Picarro | 青藏高原冰川湖中CO2和CH4同位素組成及排放特征

青藏高原是全球最大的高原，也是世界上最大的冰川聚集地之一。然而，近年來(lái)，隨著(zhù)全球溫室氣體排放的增加和降水量的減少，青藏高原的冰川融化速度加快，引起了廣泛關(guān)注。

青藏高原的冰川融化對環(huán)境和人類(lèi)社會(huì )產(chǎn)生了廣泛的影響。不僅導致水資源供應不穩定，還加劇了洪水和干旱的風(fēng)險。同時(shí)，冰川融化減少了冰川的蓄水功能，使得干旱時(shí)期的水資源供應更加困難。

此外，冰川融化還會(huì )影響有機/無(wú)機碳和CO₂之間的碳平衡，但其中緣由，目前尚不清楚，科研學(xué)者對此進(jìn)行了相關(guān)研究。

青藏高原冰川湖中CO₂和CH₄同位素組成及排放特征

河流、湖泊、濕地和水庫等內陸水域被認為是大氣中溫室氣體 (GHG) 的重要來(lái)源。內陸水域排放的二氧化碳 (CO₂) 和甲烷 (CH₄) 會(huì )影響當地大氣中的溫室氣體水平，并影響不同生態(tài)系統之間的熱交換。冰凍圈融化產(chǎn)生的溫室氣體排放在全球范圍內引起了廣泛關(guān)注，但目前對冰川化地區的研究有限。青藏高原 (TP) 的冰川面積在低緯度和中緯度最大，平均海拔高于 4000 m，由于快速變暖和降水模式的變化，TP的冰川正在經(jīng)歷嚴重的融化和迅速退縮。這就導致了大量冰川湖的形成和發(fā)展。從2008年到2017年，TP中的冰川湖數量以306個(gè)/年的速度增加，2017年有15,348個(gè)湖泊。在TP的冰川化地區進(jìn)行的多項研究表明，冰川大量融化期間，會(huì )釋放CH₄并主要吸收CO₂，這對全球碳預算具有重要影響。但是，目前尚不清楚冰川湖的形成會(huì )如何影響有機/無(wú)機碳和CO₂之間的碳平衡，以及CH₄和CO₂的產(chǎn)生和消耗途徑。

基于此，研究人員于2022年5月首次對青藏高原13個(gè)冰川湖溫室氣體特征進(jìn)行了調查。通過(guò)頂空平衡法測量了CO₂和CH₄濃度及其同位素組成（δ¹³C）（ Picarro G2201-i碳同位素分析儀），估計了CO₂和CH₄通量，并計算了CO₂和CH₄的碳同位素分餾（ac），利用貝葉斯混合模型（MixSIAR）確定CO2源分配。收集水面下10 cm深度的水樣，測定溶解有機碳（DOC）和溶解無(wú)機碳（DIC）濃度及其碳同位素組成和主要陽(yáng)離子。原位測量了水pH、電導率、DO，TDS、溫度、222Rn以及氣溫和風(fēng)速。旨在了解青藏高原冰川湖CO₂和CH₄的排放特征，探索其潛在的生產(chǎn)和消耗途徑。

每個(gè)冰川區域所研究的冰川湖的位置。

【結果】

CH₄?(a) 和 CO₂?(b) 通量。

CO₂?和 CH_4?的穩定同位素。

基于MixSIAR 結果的青藏高原冰川湖中大氣輸入、DOC再礦化和CH₄氧化對CO₂的貢獻百分比。

【結論】

本研究調查了青藏高原冰川湖中CH₄和CO₂的排放通量和同位素組成。結果表明了冰川湖CO₂匯和CH₄源的不同作用。CO₂消耗率與北極冰川河流和湖泊相當，這表明CO₂消耗可能是冰川地區的普遍現象。CO₂消耗歸因于化學(xué)風(fēng)化。在氣候變暖的情況下，隨著(zhù)冰川融化的加劇，冰川下的化學(xué)風(fēng)化率預計會(huì )增加，因此，如果冰川湖是一致的CO₂匯，碳封存將比本研究中估計的大。同時(shí)，TP氣溫升高可能會(huì )影響冰川湖中某些細菌的相對豐度，從而進(jìn)一步影響溫室氣體排放或消耗。盡管在所研究的三個(gè)湖泊中捕獲到了冒泡現象，但TP其余冰川湖通常都在輕微地釋放CH₄，且這種碳排放可能會(huì )被CO₂消耗所抵消，從而對全球變暖產(chǎn)生負面影響。潛在的CH₄厭氧氧化和低DOC含量可以部分解釋這種低CH₄排放。CH₄產(chǎn)熱起源仍需進(jìn)一步使用δD-CH4或clumped isotopes進(jìn)行限制。作為冰川湖CO₂和CH₄排放及同位素組成的首次原位調查，本研究中的湖泊代表了青藏高原的一個(gè)小型冰川流域，未來(lái)應對大型冰川區域進(jìn)行長(cháng)期調查以了解冰凍圈的碳相互作用和反饋。