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马萨诸塞大学阿姆赫斯特分校的一组研究人员专门研究溪流、河流和湖泊释放的二氧化碳，他们最近证明，被称为“碳酸盐缓冲”的化学过程可以解释高碱性水域的大部分排放。此外，碳酸盐缓冲作用扭曲了最常用的追踪溪流中二氧化碳来源的方法。

这项发表在《全球生物地球化学循环》杂志上的研究提出了一种更好的方法来追踪河流二氧化碳排放的来源。

包括溪流、河流和湖泊在内的内陆水域每年大约排放55亿吨二氧化碳，约占人类排放量的15%。马萨诸塞大学阿默斯特分校地球、地理和气候科学助理教授、该论文的第一作者马修·温尼克(Matthew Winnick)说，但目前的气候模型在计算这些碳方面存在困难，部分原因是这些碳似乎是通过碳酸盐缓冲作用神秘地产生的。

“这个过程有点奇怪，”温尼克说。“它就像一种隐藏的二氧化碳储备库，补充流失到大气中的碳，最终增加可用于排放的二氧化碳量。”

为了展示这个隐藏的水池是如何运作的，温尼克和他的合著者，当时麻省理工大学的研究生布莱恩·萨卡迪(Brian Saccardi)研究了专注于海洋碳含量的研究。“碳酸盐缓冲在海洋中是一种众所周知的现象，”温尼克说，“尽管海洋与内陆水域的工作方式不同，但我们能够借用地球化学方程来建立一系列模型，这些模型可以解释大范围的河流和溪流状况。”

那么什么是碳酸盐缓冲呢?首先是二氧化碳——它无处不在:在空气中，在土壤中，在水中。当二氧化碳溶解在水中时，它可以反应形成碳酸，通过进一步的反应，碳酸可以变成碳酸氢盐和碳酸盐。这个反应也可以反向进行，这意味着高浓度的碳酸氢盐和碳酸盐可以作为二氧化碳的储备池，推动排放。二氧化碳、水和碳酸盐的整个平衡被称为“碳酸盐缓冲”，碳酸盐储量可以作为温室气体从河流系统排放出去。

事实上，Winnick和Saccardi发现，在碱性条件下，这个隐藏的水池可以占到60%以上的二氧化碳排放量。

碳酸盐缓冲还有另一个妙招。在全球变暖的时代，至关重要的是要知道总的碳排放量是多少，以及这些碳来自哪里。“虽然我们不认为河流排放会导致全球变暖，但这些排放是否会随着气候变暖而变化，这是一个很大的问题，这可能会加剧未来的变暖。”为了预测变化，我们需要知道二氧化碳来自哪里，”温尼克说。

但要弄清楚哪个二氧化碳分子来自哪个来源并不是一项简单的任务。为了追踪碳，尤其是水体排放的碳，科学家们经常使用碳同位素，或不同质量的碳版本，作为一种法医特征，可以表明碳的来源。

然而，Winnick和Saccardi发现，河流中的同位素信号对碳酸盐缓冲反应非常敏感。温尼克说:“我们使用同位素追踪来源的主要方法是通过它们与二氧化碳浓度的关系，但碳酸盐缓冲导致这些关系破裂。”如果没有适当的解释，这种分解可以指向错误的碳罪魁祸首。

新的研究表明，一种解释碳酸盐缓冲作用的方法是测量碳的多种同位素。科学家们通常只关注两种示踪同位素中的一种，因为分析这两种示踪同位素的成本很高，但研究小组发现，追踪这两种同位素的来源可以帮助揭开二氧化碳的隐藏来源。