高考地理:碳循環(huán)及四例分析

一、海洋碳儲(chǔ)存形式怎樣？碳循環(huán)過程怎樣？碳循環(huán)動(dòng)力是什么？

海洋碳循環(huán)，是碳元素在海洋—大氣—海底之間，通過物理、化學(xué)、生物過程進(jìn)行吸收、轉(zhuǎn)化、輸送和長期儲(chǔ)存的全球生物地球化學(xué)循環(huán)，是地球最大的活躍碳庫。
1、核心碳庫（儲(chǔ)存形式）
A溶解無機(jī)碳（DIC）：CO?、HCO??、CO?2?。
B溶解有機(jī)碳（DOC）：生物分泌、分解的溶解性有機(jī)物。
C 顆粒有機(jī)碳（POC）：浮游生物、碎屑、糞便。
D 碳酸鹽碳（CaCO?）：珊瑚、貝殼、球石藻。
E 沉積物碳：海底埋藏的有機(jī)和無機(jī)碳（地質(zhì)封存）
2、海洋碳循環(huán)三大“碳泵”
A. 溶解度泵（物理泵）
原理：CO?在冷、高密度海水中溶解度更高。
過程： 大氣CO? → 表層海水溶解
高緯冷水下沉 → 攜帶DIC進(jìn)入深海環(huán)流:數(shù)百年后海水上涌、升溫 → CO?釋放回大氣。
B. 生物泵（有機(jī)碳泵）
過程:浮游植物光合作用：CO? + 水 → 有機(jī)碳（固碳）； 食物鏈傳遞：浮游植物 → 浮游動(dòng)物 → 魚類；死亡/排泄 → POC“海洋雪”下沉；深海分解（釋放DIC）或埋藏成巖（長期封存）。
C. 碳酸鹽泵（鈣化泵）
過程：生物（珊瑚、貝類、球石藻）用CO?2?造殼：Ca2? + CO?2? → CaCO?； 死亡堆積 → 沉積為石灰?guī)r（地質(zhì)尺度封存）。
2、海洋碳循環(huán)主要驅(qū)動(dòng)因素是什么？

①物理驅(qū)動(dòng)

1. 海—?dú)釩O?分壓差（最根本）
海水與大氣CO?濃度差決定交換方向。
2. 海水溫度
低溫→溶解度高→吸收CO?；高溫→釋放CO?。
3. 大洋環(huán)流（溫鹽環(huán)流）
高緯冷水下沉，將碳帶入深海；上升流將深海碳帶回表層。
4. 風(fēng)力與混合
風(fēng)浪增強(qiáng)海水垂直混合，影響碳在表層—深層分布。
②生物驅(qū)動(dòng)
1. 浮游植物光合作用
吸收CO?，形成有機(jī)碳，啟動(dòng)生物泵。
2. 生物食物鏈與沉降
有機(jī)碳向深海輸送，實(shí)現(xiàn)長期封存。
3. 鈣化作用（CaCO?形成）
珊瑚、有孔蟲等造殼，參與碳酸鹽泵。
③化學(xué)驅(qū)動(dòng)
1. 海水碳酸鹽緩沖體系（CO?–HCO??–CO?2?）決定CO?溶解、儲(chǔ)存與海水pH。
2. 海水鹽度、酸堿度
影響CO?溶解度與碳酸鹽平衡。
④地質(zhì)驅(qū)動(dòng)
1. 巖石風(fēng)化消耗CO?，輸入海洋。
2. 海底沉積與埋藏
有機(jī)碳、碳酸鹽長期埋存，形成地質(zhì)碳庫。

二、陸地碳循環(huán)過程怎樣？碳庫是什么？陸地碳循環(huán)的驅(qū)動(dòng)力？

A陸地碳循環(huán)過程:

1. 光合作用（碳進(jìn)入生物群落）
植物吸收大氣CO? → 轉(zhuǎn)化為有機(jī)碳（生物碳庫）。
2. 呼吸作用（碳返回大氣）
植物、動(dòng)物、微生物呼吸 → 釋放CO?。
3. 分解作用
枯枝落葉、遺體被微生物分解 → CO?回歸大氣。
4. 燃燒與人類活動(dòng)
化石燃料燃燒、森林火災(zāi)、土地利用變化 → 大量排放CO?。
5. 碳儲(chǔ)存（長期）
有機(jī)碳埋藏在土壤、泥炭、煤層中 → 土壤碳庫、地質(zhì)碳庫。

B陸地主要碳庫:
1. 植被碳庫：森林、草原、農(nóng)作物
2. 土壤碳庫：陸地最大碳庫（遠(yuǎn)大于植被）
3. 大氣碳庫：CO?
4. 化石燃料碳庫：煤、石油、天然氣（長期封存）
C陸地碳循環(huán)主要驅(qū)動(dòng)因素
1. 太陽輻射（光照）：驅(qū)動(dòng)光合作用（根本動(dòng)力）
2. 氣溫：影響光合、呼吸、分解速率。
溫度高 → 分解快 → CO?釋放多
3. 水分（降水）：影響植物生長激素、微生物活性。
4. 植被類型與覆蓋度：決定固碳能力（森林最強(qiáng)）。
5. 土壤性質(zhì)：有機(jī)質(zhì)、通氣、pH影響分解。
6. 人類活動(dòng)：砍伐、開墾、燃燒、施肥、造林。
7. 微生物活動(dòng)：決定有機(jī)質(zhì)分解快慢。
陸地碳循環(huán)是大氣—植被—土壤之間，以光合作用與呼吸分解為主，受水熱條件、植被、人類活動(dòng)共同驅(qū)動(dòng)的碳交換過程。

碳循環(huán)訓(xùn)練四例

例1.喀斯特地區(qū)的碳循環(huán)是全球碳循環(huán)的重要組成部分。我國西南某喀斯特大型洞穴區(qū)，碳以水為介質(zhì)在“土壤—巖石—洞穴中的大氣”進(jìn)行垂直交換傳輸。觀測(cè)表明：滲透到該洞穴里的水，水中CO2濃度雨季小于旱季，同時(shí)該洞穴區(qū)內(nèi)空氣中的CO2濃度也隨季節(jié)變化明顯（圖6），使得洞穴內(nèi)“水—?dú)狻碧冀粨Q（CaCO3+CO2+H2O二 Ca(HCO3)2）出現(xiàn)明顯的周期變化。圖7示意該洞穴內(nèi)常年性滴水的石鐘乳。據(jù)此回答1～3題。

1.雨季滲透到洞穴里水中的CO2濃度小于旱季的主要原因是由于雨季時(shí)

A.微生物分解較快

B.根系大量吸收CO2

C.枯枝落葉量較少

D.水的下滲速度較快

2.旱季時(shí)，洞穴內(nèi)常年性滴水石鐘乳的碳交換總體表現(xiàn)為

A.大氣和巖石中的碳向水中轉(zhuǎn)移

B.大氣和水中的碳向巖石中轉(zhuǎn)移

C.水中的碳向巖石和大氣中轉(zhuǎn)移

D.巖石中的碳向大氣和水中轉(zhuǎn)移

3.一年中，洞穴內(nèi)常年性滴水石鐘乳的碳交換使得鐘乳石在

①雨季總體受到溶蝕 ②雨季總體接受沉積 ③旱季總體接受沉積 ④旱季總體受到溶蝕

A.①③ B.②③

C.①④ D.②④

參考答案

1~3DCA

試題解析

1、微生物分解會(huì)產(chǎn)生大量的二氧化碳，分解快，二氧化碳濃度高，與題目不符合，A錯(cuò)。根系是沒辦法大量吸收二氧化碳，植物只要是通過葉片參與光合作用而吸收二氧化碳，B錯(cuò)。植物葉片通過光合作用，主要吸收大氣中的二氧化碳，C錯(cuò)。雨季時(shí)，降水多，水的下滲速度快，下滲量大，經(jīng)過石灰?guī)r巖層時(shí)，會(huì)發(fā)生CaCO3+CO2+H2OCa(HCO3)2反應(yīng)，使得水中二氧化碳的濃度降低。D對(duì)。

2、石灰?guī)r組成的山洞里面，含有二氧化碳的水，滲入到石灰?guī)r縫隙中，會(huì)溶解其中的碳酸鈣.這溶解了碳酸鈣的水，從洞頂上滴下來時(shí)，由于溫度的變化，使被溶解的碳酸鈣又變成固體.形成了鐘乳石。如材料中CaCO3+CO2+H2OCa(HCO3)2是個(gè)可逆反應(yīng)。從這個(gè)方程式可以看出，水中的二氧化碳與石灰?guī)r溶解后變成可溶性的碳酸氫鈣，可溶性的碳酸氫鈣受溫度變化影響后，馬上變?yōu)樘妓徕}沉淀物（形成石鐘乳）、水和二氧化碳（揮發(fā)到大氣中）。因此碳的交換主要是表現(xiàn)為水中碳向巖石和大氣中轉(zhuǎn)移。答案選C.

3、雨季時(shí)，降水多，地表水下滲強(qiáng)，碳酸鈣遇到水和水中二氧化碳，溶蝕作用較強(qiáng)；旱季，則相反，答案選A。

例2、閱讀圖文材料，完成下列要求。

藍(lán)碳指利用海洋生物活動(dòng)吸收大氣中的二氧化碳，并將其固定、儲(chǔ)存在海洋中的過程、活動(dòng)和機(jī)制，紅樹林、海草床、鹽沼是獲得國際認(rèn)可的三大藍(lán)碳生態(tài)系統(tǒng)，有著極高的固碳能力和儲(chǔ)碳潛力。近幾十年來，這些“固碳能手”正在受到各種因素的威脅。下圖示意三種濱海濕地類型在潮間帶的分布區(qū)和潮位特征。

(1)指出圖示鹽沼植物的生長習(xí)性。

(2)簡述海草床生態(tài)系統(tǒng)在海洋碳匯中的作用。

(3)與陸地生態(tài)系統(tǒng)相比，濱海濕地儲(chǔ)碳能力更強(qiáng)，請(qǐng)說明理由。

(4)指出導(dǎo)致濱海濕地固碳能力下降的人類活動(dòng)，并提出保護(hù)措施。

參考答案：

(1)耐鹽堿；耐澇；耐高溫。

(2)海草進(jìn)行光合作用，從海上中吸收大氣中的二氧化碳；為其它海洋生物提高生長環(huán)境，生長著大量的附著生物和藻類；海草提高降低水流速度，使顆粒碳沉降并埋藏于海底沉積物中。

(3)受潮汐周期性的淹沒，濱海濕地的沉積物長期處于缺氧狀態(tài)，根系和凋落物因缺氧分解速度慢，有利于有機(jī)碳儲(chǔ)存，潮汐和地表徑流從鄰近生態(tài)系統(tǒng)帶來大量沉積物和有機(jī)碎屑，增加了有機(jī)碳的儲(chǔ)量。

(4)人類活動(dòng)：圍海造田，圍塘養(yǎng)殖，毀林修建海岸工程，城市化等。保護(hù)措施：加強(qiáng)海岸帶生態(tài)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)，保護(hù)現(xiàn)存濕地；加強(qiáng)濱海濕地的科學(xué)研究，建立自然保護(hù)區(qū)；停止破壞性的濱海濕地開發(fā)活動(dòng)，恢復(fù)和修建濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)；加大科技投入，利用生物措施，建設(shè)保護(hù)灘岸等生態(tài)工程。

例3、閱讀文字材料，完成下列要求。

隨著全球氣候變暖趨勢(shì)的加劇，“海洋碳庫”上了熱搜。研究表明，海洋是世界上最大的碳庫，但全球氣候變化會(huì)影響其碳匯能力；全球變暖可導(dǎo)致大量冰川融化、季風(fēng)增強(qiáng)。冰川的融化使海洋表層和深層之間鹽度和密度差異擴(kuò)大；增強(qiáng)的季風(fēng)使浮游生物被翻攪到海洋深處。

(1)分析海洋成為世界上最大碳庫的主要原因。

(2)描述全球氣候變暖使海洋表層和深層之間鹽度和密度差異擴(kuò)大的主要過程。

(3)說明季風(fēng)增強(qiáng)對(duì)海洋碳匯能力的主要影響。

參考答案：

(1)海洋是地球上最大的水體，溶解二氧化碳的能力強(qiáng)；海洋內(nèi)生物量大，固碳能力高。

(2)（全球氣候變暖使）陸地冰川大量融化、流入海洋的淡水增加；大量淡水降低表層海水的鹽度和密度，使海洋表層與深層之間鹽度和密度的差異擴(kuò)大。

(3)大量的海洋動(dòng)物生活在表層，其食物依賴浮游生物；季風(fēng)增強(qiáng)導(dǎo)致海洋表層浮游生物進(jìn)入海洋深處而死亡，光合作用減弱；海洋碳匯能力被干擾，固碳能力減弱。

例4.閱讀圖文材料，完成下列要求。

土壤有機(jī)質(zhì)包括腐殖質(zhì)、生物殘?bào)w等，大多以有機(jī)碳的形式存在。土壤有機(jī)碳密度是指單位面積內(nèi)一定深度的土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量。海南島某自然保護(hù)區(qū)內(nèi)保存著較完整的熱帶山地雨林；此地常受臺(tái)風(fēng)影響。下圖示意該保護(hù)區(qū)內(nèi)一塊樣地的地形及該樣地內(nèi)部分點(diǎn)位土壤表層(0～10 cm)的有機(jī)碳密度(單位：kg/m2)。

(1)指出該樣地山脊與山谷土壤表層有機(jī)碳密度的差異，并分析其原因。

(2)該地森林固碳能力比長白山更強(qiáng)，請(qǐng)說明理由。

(3)森林固碳是降低大氣二氧化碳濃度的重要途徑，提出增強(qiáng)當(dāng)?shù)厣痔嘉漳芰Φ闹饕胧?/p>

參考答案：

(1)差異：山脊土壤表層有機(jī)碳密度較大，山谷土壤表層有機(jī)碳密度較小。原因：與山谷相比，山脊受臺(tái)風(fēng)影響更大，易使植被傾倒死亡、腐爛，樹木更新快，可增加土壤中有機(jī)碳輸入。

(2)與長白山相比，該地水熱條件更好，植被更茂密，熱帶森林光合作用更強(qiáng)，吸收二氧化碳更多，把碳大量固定在植物體內(nèi)。

(3)積極恢復(fù)森林，擴(kuò)大森林面積；加強(qiáng)森林撫育和管理，注重林木的保護(hù)性間伐與更新，提升森林固碳能力等。