发布时间: 2016-01-22
文章来源：地球环境研究所
地表化学风化和剥蚀过程是表生地球化学、高原隆升和全球变化研究的关键主题之一，它制约着从陆地到海洋物质输移通量以及全球碳循环。当前备受关注的碳收支也是与这些过程紧密相关、存在较多争议和不确定性的科学问题。“构造隆升–化学风化–气候变化”假说的提出促使以青藏高原为代表的构造隆升带的化学风化（消耗大气CO2）和物理剥蚀（有机碳埋藏）过程以及河流化学，成为解决大气CO2变化、晚新生代全球变冷的一个争论焦点，各种证据和争论层出不穷。然而，相关的研究主要来自于海洋或陆地盆地的沉积地质记录，或短时间尺度（月至年级）河水化学，几乎没有来自高强度构造事件对地表化学风化和剥蚀作用的直接影响及其碳消耗的对比研究，其最主要的原因是这样的高强度事件具有偶然性、极低的发生频次（大于百年）。2008 年汶川7.9级特大地震核心地区岷江流域位于青藏高原东部高侵蚀速率的构造活跃带（图1），一直是地质学研究的热点地区之一，存在大量地震前的相关数据，这为评价地质构造事件对地表风化-剥蚀以及碳收支的直接影响提供了一次非常珍贵的对比研究机会。
中国科学院地球环境研究所金章东领导的研究团队，联合美国南加州大学Joshua West、英国杜伦大学Robert Hilton、澳大利亚国立大学Jimin Yu等人，通过对2008年汶川地震前后岷江河水化学的比较，揭示了地震对河水化学的影响幅度和范围。该研究团队自2009年下半年起，即在地震中心及上流的4个水文站连续收集季节性的河水、悬浮物样品。河水化学结果显示，地震之后岷江输运的总溶质通量系统增加，特别是，与地震之前数据相比，河水的Na*/Ca（Na*为经大气和蒸发盐校正的Na+离子含量）增加了近4倍（图2），而87Sr/86Sr同位素比值增加了0.000644 ± 0.000146。这些变化直接指示了汶川地震之后岷江河水中硅酸盐组分及其导致的碱度显著增加。由此，因硅酸盐组分引起的河水碱度变化计算得到的CO2消耗率增加了4.3 ± 0.4倍。
结合流域内地震峰值加速度（PGA）和地震形成的滑坡密度与Na*/Ca和87Sr/86Sr同位素比值的关系，该研究认为汶川地震之后岷江河水中硅酸盐组分和碱度的增加可能主要与深部地下水的释放和包括滑坡在内的新鲜破碎岩石的快速淋滤风化有关。此类变化也存在于滑坡较少的地震区域，因此深部地下水的释放可能是地震后多年来河水中硅酸盐组分和碱度系统增加的主导因素。论文最后指出，如果其他大地震也会引起类似的变化，那么由地震引发的河流硅酸盐溶质输运的增加将把风化和碱度与构造活动直接联系起来。该研究为量化高强度构造事件对流域风化作用的直接影响及其碳消耗提供最直接、可靠的数据，为“构造–风化–气候变化”假说提供有力的证据。
相关研究结果近日online发表在Geology 杂志上。本文是该研究团队自Controls on fluvial evacuation of sediment from earthquake-triggered landslides（Geology, 2015, 43(2): 115-118）之后发表在Geology 上的第二篇有关汶川地震环境效应研究的论文。该研究得到科技部全球变化专项、中国和美国国家自然科学基金、英国皇家学会等共同资助。
图1 2008年汶川地震核心区岷江流域地震前后河水化学变化的空间分布
图2 2008年汶川地震前后岷江河水Na*/Ca比值的系统变化
