化学风化是地表物质迁移转化的关键过程。以硅酸盐风化和碳酸盐风化为主的风化作用通过消耗大气CO2，在不同时间尺度上影响全球碳循环，实现对全球气候的负反馈调节。黄土粒径小、比表面积大，更容易被侵蚀、风化参与到碳循环过程中。作为全球最大的黄土覆盖区，黄土高原无机碳储量巨大。但是黄土高原地区现代风化过程及其控制因素还不清楚。
为此，地球环境研究所的肖军研究员联合长安大学通过黄土高原地区季节性河水的离子分析，揭示了黄土现代性风化过程及碳消耗。研究发现：黄土高原地区河水呈现弱碱性，TDS值在丰水期时较高且从西北向东南递减（图1）。河水溶质主要来自蒸发盐溶解和碳酸盐风化。相对于枯水期，丰水期持续时间虽然较短，但由于风化速率的加强导致其贡献了全年中约一半的大气CO2消耗量。通过对比发现，径流量是蒸发盐溶解和碳酸盐风化的主控因素，而化学反应动力是硅酸盐风化的主控因素（图2）。
通过结合黄河流域其他地区河流的时间和空间数据，我们进一步探讨了黄河流域化学风化的时空差异及控制因素。结果表明，碳酸盐风化与径流量具有较强的正相关性。在物理侵蚀速率低的区域，硅酸盐风化速率与物理侵蚀速率保持一致。但在物理侵蚀速率高的流域，物理侵蚀的加强并没有有效的促进硅酸盐风化。此时，硅酸盐风化速率受到化学反应动力的限制。因此，径流量和化学反应动力是黄河流域化学风化时空变化的主控因素。
上述研究成果发表在国际学术期刊Geoscience Frontiers。该研究得到中国科学院西部之光-西部交叉团队重点实验室专项（xbzg-zdsys-202309）、中国科学院战略性先导科技专项（XDB40050502）和陕西省杰出青年科学基金项目（2020JC-030）的联合资助。
Chai, N.P., Zhao, Z.Q., Li, X.K., Xiao, J * ., Jin, J.D., Chemical weathering processes in the Chinese Loess Plateau. Geoscience Frontiers, 2024, 15, 101842 。
https://doi.org/10.1016/j.gsf.2024.101842
图1 黄土高原地区河水样品TDS的时空变化
图2 黄土高原地区化学风化的控制因素
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