在地质时间尺度上，大陆硅酸盐岩的化学风化被认为是调节长期气候变化的关键“碳汇”过程。然而，最近研究指出，岩石中的硫酸盐（主要为硫铁矿）在氧化的过程中产生的硫酸（H₂SO₄）会与碳酸盐岩反应（Carbonate weathering coupled with sulfide oxidation，CW-SO），释放出CO₂重新回到大气，该过程可能是一个重要的“碳源”。冰川作为陆地上广泛分布的一个典型极端环境，侵蚀速率相较于平坦的地区更快。过去研究表明，硫化物氧化速率与物理侵蚀速率呈明显的正相关关系（Calmels et al., 2007），理论上冰川环境中的硫化物氧化风化过程应当更高效。然而，有关冰川这种极端侵蚀环境下的这类碳源-碳汇过程（CW-SO）研究依然缺乏，特别是硫酸盐氧化释放CO₂是一个碳源，而硅酸盐风化吸收大气CO₂是一个碳汇，两者综合效应是一个净碳源还是碳汇尚不明确。因此，对地表大面积覆盖的冰川环境下的化学风化过程研究有利于全面理解不同背景下的碳循环过程及机制。

　　为此，张飞研究员团队以祁连山岗什卡雪峰附近的一处冰川流域——老虎沟流域为研究对象，开展了长期定点监测。利用一套完整水文年内的高时间分辨率（每周）河水数据，进行了碳源-汇过程与通量的评估。研究发现，在老虎沟冰川流域中，河水化学组成主要受到硫酸盐氧化作用影响，而大气输入、硅酸盐岩风化等的贡献有限。进一步研究发现，该冰川流域碳释放/碳消耗的比值（R_CO2）几乎全部大于1，特别是在雨季，该比值甚至高达26倍，说明雨季强径流条件增强了地表侵蚀和新鲜矿物暴露，冰川环境中的CW-SO反应过程显著加强。总体而言，老虎沟冰川流域内硫酸盐风化导致的CO2释放量明显高于硅酸盐岩石风化吸收的大气CO₂，在整个水文年内，综合表现为一个净“碳源”（图1）。

　　图1 老虎沟冰川流域季节性碳循环过程

　　那么，全球冰川流域风化是否呈现同样现象呢？在该问题引导下，他们汇总了全球不同山地冰川流域的水化学数据，结果表明，冰川流域普遍存在硫酸盐氧化过程，且全球冰川流域的化学风化几乎一致表现为一个重要的净“碳源”效应（图2）。

　　图2 全球冰川流域岩石风化碳释放（R_CO2值）核算

　　最后，他们提出：冰川/山区环境通过快速侵蚀，不断暴露出新鲜硫酸盐矿物，通过与（微量）碳酸盐岩反应，持续释放CO₂到大气中去；而形成强烈对比的平坦低地，由于经历了长期的地表风化，土壤中的硫酸盐矿物已消耗殆尽，硫酸盐氧化不再是一个主要过程。因此，冰川/山区的硫酸盐风化作为一个 “碳源”在全球长期碳预算中值得引起更多关注（图3）。

　　图3 冰川/山区与平坦低地的硫酸盐风化过程示意图

　　上述研究成果发表在中国科学院一区SCI Top期刊Science of the Total Environment （IF:9.8）上。博士生曹阳为第一作者，张飞研究员为通讯作者。该研究得到国家重点研发计划项目(2022YFF0800500)、国家自然科学基金(41991322，42273022)、中国科学院青年创新促进会项目的联合资助。

　　论文链接：https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.165842

　　Cao Y., Wang M., Zhang F*., Hu YD., Yang L., Wang YT., Wu D., Jin ZD., 2023. Chemical weathering in glacial catchment acting as a net carbon source. Sci Total Environ, 165842.