在地質(zhì)學家們看來，地球上的碳元素以不同的形態(tài)分布于地球表層的大氣圈、生物圈、水圈和巖石圈系統(tǒng)中，碳循環(huán)就是發(fā)生在4個圈層之間碳元素的相互轉(zhuǎn)換、運移的過程。

地球存在已有46億年之久。科學研究認為，地球大氣的演變經(jīng)歷了三個階段：原始大氣、次生大氣和現(xiàn)代大氣。

原始大氣的主要成分是氫和氦；次生大氣的主要成分是水、二氧化碳、甲烷、氮、硫化氫和氨等，其二氧化碳的濃度高達25%以上；現(xiàn)代大氣的主要成分是氮和氧，二氧化碳濃度僅為0.03%～0.04%。

地球大氣中如此巨量的二氧化碳去了哪里？

地質(zhì)學家經(jīng)過調(diào)查研究認為，地球上的碳主要以有機碳和無機碳的形式存在。其中，賦存于頁巖、碳酸鹽巖中的分散微粒有機碳占比很小，而現(xiàn)代地球上最大的碳庫實為儲存在碳酸鹽巖中的高達61×10¹⁵噸的無機碳，其碳量占全球總碳量的99.55%。這也就解釋了二氧化碳的去向問題：古老的硅酸鹽巖與大氣中二氧化碳和水反應，生成碳酸鹽巖沉積物、有機碳和氧氣，即碳匯效應。伴隨著氧氣的出現(xiàn)和二氧化碳的減少，地球才慢慢變成一個巨大的生態(tài)系統(tǒng)。

巖溶地貌——峰林平原

碳酸鹽巖在地質(zhì)學中被歸類為可溶巖，即可以在雨水作用下發(fā)生溶解的巖石?？扇軒r被雨水溶解的部分，隨水流至洞穴，因飽和或過飽和的巖溶水在運移過程中條件的改變，水體中部分二氧化碳溢出，重新變成碳酸鈣沉積，最終形成石筍或鐘乳石。這一過程悄無聲息，但效果驚人。測試結果表明：僅廣西桂林片區(qū)就因土下石灰?guī)r的溶解過程，使得土壤向大氣釋放二氧化碳的年通量降低25%。

根據(jù)我國1981年—2000年的統(tǒng)計，碳酸鹽巖溶解的碳匯通量分別是陸地植被的50.5%、森林的68%、灌草叢的2.68倍。換言之，中國陸地植被年碳匯通量相當于同期中國工業(yè)二氧化碳排放量的15.35%，而碳酸鹽巖溶解產(chǎn)生碳匯通量相當于排放量的7.75%。對全球而言，每年碳酸鹽巖溶解轉(zhuǎn)移碳匯通量相當于全球森林碳匯通量的33%、土壤碳匯通量的70%，相當于全球化石燃料排放碳量的7.8%。

植樹造林曾經(jīng)是發(fā)達國家和發(fā)展中國家進行“碳交易”的普遍形式，也是人類應對全球氣候變化的基本技術途徑。如今發(fā)現(xiàn)的碳酸鹽巖溶解消耗大氣中二氧化碳的巖溶碳循環(huán)過程，能否在人類干預下，成為積極應對溫室問題的高效對策呢？

在地表植被生物碳匯增加的同時，地下的巖溶碳量同時增加。以廣西桂林毛村地下河流域的監(jiān)測結果為例，當從砂巖、花崗巖地區(qū)來的地表水流經(jīng)巖溶區(qū)進入地下時，進一步與石灰?guī)r發(fā)生溶解反應，繼續(xù)產(chǎn)生碳匯效應。有研究發(fā)現(xiàn)，同一個流域中上游32%的砂巖補給區(qū)產(chǎn)生的地表水，進入下游巖溶區(qū)會增加34%的碳匯通量。

上述研究結果表明，影響碳酸鹽巖溶解的主要因子是二氧化碳和水。增加植被覆蓋、封山育林、植被正向演替、土壤改良等措施能提高二氧化碳濃度和循環(huán)速度；引入非巖溶水灌溉巖溶區(qū)的植被和農(nóng)作物會增加巖溶碳匯量，即可通過人為干預增加巖溶碳匯量。2013年政府間氣候變化委員會第5次評估報告中，已經(jīng)將石灰?guī)r溶解過程作為去除大氣二氧化碳的技術途徑之一，與陸地生態(tài)過程、海洋碳匯、人工直接捕捉并列。巖溶碳循環(huán)研究已經(jīng)成為應對氣候變化的重要手段。（作者單位：中國地質(zhì)調(diào)查局巖溶地質(zhì)研究所）