寻找迷失于沙漠的碳汇

关于碳循环，有一个未解之谜：根据物质守恒定律，陆地生物圈与大气圈之间，碳循环本应是守恒的平衡状态。然而，科学家在估算全球碳平衡时惊讶地发现，近20%的二氧化碳排放去向不明，即所谓的“迷失碳汇”。如果找到迷失的碳汇，将有助于了解全球碳循环机制。

近日，中科院新疆生态与地理所的一项最新研究表明，荒漠下的“咸水海洋”形成了吸收二氧化碳的巨大碳汇，形成了迷失碳汇的一部分。这一成果发表在最新一期的美国《地球物理研究快报》上。

回忆起十年的研究经历，中科院新疆生地所研究员李彦觉得“挺好玩的”，而这项“好玩的”研究或将开辟全球碳循环研究的另一片天地。

沙漠下的“海洋”

海洋、森林通常被认为是碳汇的主要所在，沙漠并不在其列。

然而，10年前，中外科学家几乎同时发现了一个出人意料的现象——二氧化碳源源不断地消失于沙漠或荒漠区。据此，科学家推测，荒漠区很可能是一个很大的碳汇。

“沙漠里的二氧化碳是怎么被吸收的，成了个问题。”李彦在接受《中国科学报》采访时说，“通常理解的‘土壤呼吸’主要是土壤释放而非吸收二氧化碳的过程，因为所有土壤里的生命过程都没有光的参与，只可能释放二氧化碳，不可能吸收。”

遗憾的是，尽管公布了对沙漠碳汇的推测，但长期以来科学家并未找到其中的“玄机”。

为了解决这个问题，李彦带着几个人组成的科研团队，开展了为期10年的研究。他们从沙漠的盐碱土壤着手，最后发现被吸收的二氧化碳既不在植物中，也不在土壤中，而是在荒漠下的咸水层里。

“原理其实很简单。荒漠等干旱地区的土壤、地下水绝大多数为盐碱性，二氧化碳溶于水后呈弱酸性。任何自然系统总有趋于中性的、稳定的趋势。因此，荒漠区的地下咸水对二氧化碳的溶解度极高。”李彦说。

根据研究组的初步估计，全球范围内，储存在沙漠区地下咸水中的碳总量可达1000亿吨。“这个‘沙漠下的海洋’与真正的海洋一样也是碳汇。”李彦说，或许这些二氧化碳经过复杂的地球化学变化后，将变成碳酸钙永远藏于地质结构中。

在修正中摸索前行

这项“原理简单”的研究持续了10年，也修正了10年。这10年里，研究组还“犯过错”。

2009年，研究团队发表了一篇关于土壤吸收二氧化碳的论文，认为沙漠盐碱土具有吸收二氧化碳的作用。“我们预测沙漠碳汇，是因为发现了有进入土壤的二氧化碳，所以在之后很长时间里，我们都盯着土壤作研究。”李彦说，当时，研究团队一直认为盐碱土本身可以吸收二氧化碳。

当时，研究团队从准噶尔沙漠运回了各类盐碱土，用压力锅进行高温灭菌，排除生物影响，再将土壤放回野外，发现各类盐碱土对二氧化碳的吸收非常明显。

“之后我们发现，这篇文章完全是错的。”李彦说，高温高压的蒸煮将土中的二氧化碳排空了，放到野外后二氧化碳会有一个缓慢的扩散平衡过程，所以研究人员当时测到的并非盐碱土真正吸收的二氧化碳。

接下来，是不断的修正。经过很长时间，科研人员开始推测可能是土壤溶液对二氧化碳有吸收作用。于是，他们将土壤换成了化学性质稳定的石英沙，加入土壤溶液，最后发现确实是土壤溶液在起作用，和土壤基质没关系。最后，科研人员才将目标锁定为沙漠下的咸水层，并在地下水深度较浅的塔克拉玛干沙漠里完成了实验验证。