科学家们解开了日内瓦湖为何排放大量二氧化碳的谜团 _科学

观测和模拟的气候学。（A至C）启用CP（即参考模型， CP型）或静音（CP型）时的地表气候学（在0至10米深度上平均）每日观测值（观测值）和模型输出。DOY ，一年中的某一天。连续的彩色线代表1981年至2021年的日平均值；虚线是SD 。上面的彩色条表示季节（按冬春夏秋顺序）（A）DIC，（B）pH和（C）Pco2 。灰线表示与大气平衡的Pco2 。垂直虚线表示DOY 50、180和300，其垂直Pco2轮廓在（D至F）中举例说明。在（D）DOY 50、（E）DOY 180和（F）DOY 300启用或禁用CP的情况下，观测和模拟Pco2的前50米的垂直剖面（1981-2021年的日平均值±SD）。（A）至（C）的颜色代码相同。来源：科学进展（2024）。DOI:10.1126/ciadv.ado5924
据洛桑大学：与世界上大多数湖泊一样，日内瓦湖是温室气体的排放者，尤其是二氧化碳（CO2）。每年，它产生的二氧化碳相当于洛桑市的汽车运输量（约150000居民）。这种现象——湖泊产生二氧化碳——多年来一直为人所知。然而，关于工作机制存在广泛的争论。
传统科学理论认为，湖泊二氧化碳排放主要是由于周围土壤中有机物的涌入。这种物质来源于植物和动物残留物的分解，通过降雨被带入湖中，在那里被微生物分解，导致二氧化碳的释放。这个过程被称为呼吸。
虽然这一理论解释了一些湖泊的行为，但它不适用于日内瓦湖，因为日内瓦湖从其海岸接收的有机物很少。理论上，其年度碳平衡应该是中性的，冬季二氧化碳的产生（来自有机物分解和水混合）与夏季二氧化碳的吸收（由于藻类光合作用）相平衡。那么，为什么日内瓦湖仍然排放大量的二氧化碳呢？
UNIL的一个科学家团队刚刚破译了所涉及的机制。大部分排放实际上来自湖泊上游盆地岩石的自然侵蚀。当雨水撞击岩石时，会释放出碳酸氢盐和钙离子，然后进入湖中。夏天，在高温和藻类生长的影响下——藻类会改变水的pH值并起到催化剂的作用——离子会形成石灰石微粒。这被称为方解石沉淀。
这种化学反应释放出二氧化碳，使湖泊在温暖的季节呈现乳白色的蓝绿色外观。藻类继续吸收二氧化碳，但这不足以弥补岩石侵蚀造成的大量产量。因此，额外的排放是地质过程的结果，而不仅仅是之前认为的生物过程。
这一发现发表在《科学进展》上。
“我们的研究结果不仅解释了日内瓦湖的碳循环，还揭示了一个适用于世界上几个五大湖的普遍过程，”UNIL地球科学与环境学院湖沼学教授、该研究的合著者Marie Elodie Perga解释道。
“自从我写论文以来，这个问题一直困扰着我，”她解释道。“使用世界上独一无二的科学基础设施——LéXPLORE平台，我们能够在非常精细的尺度上观察、建模和等效这些过程，为传统的碳循环建模提供了缺失的部分。”
该浮动实验室位于日内瓦湖上，可以连续高频监测与碳循环相关的各种参数。
除了这一发现的纯粹科学意义外，这一新数据对于对抗全球变暖至关重要。
Perga解释说：“每年都会进行评估，以确定我们星球上碳的排放者（来源）和储存者（汇）。深入了解二氧化碳如何在大陆、水和大气之间自然运输、储存和转化非常重要。只有全球视野才能使我们采取有效行动应对全球变暖。”
LéXPLORE平台
LéXPLORE是一个10米x10米的科研平台，位于瑞士日内瓦湖畔，距离海岸近600米。它配备了高科技仪器（109个传感器），在所有天气条件下提供昼夜连续测量。
LéXPLORE汇集了五个机构（EPFL、EAWAG、INRAE、UNIL、UNIGE），对湖泊及其大气进行前沿的多学科研究。它也被用作培训和教学设施，以及公众的普及工具。