冰川化学风化作用
校长粉碎性基岩进行的反应冻结成冰的地形总结如下。我们假设基础主要是硅酸盐和铝硅酸盐组成的。
冰川粉碎基石,使晶体内微量活性成分总量比会迅速在温带和热带土壤,最终新矿物在哪里访问通过溶解铝矽酸盐的晶格。因此,冰川正在有效地促进solubiliza-tion微量活性成分的基石,包括碳酸盐、硫化物和流体包裹体。实验室实验和直接抽样冰川的水床(特兰特et al ., 1997年,2002 b)表明,最初的反应发生在稀释雪和冰熔体首先访问冰川面粉碳酸盐和硅酸盐水解(方程1 & 2)。这些反应pH值提高到比较高的值(> 9),降低二氧化碳分压(ca。10 - 6自动取款机)和水的潜力最大化吸附二氧化碳。碳酸酯水解生成一个解决方案Ca2 +的浓度ca。200 | leqL-1, HCO3 -主要阴离子。
Ca1_ % (MgJCO3 (s) +水(l) ^ (1 - x) Ca2 + (aq) + xMg2 + (aq)方解石+ HCO3 - (aq) +哦(aq) (1)
KAlSi3O8 (s) + H2OQ) ^ HAlSi3O8 + K + (aq) +哦- (aq)(2)钾长石风化长石表面
相对稀融水接触细粒度的冰川面粉促进二价离子的交换解决方案单价离子表面交换网站。因此,一些Ca2 +和Mg2 +释放碳酸盐和硅酸盐水解是Na +和K +的交换。
冰川面粉- Na (2 z), Kz (s) + (1 - x) Ca2 + (aq) + xMg2 + (aq) ^冰川面粉- Ca (1 - x), Mgx (s) + (2 - z) Na + (aq)
高pH值来源于水解增强铝硅酸盐晶格的解散,Al和Si更加可溶性pH > 9。碳酸盐的水解导致附近的一个解决方案
地区 |
S + |
Ca2 + |
Mg2 + |
Na + |
K + |
HCO3 - |
SO42 - |
Cl + |
源* |
加拿大高 |
280 - |
3500年 |
260 - 2600 |
21 - 640 |
1 - 190 |
-39 - 0.1 |
210 - 690 |
59 - 3900 |
- - - - - - |
1 |
|
北极 |
|||||||||||
南极洲 |
550 - |
3100年 |
72 - 1300 |
120 - 336 |
360 - 1400 |
-110 - 0.8 |
91 - 1600 |
34 - 1200 |
0.6 - |
1000年 |
2 |
斯瓦尔巴特群岛 |
330 - |
1900年 |
120 - 1000 |
99 - 540 |
110 - 270 |
-41 - 5.1 |
110 - 940 |
96 - 760 |
5 - |
310年 |
3 - 5 |
加拿大落基山脉 |
1300 - |
1500年 |
960 - 1100 |
290 - 310 |
-36 - 3.7 |
5.8 - -9.2 |
890 - 920 |
380 - 520 |
1.7 - |
25 |
6 |
冰岛 |
170 - |
960年 |
110 - 350 |
30 - 120 |
30 - 480 |
-12 - 2.8 |
190 - 570 |
26 - 130 |
30 - |
87年 |
7、8 |
喜马拉雅山脉 |
130 - |
940年 |
75 - 590 |
-230 - 6.6 |
25 - 65 |
22-51 |
200 - 730 |
160 ^ 10 |
1 - |
22 |
9 |
挪威 |
20 - |
930年 |
-623 - 8.8 |
-66 - 1.6 |
-210 - 8.3 |
-29 - 1.0 |
-680 - 1.4 |
7 - 140 |
0.9 - |
190年 |
10 |
欧洲的阿尔卑斯山 |
37 - |
910年 |
20 - 640 |
6 - 140 |
-92 - 4.9 |
-33 - 5.9 |
^ 11日00 |
10 - 240 |
0.9 - |
92年 |
11 - 13 |
阿拉斯加 |
670年 |
550年 |
36 |
25 |
61年 |
430年 |
260年 |
2 |
14 |
||
格陵兰岛 |
280 - |
387年 |
130 - 170 |
68 - 98 |
78 - 110 |
5 - 9 |
220 - 340 |
90 - 200 |
16 - |
30. |
15 |
级联 |
56 - |
150年 |
35 - 80 |
-20 - 8.3 |
-17 - 2.5 |
-37 - 9.7 |
83 - 100 |
-29 - 7.9 |
- - - - - - |
16 |
|
全球平均径流 |
1200年 |
670年 |
280年 |
220年 |
33 |
850年 |
170年 |
160年 |
17 |
* 1,斯基德莫尔&夏普(1999);2 De Mora et al。(1994);3,霍吉金斯et al。(1997);4,Hodson et al。(2000);5,华顿et al。(1997);6,锋利的et al。(2002);7,Raiswell &托马斯(1984);8日,SigurQur Steinkorsson & Oskarsson (1983);9,哈斯南et al。(1989);10日,布朗(2002); 11, Brown et al. (1993); 12, Collins (1979); 13, Thomas & Raiswell (1984); 14, Anderson et al. (2000); 15, Rasch et al, 2000; 16, Axtman & Stallard, 1995; 17, Livingstone (1963).
* 1,斯基德莫尔&夏普(1999);2 De Mora et al。(1994);3,霍吉金斯et al。(1997);4,Hodson et al。(2000);5,华顿et al。(1997);6,锋利的et al。(2002);7,Raiswell &托马斯(1984);8日,SigurQur Steinkorsson & Oskarsson (1983);9,哈斯南et al。(1989);10日,布朗(2002); 11, Brown et al. (1993); 12, Collins (1979); 13, Thomas & Raiswell (1984); 14, Anderson et al. (2000); 15, Rasch et al, 2000; 16, Axtman & Stallard, 1995; 17, Livingstone (1963).
饱和方解石和霰石。只有在这些类型的水域,铝硅酸盐溶解大于碳酸盐溶解。大量气体(包括二氧化碳和氧气),从大气中或从基底冰,微生物呼吸产生的二氧化碳(见下文)降低pH值和饱和度对碳酸盐。此外,硫化物氧化产生酸性(见下文)。因此,几乎所有的冰融水是欠饱和碳酸钙。碳酸盐的快速溶解动力学对硅酸盐意味着碳酸盐溶解继续对融水化学有很大的影响,尽管碳酸盐存在通常只有微量浓度的基石。例如,上流社会的冰川d 'Arolla meta-morphic组成的一个基石硅酸盐岩石。碳酸盐、硫化物在基岩中存在微量的样品(0.00分别为-0.58%和-0.71% < 0.005)。也有偶尔的碳酸盐脉片岩的花岗岩中。尽管以硅酸盐为主的基石,在冰川下的环境中硫化物氧化溶解碳酸硅酸盐在ca。5:1的比例(特兰特et al ., 2002 b),相比之下,全球平均水平的1.3:1(荷兰,1978)。
酸水解的硅酸盐和碳酸盐(方程4和5)来自二氧化碳的分离解决方案被称为碳酸化作用。碳酸化作用发生在冰川下的环境因为人数限制进入大气气体这些水环境受到限制。它主要发生在主要干线通道在低流,特别是在终点站附近,和底部的冰隙和流经床。从这些环境细粒度沉积物快速刷新,几乎没有时间中等风化形成的产品,如粘土。因此,硅酸盐溶解不一致,大致由方程4。
二氧化碳CaAl2Si2O8 (s) + 2 (aq) + 2水(l) ^ Ca2 + (aq)钙长石+ 2 hco3 - (aq) + H2Al2Si2O8 (s) (4)
风化长石表面
Ca1_ % (MgJCO3 (s) +二氧化碳(aq) +水(l) ^ (1 - x) Ca2 + (aq)方解石+ xMg2 + (aq) + 2 hco3 (aq) (5)
有一个有限的证据表明,微生物氧化的基岩干酪根发生(华顿et al ., 2004),如果是这种情况,碳化由于微生物呼吸作用可能发生在debris-rich环境中,如在分布式排水系统和通道边缘区。
^ H + (aq) + HCO3 - (aq) (6)
占主导地位的硫化物氧化反应在冰川下的环境中,因为,水解后,这是主要反应为解决方案提供质子,因此降低pH值、碳酸盐的饱和指数减少,因此允许更多的碳酸盐溶解方程(7)。硫化物氧化主要发生在debris-rich环境中粉碎性基石是第一个接触水。微生物介导,发生几个数量级的速度比在无菌系统(锋利的et al ., 1999)。它会消耗氧气,降低水的警察乙。
4 fes2 (s) + 16 ca1-x (MgJCO3 o2 (s) + 15 (aq) + 14 h2o (l) ^(7)黄铁矿
16 (1 - x) Ca2 + (aq) + 16 xmg2 + (aq) + 16 hco3 - (aq) + 8 so42 - (aq) + 4 fe (OH) 3 (s)
铁氢氧化物
早期的研究表明,限制硫化物氧化的氧含量supraglacial融化,因为冰川下的氧气的供应是有限的,释放泡沫在冰复冰,基底冰融化和重新冻结的过程,因为它流在基岩的障碍。研究水样从水井钻到冰川床上,然而,表明SO42 -含量可能两到三次,允许supraglacial融水的氧含量(特兰特et al .,
2002 b)。这表明,氧化剂在冰川床除了氧气存在。很明显的是微生物介导的硫化物氧化对缺氧驱动床的某些领域,在这些缺氧条件下、铁(III),而不是O2,用作氧化剂(8)方程。铁(III)的来源包括黄铁矿氧化的产物和其他铁(II)硅酸盐在先前的含氧的环境中,也发现在磁铁矿和赤铁矿。
FeS2 (s) + 14 fe3 + 8 (aq) +水(l) ^ 15价(aq) + 2 so42 - (aq)
支持在冰川下的缺氧环境中来自于S18O-SO4,浓缩在16 o硫化物氧化时在氧气存在的情况下(Bottrell &流动商贩,2002)。
意识到有中介的某些微生物化学风化作用反应在冰川下的环境(锋利的et al ., 1999;斯基德莫尔et al ., 2000年,Bottrell &流动商贩,2002)导致了一种范式转移,随着类型的反应可能发生在缺氧的床的行业包括发生的常见的氧化还原反应,例如,在湖泊或海洋沉积物(Drever, 1988)。冰川系统中的一个关键的区别是,新的或最近的有机物质的供应是有限的,巨厚冲积层从冰川表面,如藻类、昆虫和动物粪便,或覆盖的土壤冰川推进。相比之下,供应的旧有机物粉碎的岩石是充足的。鉴于有机物质的热力学不稳定性在O2或SO42 -的存在,似乎,微生物会进化到殖民冰川下的环境和利用干酪根作为能源。第一个数据来支持这个主张从Finsterwalderbreen稳定同位素分析,一个小多种燃料的斯瓦尔巴特群岛上的冰川页岩作为一个重要组成部分,其基石(华顿et al ., 2004)。从冰川下的上升流海域沉积物的S18O-SO4 S18O非常丰富;S34S浓缩在34个年代,这表明周期性硫酸盐还原和氧化发生。DIC的S13C(溶解无机碳)是负的,符合断言有机物被氧化了。质量平衡计算表明,有机质的可能来源是干酪根,但死的necromass细菌不能打折。任何有机物的来源,床上的行业Finster-walderbreen缺氧,硫酸盐还原发生方程(9)。
2 ch2o (s) + SO42 - (aq) ^ 2 hco3 - (aq) +硫化氢(aq) (9)
有机碳
它是可能的methanogenesis发生在某些冰质量,因为产甲烷菌从冰川下的碎片分离(Skidmore et al ., 2000)。低S13C-CH4和高浓度的甲烷气体泡沫格陵兰冰盖的基底冰内符合存在methanogen-esis基底内富含有机物古土壤。
冰川下的环境下微生物的殖民化表明,能源和营养都是现成的。能源,如硫化物和干酪根,上面所讨论的。粉碎的基石也可能提供营养的来源。地壳岩石平均含有1050 ppm p .通常情况下,这是包含在少可溶性矿物质如磷灰石、和钙、铝和铁磷酸盐(奥尼尔,1985)。粉碎的基石和基底的碎片提供了一个可再生来源P在矿物表面,并很可能吸收P的微生物最大化提取P从这些活性表面。Hodson et al。(2004)表明,1 | lgPg-1那样容易存在可榨出的P冰川表面的面粉。N的来源也可能来源于粉碎的岩石(Holloway &达利格林,2002)。岩石的N含量通常是20 ppm (Krauskopf, 1967),但在一些沉积可能超过1000 ppm和变质沉积岩(Holloway &达利格林,2002)。例如,基础已被证明是一个源的NH4 +片岩在内华达山脉加州(Holloway et al ., 1998),而且可能有明显的浓度的NH4 +, K +的替代品,在黑云母、莫斯科、钾长石和斜长石(Mingram &布劳尔,2001)。因此,冰川粉碎的基岩和基底碎片的可能性最大化N-pro-ducing表面暴露在融水和微生物,而且,鉴于基岩内华达山脉中可以作为一个N源,很可能粉碎冰川碎片也是一个N的潜在来源。
碳酸酯水解的优势,在冰川下的碳化和硫化物氧化alumi-nosilicate /硅酸盐基岩风化反应也是碳酸盐基岩上发现的。碳酸盐溶解和硫化物氧化之间的平衡,然而,取决于空间分布的硫化物基岩和基底碎片(Fairchild et al ., 1999)。Non-congruent解散Sr和Mg碳酸盐岩石也观察到在高:水风化环境,如分布式排水系统,水流也低(Fairchild et al ., 1999)。
到目前为止,很少有研究冰川化学风化基岩与蒸发的内容。在约翰·埃文斯冰川的工作加拿大高北极表明,石膏溶解在某些领域的床上,而混合相对集中的Ca2 + -SO42水域有稀释Ca2 + hco3 - SO42 -水域由于常见的离子效应导致碳酸钙沉淀(马丁Skidmore,个人通信,2002)。Kennicott冰川,阿拉斯加,底部是港口相灰岩,其中包含跟踪数量的岩盐。水域访问网站的活跃侵蚀容易获得Na +和Cl -(安德森et al ., 2003)。
上述化学风化场景的一个关键特性是,涉及大气二氧化碳或生物相对较少。因此,而ca。23%和77%的溶质,扣除回收海盐,在全球平均发现河水分别来源于大气和岩石(荷兰,1978),大气资源占3 - 11%的一个最大的溶质冰川径流(在Hodson et al ., 2000)。
继续阅读:冰川径流的化学成分
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玛丽2个月前
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