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，隨著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，引起了廣泛關注。

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

此外，冰川融化還會影響有機/無機碳和CO₂之間的碳平衡，但其中緣由，目前尚不清楚，科研學者對此進行了相關研究。

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(nèi)陸水域被認為是大氣中溫室氣體 (GHG) 的重要來源。內(nèi)陸水域排放的二氧化碳 (CO₂) 和甲烷 (CH₄) 會影響當?shù)卮髿庵械臏厥覛怏w水平，并影響不同生態(tài)系統(tǒng)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(nèi)引起了廣泛關注，但目前對冰川化地區(qū)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(shù)量以306個/年的速度增加，2017年有15,348個湖泊。在TP的冰川化地區(qū)進行的多項研究表明，冰川大量融化期間，會釋放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如何影響有機/無機碳和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個冰川湖溫室氣體特征進行了調(diào)查。通過頂空平衡法測量了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）和溶解無機碳（DIC）濃度及其碳同位素組成和主要陽離子。原位測量了水pH、電導率、DO，TDS、溫度、222Rn以及氣溫和風速。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。

每個冰川區(qū)域所研究的冰川湖的位置。

【結(jié)果】

CH₄ (a) 和 CO₂ (b) 通量。

CO₂ 和 CH₄ 的穩(wěn)定同位素。

基于MixSIAR 結(jié)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(jié)論】

本研究調(diào)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(jié)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(qū)的普遍現(xiàn)象。CO₂消耗歸因于化學風化。在氣候變暖的情況下，隨著冰川融化的加劇，冰川下的化學風化率預計會增加，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，TP氣溫升高可能會影響冰川湖中某些細菌的相對豐度，從而進一步影響溫室氣體排放或消耗。盡管在所研究的三個湖泊中捕獲到了冒泡現(xiàn)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)熱起源仍需進一步使用δD-CH4或clumped isotopes進行限制。作為冰川湖CO₂和CH₄排放及同位素組成的首次原位調(diào)查，本研究中的湖泊代表了青藏高原的一個小型冰川流域，未來應對大型冰川區(qū)域進行長期調(diào)查以了解冰凍圈的碳相互作用和反饋。

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