地球環境研究所揭示黃河中游地區風化過程的季節和年際變化特征

在全球氣候變化加劇的背景下，極端天氣-氣候事件頻發，深刻影響著地表的侵蝕風化和碳循環過程。黃土高原無機碳儲量巨大，但該區風化過程的季節和年季變化特征及其對極端氣候事件的響應機制還不清楚。針對這一問題，中國科學院地球環境研究所金章東研究團隊利用黃河中游潼關水文站為期三年的高分辨率（每周）河水和懸浮物樣品采集，系統揭示了其化學風化過程及其與極端氣候事件的耦合關系。

研究表明，黃河中游化學風化過程呈現顯著的季節與年際波動（圖1）。河水呈弱堿性，溶質主要源自蒸發鹽巖溶解和碳酸鹽巖風化。碳酸鹽巖風化貢獻了約70%的總CO?消耗量，是流域核心碳匯途徑。在季節尺度上，蒸發鹽溶解速率和碳酸鹽巖風化速率受徑流量調控，呈現出典型的季風驅動特征；而受化學反應動力學控制的硅酸鹽巖風化，其季節性變化則相對較弱。在年際尺度上，流域年徑流量從2014年的235億m3降至2016年的165億m3，伴隨凈CO?消耗量同步下降，揭示了氣候振蕩對陸地碳匯能力的顯著調控作用。尤為關鍵的是，極端降雨事件（S1、S2和S3）對風化通量具有瞬時放大效應。暴雨事件雖僅持續數日，卻能貢獻全年17-60%的物理侵蝕通量和6-9%的CO?消耗量，主導短期碳循環過程。另外，本研究捕捉到一次人為污染事件（A1），該事件中外源酸的加入顯著加速了化學風化速率，顯示出人類活動的直接影響。潼關水文站2001-2022年水化學數據的分析進一步揭示了蒸發鹽巖與碳酸鹽巖風化對氣候變化的敏感性顯著高于硅酸鹽巖風化（圖2）。進一步的模型預測表明，全球變化背景下，流域徑流量增加與極端事件頻發可能協同增強碳匯能力。該研究為全球變化背景下的碳循環研究提供了關鍵科學依據。

該成果于2025年7月10日發表在Journal of Hydrology。柴寧磐博士研究生為第一作者，肖軍研究員為通訊作者。該研究得到了中國科學院西部之光-西部交叉團隊重點實驗室專項（xbzg-zdsys-202309）、中國科學院戰略性先導科技專項（XDB40050502）和陜西省杰出青年科學基金項目（2020JC-030）的聯合資助。

Chai, N.P., Lv, G.R., Xiao, J*., Jin, J.D., 2025. Seasonal and interannual variations of hydrochemistry in the middle Yellow River. Journal of Hydrology. 662, 133891.

https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2025.133891.

圖1 潼關水文站徑流、含沙量、溫度、物理侵蝕速率和化學風化速率的季節和年際變化特征

圖2?潼關水文站2000年-2022年徑流、泥沙含量、溫度、降雨量及化學風化速率的變化特征