地球是太阳系八大行星之一，它被厚厚的大气层包围。地球大气的演化经历了原始大气、次生大气和现在大气三代，从原始大气中二氧化碳浓度接近25%下降到现在的0.04%。经过漫长的过程，地球原始大气中的二氧化碳都去哪儿了？

　　碳酸盐岩——古代二氧化碳的归宿

　　有资料显示：地球上二氧化碳浓度下降的同时，碳酸盐岩的比例在增加。在地球系统中，岩石圈是最大的碳库，储存在碳酸盐岩中的碳量大于6.0×108亿吨，分别是海洋和陆地植被碳库的1562倍和3万倍。这表明，在长时间尺度上碳酸盐岩的形成对地质历史时期大气二氧化碳产生巨大的汇效应。碳酸盐岩在全球的分布面积达到2200万平方千米，约占陆地面积的15%。作为地球上最大的碳库，碳酸盐岩与现代大气是否还存在源汇关系？碳酸盐岩风化产生的土壤对植被生长及其生态系统的影响，成为全球碳循环研究的热点。

　　以中国科学院院士袁道先为首的团队，在岩溶碳循环方面进行了大量的研究工作并引起国际同行的广泛兴趣，国际岩溶研究中心常务副主任曹建华研究员即是该团队的一员。他带领课题组成员打造出一个岩溶碳汇研究基地，地点选择在桂林市灵川县潮田乡的毛村。毛村是一个面积约10多平方千米的小村落，但世界各地的地质研究者却纷至沓来，吸引他们的就是毛村基地丰富的地质地貌特征。

　　毛村有一个清晰的地下岩溶流域的边界，它有一套完整的岩性组合，有碎屑岩地区即非岩溶地区的环境和岩溶的环境。这对岩溶生态系统来讲，是非常有利的一个对比。在毛村可看到植被的演化过程，从森林、灌丛、草地，还有耕地，这些土地利用方式和地表的植被覆盖在毛村都能够发现。在以碳酸盐岩为主体的毛村，陡峭险峻的山峰、山地间巨型的洼地，处处展现岩溶地区独有的地貌特征。

　　碳酸盐岩的溶解——现代二氧化碳的捕手

　　岩溶作用是水对可溶性岩石进行以化学溶蚀作用为主要特征，包括水的机械侵蚀和崩塌作用，以及物质的携出、转移和再沉积的综合地质作用。

　　在自然雨水作用下，碳酸盐岩尤其是石灰岩表面会形成大量的溶痕、溶沟、溶槽。碳酸盐岩在雨水溶蚀的同时，也有生物作用的参与。而且，这种生物的钻孔作用成效显著。实际上，生物作用对碳酸盐岩溶解的过程贡献量，有数据显示可以达到26.4%到64%。

　　岩溶地区碳酸盐岩在雨水作用下的溶解过程就是岩溶碳汇过程，碳酸盐岩的溶解，水和二氧化碳是两个重要的驱动力。

　　为了验证岩溶碳循环的过程和存在，研究人员在毛村的背地坪和小龙背选择了一个岩溶泉水和一条碎屑岩地区的细流分别进行水指标检测。两条水流相距1000米，监测数据却差距惊人。经过长时间的监测，研究团队得到了十分珍贵的数据。首先是水的温度，岩溶水的水温常年保持在一个相对稳定的状态，而碎屑岩地区的水温随着季节的变化也就是随着气温的变化在波动。这说明岩溶泉水基本上是来自地下的，受地表的影响比较少。跟岩溶作用或者说跟岩溶碳汇密切相关的另外一个指标就是钙的含量。有数据表明，碳酸盐岩的溶解存在着清晰的岩溶碳循环过程。

　　二氧化碳在岩溶动力系统中的“旅行”

　　在岩溶动力系统中，岩溶植被通过光合作用吸收大气二氧化碳，继而形成的枯枝落叶和腐殖质被微生物分解，形成土壤二氧化碳。一般来说，岩溶地区土壤呼吸的速率比碎屑岩区低，同时土壤二氧化碳浓度的年通量岩溶区要比碎屑岩区少25%，这些二氧化碳去哪里了？岩溶地区土壤呼吸减少的二氧化碳又去了哪里？

　　通过毛村基地一系列的实验监测，研究人员对岩溶碳循环过程有了一个相对完整的认识，并找到了在各种环境下，碳酸盐岩的溶解对大气二氧化碳消耗的证据。首先，在岩石裸露的地区，碳酸盐岩在雨水作用下溶解，消耗大气二氧化碳，并将其以无机碳的形式转移到水体中；在有植被覆盖的地区，土壤、植被形成高浓度和高循环强度的二氧化碳环境，加速了土下碳酸盐岩的溶解，增加岩溶碳汇量，同时也将二氧化碳以无机碳的形式转移到水体中；在无机碳随水迁移过程中，因水动力条件的改变，转化为二氧化碳，一部分返回到大气，如洞穴环境的高浓度二氧化碳和石笋的沉积；具有高浓度无机碳的岩溶水，刺激水生植物光合作用，将无机碳转化为有机碳。

　　当然，二氧化碳的旅程并未就此结束，我们将进一步追逐它的脚步，彻底解开二氧化碳失踪之谜。（作者：曹建华 杨 慧，单位：中国地质调查局岩溶地质研究所）