淡水碳酸盐湖泊中CaCO_(3)-CO^(2-)_(3)-HCO^(-)_(3)-CO_(2)化学平衡对CO_(2)的缓冲作用——以贵州百花湖为例

摘要

水体吸收的CO_(2)转变为HCO^(-)_(3),构成了碳酸盐水化学系统对CO_(2)气体的缓冲,通常用Revelle因子(R)表征。陆地淡水系统释放的CO_(2)是全球碳循环的重要组成部分,一方面,湖泊水体释放的CO_(2)是来源于流域碳酸盐风化产物的输入,另一方面,碳酸盐的缓冲作用也是调节内陆水体CO_(2)释放的重要因素,这两个结论看似是矛盾的。为了揭示碳酸盐循环对水体CO_(2)的影响与缓冲机制,本研究选取一个碳酸盐岩地区的季节性分层湖泊(百花湖),分析Revelle因子变化,并与非碳酸盐湖泊进行比较。结果发现,碳酸盐岩湖泊Revell因子平均为20.1±8.1(8.0~50.0),大于表层海水的10.0(8.0~15.0),也远大于非碳酸盐地区湖泊的3.9±3.9,较高的Revelle因子意味着对CO_(2)的缓冲能力更弱。Revelle因子最大值46.4出现在夏季分层期的中部斜温层,对应的无机碳浓度为2.1 mmol·L^(-1)、pH为8.38、总无机碳与碱度比接近1.0、CO_(2)/CO_(2)3-等于1.0。实际观测与理论分析结果完全吻合,表明碳酸盐化学平衡是控制湖泊Revelle因子变化的主要因素。低pH的非碳酸盐岩系统可以溶解碳酸盐矿物,使pH升高,碱度增加,导致Revelle因子升高,在碳酸盐溶解达到平衡时Revelle因子升至最大。其后,无论是光合作用导致的碳酸盐沉淀还是呼吸作用导致的碳酸盐溶解,Revelle因子都会降低,新陈代谢导致碳酸盐系统的CO_(2)缓冲能力增强。