高考地理:碳循環(huán)及四例分析

一、海洋碳儲存形式怎樣？碳循環(huán)過程怎樣？碳循環(huán)動力是什么？

海洋碳循環(huán)，是碳元素在海洋—大氣—海底之間，通過物理、化學、生物過程進行吸收、轉化、輸送和長期儲存的全球生物地球化學循環(huán)，是地球最大的活躍碳庫。
1、核心碳庫（儲存形式）
A溶解無機碳（DIC）：CO?、HCO??、CO?2?。
B溶解有機碳（DOC）：生物分泌、分解的溶解性有機物。
C 顆粒有機碳（POC）：浮游生物、碎屑、糞便。
D 碳酸鹽碳（CaCO?）：珊瑚、貝殼、球石藻。
E 沉積物碳：海底埋藏的有機和無機碳（地質(zhì)封存）
2、海洋碳循環(huán)三大“碳泵”
A. 溶解度泵（物理泵）
原理：CO?在冷、高密度海水中溶解度更高。
過程： 大氣CO? → 表層海水溶解
高緯冷水下沉 → 攜帶DIC進入深海環(huán)流:數(shù)百年后海水上涌、升溫 → CO?釋放回大氣。
B. 生物泵（有機碳泵）
過程:浮游植物光合作用：CO? + 水 → 有機碳（固碳）； 食物鏈傳遞：浮游植物 → 浮游動物 → 魚類；死亡/排泄 → POC“海洋雪”下沉；深海分解（釋放DIC）或埋藏成巖（長期封存）。
C. 碳酸鹽泵（鈣化泵）
過程：生物（珊瑚、貝類、球石藻）用CO?2?造殼：Ca2? + CO?2? → CaCO?； 死亡堆積 → 沉積為石灰?guī)r（地質(zhì)尺度封存）。
2、海洋碳循環(huán)主要驅動因素是什么？

①物理驅動

1. 海—氣CO?分壓差（最根本）
海水與大氣CO?濃度差決定交換方向。
2. 海水溫度
低溫→溶解度高→吸收CO?；高溫→釋放CO?。
3. 大洋環(huán)流（溫鹽環(huán)流）
高緯冷水下沉，將碳帶入深海；上升流將深海碳帶回表層。
4. 風力與混合
風浪增強海水垂直混合，影響碳在表層—深層分布。
②生物驅動
1. 浮游植物光合作用
吸收CO?，形成有機碳，啟動生物泵。
2. 生物食物鏈與沉降
有機碳向深海輸送，實現(xiàn)長期封存。
3. 鈣化作用（CaCO?形成）
珊瑚、有孔蟲等造殼，參與碳酸鹽泵。
③化學驅動
1. 海水碳酸鹽緩沖體系（CO?–HCO??–CO?2?）決定CO?溶解、儲存與海水pH。
2. 海水鹽度、酸堿度
影響CO?溶解度與碳酸鹽平衡。
④地質(zhì)驅動
1. 巖石風化消耗CO?，輸入海洋。
2. 海底沉積與埋藏
有機碳、碳酸鹽長期埋存，形成地質(zhì)碳庫。

二、陸地碳循環(huán)過程怎樣？碳庫是什么？陸地碳循環(huán)的驅動力？

A陸地碳循環(huán)過程:

1. 光合作用（碳進入生物群落）
植物吸收大氣CO? → 轉化為有機碳（生物碳庫）。
2. 呼吸作用（碳返回大氣）
植物、動物、微生物呼吸 → 釋放CO?。
3. 分解作用
枯枝落葉、遺體被微生物分解 → CO?回歸大氣。
4. 燃燒與人類活動
化石燃料燃燒、森林火災、土地利用變化 → 大量排放CO?。
5. 碳儲存（長期）
有機碳埋藏在土壤、泥炭、煤層中 → 土壤碳庫、地質(zhì)碳庫。

B陸地主要碳庫:
1. 植被碳庫：森林、草原、農(nóng)作物
2. 土壤碳庫：陸地最大碳庫（遠大于植被）
3. 大氣碳庫：CO?
4. 化石燃料碳庫：煤、石油、天然氣（長期封存）
C陸地碳循環(huán)主要驅動因素
1. 太陽輻射（光照）：驅動光合作用（根本動力）
2. 氣溫：影響光合、呼吸、分解速率。
溫度高 → 分解快 → CO?釋放多
3. 水分（降水）：影響植物生長激素、微生物活性。
4. 植被類型與覆蓋度：決定固碳能力（森林最強）。
5. 土壤性質(zhì)：有機質(zhì)、通氣、pH影響分解。
6. 人類活動：砍伐、開墾、燃燒、施肥、造林。
7. 微生物活動：決定有機質(zhì)分解快慢。
陸地碳循環(huán)是大氣—植被—土壤之間，以光合作用與呼吸分解為主，受水熱條件、植被、人類活動共同驅動的碳交換過程。

碳循環(huán)訓練四例

例1.喀斯特地區(qū)的碳循環(huán)是全球碳循環(huán)的重要組成部分。我國西南某喀斯特大型洞穴區(qū)，碳以水為介質(zhì)在“土壤—巖石—洞穴中的大氣”進行垂直交換傳輸。觀測表明：滲透到該洞穴里的水，水中CO2濃度雨季小于旱季，同時該洞穴區(qū)內(nèi)空氣中的CO2濃度也隨季節(jié)變化明顯（圖6），使得洞穴內(nèi)“水—氣”碳交換（CaCO3+CO2+H2O二 Ca(HCO3)2）出現(xiàn)明顯的周期變化。圖7示意該洞穴內(nèi)常年性滴水的石鐘乳。據(jù)此回答1～3題。

1.雨季滲透到洞穴里水中的CO2濃度小于旱季的主要原因是由于雨季時

A.微生物分解較快

B.根系大量吸收CO2

C.枯枝落葉量較少

D.水的下滲速度較快

2.旱季時，洞穴內(nèi)常年性滴水石鐘乳的碳交換總體表現(xiàn)為

A.大氣和巖石中的碳向水中轉移

B.大氣和水中的碳向巖石中轉移

C.水中的碳向巖石和大氣中轉移

D.巖石中的碳向大氣和水中轉移

3.一年中，洞穴內(nèi)常年性滴水石鐘乳的碳交換使得鐘乳石在

①雨季總體受到溶蝕 ②雨季總體接受沉積 ③旱季總體接受沉積 ④旱季總體受到溶蝕

A.①③ B.②③

C.①④ D.②④

參考答案

1~3DCA

試題解析

1、微生物分解會產(chǎn)生大量的二氧化碳，分解快，二氧化碳濃度高，與題目不符合，A錯。根系是沒辦法大量吸收二氧化碳，植物只要是通過葉片參與光合作用而吸收二氧化碳，B錯。植物葉片通過光合作用，主要吸收大氣中的二氧化碳，C錯。雨季時，降水多，水的下滲速度快，下滲量大，經(jīng)過石灰?guī)r巖層時，會發(fā)生CaCO3+CO2+H2OCa(HCO3)2反應，使得水中二氧化碳的濃度降低。D對。

2、石灰?guī)r組成的山洞里面，含有二氧化碳的水，滲入到石灰?guī)r縫隙中，會溶解其中的碳酸鈣.這溶解了碳酸鈣的水，從洞頂上滴下來時，由于溫度的變化，使被溶解的碳酸鈣又變成固體.形成了鐘乳石。如材料中CaCO3+CO2+H2OCa(HCO3)2是個可逆反應。從這個方程式可以看出，水中的二氧化碳與石灰?guī)r溶解后變成可溶性的碳酸氫鈣，可溶性的碳酸氫鈣受溫度變化影響后，馬上變?yōu)樘妓徕}沉淀物（形成石鐘乳）、水和二氧化碳（揮發(fā)到大氣中）。因此碳的交換主要是表現(xiàn)為水中碳向巖石和大氣中轉移。答案選C.

3、雨季時，降水多，地表水下滲強，碳酸鈣遇到水和水中二氧化碳，溶蝕作用較強；旱季，則相反，答案選A。

例2、閱讀圖文材料，完成下列要求。

藍碳指利用海洋生物活動吸收大氣中的二氧化碳，并將其固定、儲存在海洋中的過程、活動和機制，紅樹林、海草床、鹽沼是獲得國際認可的三大藍碳生態(tài)系統(tǒng)，有著極高的固碳能力和儲碳潛力。近幾十年來，這些“固碳能手”正在受到各種因素的威脅。下圖示意三種濱海濕地類型在潮間帶的分布區(qū)和潮位特征。

(1)指出圖示鹽沼植物的生長習性。

(2)簡述海草床生態(tài)系統(tǒng)在海洋碳匯中的作用。

(3)與陸地生態(tài)系統(tǒng)相比，濱海濕地儲碳能力更強，請說明理由。

(4)指出導致濱海濕地固碳能力下降的人類活動，并提出保護措施。

參考答案：

(1)耐鹽堿；耐澇；耐高溫。

(2)海草進行光合作用，從海上中吸收大氣中的二氧化碳；為其它海洋生物提高生長環(huán)境，生長著大量的附著生物和藻類；海草提高降低水流速度，使顆粒碳沉降并埋藏于海底沉積物中。

(3)受潮汐周期性的淹沒，濱海濕地的沉積物長期處于缺氧狀態(tài)，根系和凋落物因缺氧分解速度慢，有利于有機碳儲存，潮汐和地表徑流從鄰近生態(tài)系統(tǒng)帶來大量沉積物和有機碎屑，增加了有機碳的儲量。

(4)人類活動：圍海造田，圍塘養(yǎng)殖，毀林修建海岸工程，城市化等。保護措施：加強海岸帶生態(tài)系統(tǒng)的監(jiān)測，保護現(xiàn)存濕地；加強濱海濕地的科學研究，建立自然保護區(qū)；停止破壞性的濱海濕地開發(fā)活動，恢復和修建濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)；加大科技投入，利用生物措施，建設保護灘岸等生態(tài)工程。

例3、閱讀文字材料，完成下列要求。

隨著全球氣候變暖趨勢的加劇，“海洋碳庫”上了熱搜。研究表明，海洋是世界上最大的碳庫，但全球氣候變化會影響其碳匯能力；全球變暖可導致大量冰川融化、季風增強。冰川的融化使海洋表層和深層之間鹽度和密度差異擴大；增強的季風使浮游生物被翻攪到海洋深處。

(1)分析海洋成為世界上最大碳庫的主要原因。

(2)描述全球氣候變暖使海洋表層和深層之間鹽度和密度差異擴大的主要過程。

(3)說明季風增強對海洋碳匯能力的主要影響。

參考答案：

(1)海洋是地球上最大的水體，溶解二氧化碳的能力強；海洋內(nèi)生物量大，固碳能力高。

(2)（全球氣候變暖使）陸地冰川大量融化、流入海洋的淡水增加；大量淡水降低表層海水的鹽度和密度，使海洋表層與深層之間鹽度和密度的差異擴大。

(3)大量的海洋動物生活在表層，其食物依賴浮游生物；季風增強導致海洋表層浮游生物進入海洋深處而死亡，光合作用減弱；海洋碳匯能力被干擾，固碳能力減弱。

例4.閱讀圖文材料，完成下列要求。

土壤有機質(zhì)包括腐殖質(zhì)、生物殘體等，大多以有機碳的形式存在。土壤有機碳密度是指單位面積內(nèi)一定深度的土壤有機碳儲量。海南島某自然保護區(qū)內(nèi)保存著較完整的熱帶山地雨林；此地常受臺風影響。下圖示意該保護區(qū)內(nèi)一塊樣地的地形及該樣地內(nèi)部分點位土壤表層(0～10 cm)的有機碳密度(單位：kg/m2)。

(1)指出該樣地山脊與山谷土壤表層有機碳密度的差異，并分析其原因。

(2)該地森林固碳能力比長白山更強，請說明理由。

(3)森林固碳是降低大氣二氧化碳濃度的重要途徑，提出增強當?shù)厣痔嘉漳芰Φ闹饕胧?/p>

參考答案：

(1)差異：山脊土壤表層有機碳密度較大，山谷土壤表層有機碳密度較小。原因：與山谷相比，山脊受臺風影響更大，易使植被傾倒死亡、腐爛，樹木更新快，可增加土壤中有機碳輸入。

(2)與長白山相比，該地水熱條件更好，植被更茂密，熱帶森林光合作用更強，吸收二氧化碳更多，把碳大量固定在植物體內(nèi)。

(3)積極恢復森林，擴大森林面積；加強森林撫育和管理，注重林木的保護性間伐與更新，提升森林固碳能力等。