01 地球碳循環與碳分佈

地球已存在46億年之久，地球上的碳元素以不同的形態分佈於地球表層的大氣圈、生物圈、水圈和岩石圈系統中，碳循環就是發生在四個圈層之間碳元素的相互轉換、運移的過程。其中地球大氣的演變經歷了三個階段：

以氫和氦為主的原始大氣；

富含CO₂（濃度25%以上）、水、甲烷、氮、硫化氫和氨等成分的次生大氣；

古老的矽酸鹽岩與大氣中CO₂ 和水反應，生成碳酸鹽岩沉積、有機碳和氧氣。伴隨著氧氣的出現和CO₂ 的減少，形成了以氮和氧為主包括微量（濃度0.03%~0.04%）CO₂ 的現代大氣，地球才慢慢變成一個巨大的生態系統

圖-1 地球碳循環與碳分佈（1GtCO₂相當於10 億噸CO₂）

圖-1 展示了目前地球上的碳的分佈：

陸地和海洋每年分別釋放和吸收約440 GtCO₂ 和330 GtCO₂；

人類活動每年的化石使用排放量約為34 GtCO₂，土地使用變化排放量約為6 GtCO₂（其中16 GtCO₂ 的排放量主要來自森林砍伐，10 GtCO₂ 的吸收量主要來自廢棄農田的再生）；其中平均每年留在大氣中的量為19 GtCO₂，陸地吸收量為13 GtCO₂，海洋吸收量為9 GtCO₂；

溶解無機碳的儲量為139,000 GtCO₂，超過了全球碳量的80%；這些無機碳主要是可溶岩（主要是碳酸鹽岩）被水侵蝕、溶蝕所積累的，這個過程就叫做岩溶。

02 岩溶碳循環與碳匯

碳酸鹽岩在地質學中被歸類為可溶岩，即可以在雨水作用下發生溶解的岩石。可溶岩被雨水溶解的部分，隨水流至洞穴，因飽和或過飽和的岩溶水在運移過程中條件的改變，水體中部分CO₂ 溢出，重新變成碳酸鈣沉積，最終形成石筍或鐘乳石。具體的岩溶碳循環包括如下三部分：

圖-2 岩溶碳循環

發生：在在淺表層的岩溶表層帶，或者地下河和地下洞穴中，雨水溶解大氣和土壤中的CO₂，生成碳酸（H₂CO₃），隨後碳酸溶解碳酸鹽岩：CaCO₃+H₂CO₃=Ca(HCO₃)₂，生成含HCO₃- 的岩溶水體。在此過程中，大氣圈的CO₂ 被不斷移出，以HCO₃-的形式進入到水圈中，起到了相應的碳匯效果。

遷移：富含HCO₃-的岩溶水在遷移過程中，少部分HCO₃-轉化為CO₂ 逃逸到洞穴空氣中；更多的HCO₃-隨地下水的流動，以泉、地下河的形式流出地表，成為地表河。

轉化：含有高濃度無機碳的岩溶水，刺激水生植物進行光合作用，使部分無機碳轉化為有機碳。

儘管碳酸鹽岩溶蝕消耗的CO₂ 最終會因碳酸鹽在海洋中沉積而被釋放到大氣中，岩溶作用也被認為只是CO₂ 的轉移，但通過人工行為增強的岩溶效應對大氣CO₂ 濃度的調節作用卻不容忽視。岩溶作用消耗的CO2 以溶解無機碳（Dissolved Inorganic Carbon，DIC）的形式被河流運移到海洋中，在運移過程中，DIC 被河流中的水生植物消耗並使其轉化為有機碳而儲存在植物體中，增強了岩溶的碳匯效果。

03 增加岩溶碳彙的方案

岩溶碳循環發生的驅動力是水和二氧化碳，在不同氣候類型下，碳匯發生的強度存在差異性，在人為乾預改變驅動力的情況下，岩溶碳匯還可以增加，岩溶作用產生的碳匯效應具有巨大的潛力。

植樹造林：鑑於植物光合作用和碳酸鹽岩風化溶解的驅動力均為CO₂+H₂O，因此，植樹造林不僅能使地表生物碳匯通量增加，也能使地下岩溶碳匯通量增加。從灌叢到次生林地再到原始林地，岩溶作用產生的碳匯通量可增加2～8 倍。

改良土壤：岩溶碳彙的碳主要來自土壤CO₂，土壤CO₂ 濃度比大氣高1～2 個數量級。碳酸鹽岩粉末作為肥料被長期廣泛應用於改善農業土壤環境，在改善土壤酸化問題、釋放營養元素和增加作物產量的同時，還可以增加土壤CO₂ 循環即強化岩溶碳匯效應。

重視外源水（非岩溶水）的作用：來源於矽酸鹽岩區的外源水俱有很強的侵蝕力。典型流域監測結果顯示，桂林毛村地下河流域，上游32% 的砂岩補給區流入的外源水，進入下游岩溶區，會增加34%的碳匯通量；漓江流域的監測結果顯示，當小流域中碳酸鹽岩分佈面積在50% 左右時，外源水對岩溶碳匯影響最大。

增強水生植物的光合作用：水體中高濃度的HCO₃- 極不穩定，當水文條件發生改變時，容易轉化為CO₂，逸出到大氣中。如果通過水生植物的光合作用，消耗部分HCO₃-、降低其濃度，將無機碳轉化為有機碳，可極大提高岩溶水體中碳遷移過程的穩定性。

04 岩溶碳匯儲量與潛力

通過石灰岩溶蝕試片法、水化學法和擴散邊界層理論進行對岩溶碳匯進行計算，我國90.7 萬公里的裸露岩溶區擁有1,800 萬噸CO2e 的碳匯（僅考慮無機過程的結果）, 若綜合考慮地表水體水生植物光合利用DIC 形成的有機碳，以及在水體底部沉積、固定的量（按三分之一的DIC 估算）， 則岩溶作用淨回收大氣 CO₂ 的量可達4,200 萬萬噸CO2e 。以此類推，全球擁有約為6.08 億噸CO2e 的岩溶碳匯。

岩溶碳循環中碳酸鹽岩風化是無機過程，地質變化的時間尺度較長，從流域尺度到區域尺度岩溶碳循環的過程還未十分清楚，岩溶碳匯效應的影響因素及機理仍需進一步闡釋，但通過增加植被覆蓋、封山育林、植被正向演替、土壤改良、引入非岩溶水灌溉岩溶區的植被和農作物等人工干預的措施確實能夠提高CO₂ 濃度和循環速度，增加岩溶碳匯量。

針對人為乾預後增加岩溶碳匯通量的解決方案實現可計算、可報告、可核查，岩溶碳匯將會與陸地生態過程、海洋碳匯、人工直接捕捉並列成為人類應對氣候變化的重要手段，為《巴黎協定》的“1.5 ℃”目標貢獻真實有力的力量。

來源:碳中和專委會