州、河池、百色、玉林、南宁、钦州7个酸雨监测点进行了为期一年(2014年5月至2015年5月)的监测,结合各站点溶蚀试片和降雨降雨量、降雨时间、pH值和电导率等,分析了试片溶蚀量的主要影响因素及酸雨的源汇效应.结果表明,试片溶蚀量与累计降雨时间,即溶蚀作用发生的时间关系密切.单场酸雨对碳酸盐岩的溶蚀过程可分为两个阶段,即:前期强酸溶蚀碳酸盐岩,释放CO2,为碳源;后期碳酸溶蚀碳酸盐岩,吸收大气CO2,为碳汇.而就整年雨言,碳汇过程占绝对优势,酸雨减汇量仅占总溶蚀量的0.27％～3.52％,平均为1.96％,但酸雨减汇比例随酸雨pH值的降低而呈指数增加.酸雨对岩溶碳汇有着显著影响,在岩溶碳汇的研究中不应忽视.
【期刊名称】《中国岩溶》
【年(卷),期】2017(036)001
【总页数】学生团体8页(P101-108)
【关键词】酸雨;岩溶作用;源汇效应;广西
【作 者】孙平安;李秀存;于奭;原雅琼;何师意;王艳雪
【作者单位】中国地质科学院岩溶地质研究所/国土资源部、广西岩溶动力学重点实验室,广西桂林541004;广西壮族自治区气象局,南宁530022;中国地质科学院岩溶地质研究所/国土资源部、广西岩溶动力学重点实验室,广西桂林541004;中国地质科学院岩溶地质研究所/国土资源部、广西岩溶动力学重点实验室,广西桂林541004;西南大学地理科学学院,重庆400715;中国地质科学院岩溶地质研究所/国土资源部、广西岩溶动力学重点实验室,广西桂林541004;中国地质科学院岩溶地质研究所/国土资源部、广西岩溶动力学重点实验室,广西桂林541004
【正文语种】中 文
动词的英文【中图分类】P642.25;X517表白的情话
自工业革命以来，大气中CO2浓度持续增加，自工业革命前的278×10-6升高到2014年的398.6×10-6 [1-4]，进而带来了一系列的环境问题。为应对全球气候变化，全球碳循环成为当前的研究热点之一，而全球大气CO2的收支平衡又是碳循环研究的首要问题。岩溶作用
曾被认为是一个长时间尺度的地质过程而在碳循环过程中被忽略[4]。近年来的研究表明，岩溶作用是一个快速而敏感的反应过程[5-7]。政府间气候变化专门委员会(IPCC)最新的一次评估报告中将岩溶作用从万年—亿年尺度调整为千年尺度[4]，可见岩溶过程在地质碳循环中的作用已得到国际社会的高度关注。
降雨过程中CO2对碳酸盐岩的溶蚀使岩溶作用产生碳汇，即岩溶碳汇，已有估算结果表明，其碳汇量可达遗漏汇的1/3[6, 8-10]。近年来，硫酸参与流域岩石矿物化学风化而造成的减汇效应已得到广泛认识，并有较多报道[11-15]，而酸雨是硫酸的主要来源之一[12,15]。广西地区酸雨污染较为严重，自20世纪80年代就开始了对酸雨的监测和持续关注[16-19]。广西地区内广泛分布着碳酸盐岩地层[20]，与酸雨区部分重叠，因而不应忽视酸雨溶蚀碳酸盐岩对岩溶碳汇的影响。而相关研究以模拟实验为主，结果表明雨水的酸度和降雨量是影响溶蚀速率的重要因素，降雨酸度的增加可降低岩溶碳汇效应[21-22]。对自然条件下酸雨碳源效应也曾有基于溶蚀试片和酸雨率的评估[23]，但将源汇比例仅依据酸雨率来计算，难以准确反映实际情况。本文在溶蚀试片法的基础上，结合降雨相关数据，分析广西区内酸雨溶蚀碳酸盐岩过程中的源汇效应，以期为准确评价酸雨对岩溶碳汇的影响提供依据。
广西壮族自治区气象局已建设有桂林、柳州、河池、百色、玉林、南宁、南宁城区、钦州、北海、梧州10个酸雨监测站。因梧州地区几乎没有碳酸盐岩分布，南宁和南宁城区接近，钦州和北海接近且类型相似，本研究选取桂林、柳州、河池、百色、玉林、南宁、钦州7个酸雨监测站进行了溶蚀试片的放置。广西碳酸盐岩分布广泛，其中桂林地区碳酸盐岩以泥盆系和石炭系纯灰岩为主，兼有部分东岗岭组白云岩和白云质灰岩，分布面积约占一半；柳州地区以泥盆系和石炭系灰岩和白云岩为主，碳酸盐岩分布面积约占一半；河池地区以泥盆系、石炭系和二叠系灰岩为主，分布有少量白云岩，碳酸盐岩分布面积最为广泛，可达80%；百色地区碳酸盐岩主要为泥盆系、石炭系和二叠系灰岩和白云岩，主要分布在南部地区，分布面积约占一半；南宁地区碳酸盐岩主要分布在其北部地区，主要为泥盆系、石炭系和二叠系灰岩、白云岩；钦州和玉林地区碳酸盐岩零星分布，兼有灰岩和白云岩(图1)。可见，监测点所在地区都有碳酸盐岩分布，但存在着一定的差异，本文为便于对比，采用了标准试片法。各监测点同属于亚热带季风区，但温度、降雨等气候条件存在着差异(表1)，具有代表性，可评价广西岩溶碳汇过程中酸雨的影响。因酸雨监测站数量有限，本文以各地区酸雨监测站的数据代表该地区的降雨特征，为更好进行试片溶蚀与酸雨特征的对比分析，研究该地区酸雨对碳酸盐岩的影响，本研究试片悬挂于酸雨监测站的空中。
此次研究所使用的溶蚀试片为标准试片，材料为桂林市七星公园融县组灰岩(D3r)，其方解石含量大于99%。其所制成的试片为直径4 cm，厚度3.5 mm，并具4个内径2 mm圆孔的圆形，可与雨水充分接触的上表面和侧面表面积为16.95 cm2。2014年5月19日至24日，进行了试片的悬挂，试片悬挂于酸雨监测站内开阔地，离地1 m，每组试片为8片，每片试片用鱼线固定，呈水平状，每两试片间距大于5 cm，以避免互相碰撞。所有试片于2015年5月12日至19日取回，悬挂时间约为一年。每片试片放置前用纯水冲洗干净表面，在烘箱中干燥(100 ℃下烘8 h)去除水分后，用十万分之一电子天平称重(m1)，回收后把试片表面冲洗干净，在烘箱中干燥后称重(m2)，进而获得试片的溶蚀量(m1-m2)。广西壮族自治区气象局提供了与试片时间相对应的各酸雨监测站的降雨量、降雨时间、温度、pH值和电导率等数据。
由表1可知，每个站点溶蚀量相对标准偏差都在10%以内，有着较好的平行性，数据可靠。使用SPSS软件对各站点溶蚀量进行单因素方差分析，组间离差平方和为13.130，组内离差平方和为3.198，总的变异平方和为16.328，F统计量为33.526，得P<0.001，可认为7个站点之间溶蚀量有显著差异。7个站点试片年平均溶蚀量在66.78～89.79 mg之间，相对而言河池、桂林、钦州和柳州溶蚀量较大。7个站点降雨量在1 305.3～2 480.9 mm之间，累
计降雨时间在1 080.9～1 855.0 hrs之间，与溶蚀量相对应，河池、桂林、钦州和柳州的降雨量和累计降雨时间也相对较大。7个站点雨量加权平均pH值分布在4.82～5.83之间，酸雨率(以雨量计)在9.2%～74.5%之间(表1)，并且各站点都存在一定比例的酸雨，因而酸雨对碳酸盐岩的溶蚀作用是一个普遍问题。7个站点雨量加权K值(电导率)在14.7～46.3 μs/cm之间。
注：温度、pH值、电导率为雨量加权平均值，降雨各参数统计时间为试片放置时间段。
油饼>欺世盗名3.1 碳酸盐岩溶蚀作用主要影响因素
前人研究表明，溶蚀速率与温度、降雨量和酸度(雨水pH)都有一定的关系[21]。由表2可知，7个站点的溶蚀量与累计降雨时间呈显著正相关关系(图2)，而与降雨量、pH值、电导率相关性不显著。这与前人研究存在一定差异，其原因有以下三点：(1)各站点年平均温度差异不显著，温差仅2.6 ℃；(2)虽然各站点pH值差别可达1个单位，酸雨率差别可达8倍，但酸雨与碳酸盐岩作用后，pH值会显著升高，不能保持在较低pH值，因而对溶蚀量的贡献有限；(3)各站点降雨量和累计降雨时间差异较大，变异系数分别为28.1%和18.0%，这是研究区溶蚀量的最主要影响因素。什么是叶酸
注：*为p<0.05。
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而就降雨量和降雨时间而言，溶蚀量与累计降雨时间呈显著正相关关系，而与降雨量相关性不显著，这主要是由于各地降雨强度差异较大所导致的。钦州和桂林暴雨和大暴雨雨量总和百分比分别为55%和45%，明显高于其他站点(26%～33%)(图3)。对于暴雨以上降雨比例相近的5个站点，溶蚀量与降雨量有着极好的相关性(R2=0.98)。这主要是因为研究中所采用的试片悬挂于空中，暴雨及以上降水过程中，雨水没有充分的时间对试片进行溶蚀。因而相对于降雨量，累计降雨时间更能反映降雨对试片溶蚀的贡献，即对研究区而言，溶蚀量的差异主要受控于年累计降雨时间。
