喜馬拉雅山脈和青藏高原大氣和冰川中黑碳來源研究獲進展

　　8月23日，《自然-通訊》（Nature Communications）雜志發(fā)表了中國科學院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院(籌)冰凍圈科學國家重點實驗室、青藏高原地球科學卓越創(chuàng)新中心研究員康世昌課題組與瑞典斯特哥爾摩大學合作研究論文Sources of black carbon to the Himalayan–Tibetan Plateau glaciers。該論文通過對跨越喜馬拉雅山脈中段兩條監(jiān)測斷面及青藏高原的8個臺站氣溶膠樣品和8條冰川雪坑樣品的黑碳同位素組成分析，給出了該地區(qū)黑碳來源的最新證據。

　　黑碳由化石燃料和生物質燃燒產生。由于強烈的吸光性，黑碳是僅次于CO2的最重要的大氣升溫因子；同時，黑碳沉降到冰凍圈表面（如冰川、積雪、海冰等），可以降低雪冰表面反照率，進而導致雪冰的加速消融。由此，黑碳的研究已成為全球氣候變化的一個熱點問題。喜馬拉雅山脈和青藏高原被稱為世界的“第三極”，是中低緯度冰川分布最為集中的區(qū)域，是亞洲大江大河的發(fā)源地，也是全球氣候變化最敏感的地區(qū)之一。由于毗鄰東亞和南亞兩個最大的黑碳排放源地（圖1），青藏高原的大氣和冰川受到了上述兩個地區(qū)排放黑碳的影響。黑碳引起的大氣升溫和冰川加速消融，將影響到亞洲區(qū)域的水資源，可能引發(fā)一系列嚴重的環(huán)境和社會問題。目前，基于黑碳含量、大氣傳輸模型和排放因子等對該地區(qū)黑碳的來源研究還存在很大的不確定性，對黑碳的化石燃料和生物質燃燒的貢獻不清楚，限制了減緩黑碳排放的政策制定。

　　該研究通過對喜馬拉雅山脈和青藏高原大范圍的采樣，利用黑碳的14C組成分析了黑碳的化石燃料和生物質燃料的相對貢獻。發(fā)現(xiàn)位于尼泊爾南部的藍毗尼站（LM）的氣溶膠黑碳同位素組成與之前報導的南亞數(shù)據一致，隨著海拔的升高和大氣黑碳絕對含量的降低，黑碳的生物質燃燒貢獻逐漸增大（圖2a）。雪坑中黑碳的同位素組成在區(qū)域上有顯著差異：在高原東北部的祁連山老虎溝12號冰川（LH）雪坑中，黑碳具有最大的化石燃料貢獻（66%），這一數(shù)據與中國東部的數(shù)據比較接近；喜馬拉雅山脈南坡的Thorung冰川（TH）雪坑中黑碳的化石燃料貢獻 （54%）與南亞的比率一致；高原中部的小冬克瑪?shù)妆ǎ═G）黑碳主要來自生物質燃燒（約70%）（圖2b）。因而，不論是氣溶膠還是雪坑均顯示從高原邊緣到內部生物質燃燒對黑碳的貢獻逐漸增大。因此，生物質燃燒排放的黑碳對青藏高原環(huán)境和氣候具有更大的作用。此外，綜合分析14C和13C的組成進一步區(qū)分了不同冰川區(qū)生物質、煤和液態(tài)化石燃料燃燒排放黑碳的相對貢獻（圖3）。

　　這些結果不僅明確界定了喜馬拉雅山脈和青藏高原地區(qū)不同燃料對黑碳的貢獻，可以為黑碳的大氣傳輸模擬研究提供驗證數(shù)據，更重要的是為相關國家制定黑碳減排政策提供明確的指導。

　　本研究得到國家自然科學基金創(chuàng)新群體（441421061）、國家杰出青年基金（41225002）以及面上基金（41271015）、中國科學院戰(zhàn)略科技先導專項B類項目 (XDB03030504)和冰凍圈科學國家重點實驗室資助。

　　圖1 采樣點位置（三角代表氣溶膠采樣點；圓形代表冰川采樣點）。背景顏色代表黑碳的排放量。 

　　圖2  a: 跨越喜馬拉雅山脈中部兩個斷面的大氣黑碳含量和化石燃料貢獻的比率；b: 雪坑黑碳的化石燃料貢獻比率。 

　　圖3 生物質燃料（綠色）、煤（褐色）和液態(tài)燃料（黑色）燃燒排放對雪坑黑碳的相對貢獻。箭頭代表不同區(qū)域的黑碳來源。