沙漠也能“吃掉”二氧化碳？｜国际清洁空气蓝天日

国际清洁空气蓝天日由第74届联合国大会于2019年12月19日通过决议设立，定于每年9月7日开展全球纪念活动。我们知道，碳污染是影响空气清洁的重要问题之一。在我们的印象中，森林才是吸收二氧化碳、净化空气的好场所，但沙漠也能吸收二氧化碳，这有点让人感到惊讶。

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01 多项研究表明：沙漠能吸收二氧化碳

其实，这类研究成果并不罕见。

对中国西北的戈壁沙漠研究发现，干旱区土壤每年每公顷可吸收约20-30公斤二氧化碳，尽管速率较低，但因其面积广阔，总贡献不可忽视[1]。

对美国莫哈韦沙漠的生物结皮（以蓝藻、地衣和苔藓为主）及其对土壤碳库的贡献，研究显示，生物结皮覆盖区域的地表碳吸收速率可达每年每公顷50公斤[2]。

非洲撒哈拉沙漠边缘的植被每年每公顷约吸收0.5-1吨二氧化碳[3]。

沙漠中的蓝色水体和棕榈树（版权图库图片，转载使用可能引发版权纠纷）

02 沙漠如何吸收二氧化碳?

沙漠吸收二氧化碳的机制复杂且多层次，涉及地质、生物和化学过程的相互作用。

矿物风化固碳

沙漠中常见的硅酸盐岩石（如玄武岩、橄榄石）会和雨水中的二氧化碳发生化学反应，生成碳酸氢盐离子。这些离子随地下水流入海洋，最终沉淀为碳酸盐岩石（如石灰岩），将碳封存数万年。中国戈壁沙漠的岩石每年每公顷可吸收约20-30公斤二氧化碳，相当于一辆小汽车行驶200公里排放的碳量。

碳酸盐岩石（如石灰岩）遇雨水时会溶解并吸收二氧化碳，但在干旱时重新结晶，部分二氧化碳又会被释放。这种“呼吸”过程在沙漠中尤为活跃。尽管短期封存能力有限，但全球沙漠的总贡献仍相当于每年吸收10-15亿吨二氧化碳，约占人类排放量的3%。

干旱沙漠景观中的天然石灰岩落水洞形成（版权图库图片，转载使用可能引发版权纠纷）

生物结皮的力量

由蓝藻、地衣和苔藓组成的生物结皮，像一层薄毯覆盖在沙漠表面。蓝藻等微生物直接吸收二氧化碳，转化为有机物。它们分泌的胶质能将碳固定在土壤中，防止被风吹走。美国莫哈韦沙漠的生物结皮每年每公顷可吸收50公斤二氧化碳，是裸露土壤的10倍。

车辆碾压、过度放牧会破坏这层“地毯”，导致碳释放。中东地区因人类活动，生物结皮覆盖区已减少40%。1平方米生物结皮的固碳能力相当于10棵小树苗，且无需浇水维护。

沙漠植物的“生存智慧”

为了减少水分流失，仙人掌等植物在夜间打开气孔吸收二氧化碳，白天关闭气孔进行光合作用。这种机制虽然效率较低，但能长期存活积累碳。非洲撒哈拉边缘的灌木丛每年每公顷吸收0.5-1吨二氧化碳，约为热带森林的1/10，但碳储存更稳定。

沙漠植物将大量碳通过根系输送到地下1-3米深处，形成难以分解的稳定碳库。例如，澳大利亚金合欢树的根系碳可储存数百年。枯萎的植物残体被沙尘掩埋后，可能加速矿物风化，进一步固碳。

沙漠植物景观（版权图库图片，转载使用可能引发版权纠纷）

沙尘暴的“跨界助攻”

撒哈拉沙尘携带铁元素飘至大西洋，刺激浮游生物生长，间接促进海洋吸收二氧化碳。每年这一过程可封存约2亿吨碳。当然，沙尘过多可能遮挡阳光，反而抑制海洋生产力。

沙尘中的钙、镁颗粒能中和酸雨，减缓土壤和海洋酸化，保护其他生态系统的固碳能力。

03 挑战与威胁

在沙漠固碳这件事情上，我们还面临诸多挑战与威胁，沙漠固碳有很大的脆弱性。

气候变化的威胁

温度升高会加速土壤微生物分解有机物，可能让沙漠从“吸碳”转为“排碳”。极端干旱导致生物结皮死亡，削弱固碳能力。

人类活动的矛盾

在沙漠盲目种树可能耗尽地下水，破坏原有的矿物风化机制。中国库布其沙漠部分人工林因耗水过大，固碳效益反而低于原生植被。

沙漠不是“碳汇主力军”，却是地球碳循环中不可替代的“特色角色”，它们用岩石、微生物和植物的独特组合，在极端环境中维系着微妙的碳平衡。

作者：王元红 天气气候高级工程师、中国作家协会会员、中国气象学会会员

策划：翟国庆

出品：科普中国

参考文献：

[1]苏培玺,王秀君,解婷婷,等.干旱区荒漠无机固碳能力及土壤碳同化途径[J].科学通报,2018,63(08):755-765；

[2] Weber et al. (2012). Biological Soil Crusts in the Mojave Desert, USA: Micromorphology and Pedogenesis. Soil Science Society of America Journal；

[3]杨元合,石岳,孙文娟,等.中国及全球陆地生态系统碳源汇特征及其对碳中和的贡献[J].中国科学:生命科学,2022,52(04):534-574.