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【导读】近日《科学进展》发表文章，以日内瓦湖为对象，构建了一维物理-生物地球化学模型，模拟了40年来湖泊碳循环。结果表明，碳酸钙沉淀显著促进了湖泊二氧化碳排放。碳酸钙沉淀会消耗水体中的碳酸氢根和碳酸根离子，并释放出二氧化碳。该研究强调了碳酸钙沉淀在湖泊碳循环中的关键作用，有助于更全面理解湖泊碳循环，更准确预测二氧化碳排放。湖泊是重要的碳库，它们吸收来自大气和陆地的碳，并通过呼吸作用、光合作用等过程进行转化。湖泊的净碳交换（是碳源还是碳汇）取决于多种因素，包括湖泊的营养状态、水温、水动力条件以及周围环境等。以往的研究主要集中在有机碳循环上，认为湖泊中微生物分解有机物产生的二氧化碳是湖泊碳排放的主要来源。然而，这种观点无法完全解释一些富营养化湖泊中观察到的高二氧化碳浓度现象。越来越多的证据表明，来自流域的无机碳输入，特别是溶解的碳酸氢根和碳酸根离子（统称为碱度，Alkalinity，TAC），对湖泊的二氧化碳排放也至关重要。然而，这些无机碳是如何转化为二氧化碳并释放到大气中的，一直是一个未解之谜。为了解开这个谜题，研究人员选择以日内瓦湖（Lake Geneva）作为研究对象。日内瓦湖是西欧最大的硬水湖，面积达580平方公里，最大深度309米，属于富营养化湖泊，并且是已知的二氧化碳净排放源。研究团队构建了一个耦合物理和生物地球化学过程的一维模型。该模型集成了水动力模型（SIMSTRAT）和生物地球化学模型（AED2），并添加了一个新的碳酸钙沉淀模块。利用1981年至2021年的长期监测数据，研究人员对模型进行了校准和验证，并模拟了不同情景下（考虑和不考虑碳酸钙沉淀）湖泊的二氧化碳排放情况。研究结果表明，碳酸钙沉淀对日内瓦湖的二氧化碳排放贡献巨大。当模型中关闭碳酸钙沉淀过程时，模拟的湖泊二氧化碳饱和度显著降低，年净二氧化碳排放量也大幅减少。这是因为碳酸钙沉淀会消耗水体中的碱度（碳酸氢根和碳酸根离子），并释放出二氧化碳。此外，研究团队还通过改变模型中湖泊的碱度，模拟了不同碱度水平下碳酸钙沉淀对二氧化碳排放的影响。结果显示，碱度越高，碳酸钙沉淀对二氧化碳排放的促进作用越强。这一模拟结果与其他18个已报道存在碳酸钙沉淀现象的湖泊的观测数据一致。这项研究揭示了碳酸钙沉淀在湖泊碳循环中的关键作用。这对于评估内陆水体对全球碳循环的贡献，以及预测未来气候变化对湖泊生态系统的影响至关重要。![]()
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参考文献：Gaël Many et al., (2024) Calcite precipitation: The forgotten piece of lakes’ carbon cycle. Sci. Adv. 10,eado5924. DOI:10.1126/sciadv.ado5924
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