摘要
近年来全球变暖已然成为公认的事实，尤其是在被称作“世界第三极”的青藏高原地区增温极为明显。对气候因素具有较强敏感性的高寒流域而言，气候变化背景下河水离子来源的构成与变化是导致河流化学风化变化的重要因素。为了探究高寒流域化学风化变化特征以及其对气候变化的响应机制，本文选取雅鲁藏布江中上游作为研究区，通过野外观测、样品采集与室内测定整理出2019年3月、2019年9月、2020年5月和2021年5月雅鲁藏布江中上游的水化学数据。基于水化学模型、气候模型以及稳定同位素等技术，阐明了流域丰枯期化学风化的季节性差异，识别河水离子来源的同时也计算出不同风化类型离子贡献率以及化学风化速率，揭示了雅鲁藏布江中上游地区化学风化对气候变化的响应机制。其研究成果对于认识气候变化背景下多因素共同作用下高寒流域化学风化变化规律具有科学意义，主要研究结论如下： （1）将2019年9月水样数据作为雅鲁藏布江中上游丰水期数据，2019年3月、2020年5月及2021年5月三次采样数据取均值作为枯水期数据，对其离子来源、影响因素以及化学风化的季节性差异进行深入分析。丰枯期流域河水TDS浓度变化不大，但pH却存在差异，丰水期流域河水pH值呈现弱酸性，而枯水期河水呈现出弱碱性。流域主要水体为HCO3-—SO42-—Ca2+。Na+和K+主要来自于蒸发岩溶解，Ca2+和Mg2+的来源主要为石膏溶解和碳酸盐岩风化，HCO3-主要来源于碳酸盐岩的化学风化作用，SO42?主要来源于石膏和芒硝的溶蚀作用。碳酸盐岩风化主导了雅鲁藏布江中上游地区的化学风化过程，且不论是枯水期还是丰水期，流域中上游碳酸盐岩化学风化速率都大于硅酸盐岩化学风化速率，碳酸盐岩对CO2消耗通量也都大于硅酸盐岩，丰水期雅鲁藏布江中游碳酸盐岩风化消耗CO2通量高达16.119×104mol/(km2·month)。 （2）雅鲁藏布江中上游在近50年来，河水中的Ca2+和HCO3-一直是优势离子。硅酸盐岩风化和大气降水输入对流域离子影响较小，碳酸盐岩风化一直占主导地位。在1990年，雅鲁藏布江中上游硅酸盐岩风化速率和碳酸盐岩风化速率均达到最大值，分别为3.92t/(km2·a)和2.73t/(km2·a)，与此同时其化学风化吸收的CO2量也达到了最大值。总体来说流域气温处于上升趋势，其中最低气温的增长速率最快。雅鲁藏布江中上游年内降水量分布极其不均衡，大气降水对丰水期影响较大，对枯水期的变化趋势影响较小。气温和降水两者共同影响着流域的化学风化过程，其中降水量主要通过影响碳酸盐岩风化进而影响整个流域的风化过程和速率。在RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5这三种不同气候情景下对流域未来气候变化以及化学风化进行了预估，计算典型年2030年和2050年化学风化速率和CO2消耗量时，只有RCP4.5是当下较为理想的温室气体排放情景。 （3）由于受到水汽输送和雅鲁藏布江中上游河谷的自然环境和气候条件的影响，流域内河水和雨水的δD和δ18O值变化范围较大，且测定的δD和δ18O数值普遍大于比国内其他流域或湖泊。雅鲁藏布江中上游独特的气候及地理特征，使其氘盈余(d-excess=δD-8δ18O)低于全球降水均值。最小二乘法拟合出的方程线δD=8.24δ18O+11.63与全球大气降水线，大气降水是雅鲁藏布江中上游河水的重要补给来源。流域河水中Sr2+离子与Ca2+离子来源相同，主要为碳酸盐岩风化和硅酸盐岩风化提供。雅鲁藏布江中上游河水的87Sr/86Sr值介于0.70766~0.71542之间，硅酸盐岩风化产物中的87Sr/86Sr值要高于碳酸盐岩。Sr同位素组成在一系列地球化学过程中几乎不发生任何显著分馏，只有物理过程引起的物质交换与水岩相互作用才使87Sr/86Sr发生明显变化，这使得通过反演模型计算得到的河水离子贡献率更为准确。
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