岩石风化Downdraw王

作为这一章的开头提到的,全球大气中的二氧化碳的风化downdraw可以解决分为两部分,

王=王+ wi (10.33)

wj”代表了暴露的风化岩石由逆反应(Eq。(10.15)]。另一方面W ^代表的风化变质岩和火成岩(暴露构造过程,例如,造山板碰撞)

图10 - 6主要地球化学链接和反应的示意图表示确定时间尺度的大气中的二氧化碳浓度大于1我。Sarmiento和本德(1994)之后。

相对丰富的钙和镁硅酸盐(广义CaSiC > 3和MgSiOs)。这些暴露的岩石风化易风化的反应

CaSi03 + 2二氧化碳+水系数+ Ca2 + + 2 hco3 (10.34)

,两个单位的二氧化碳在大气中,生产溶解SIO3、Ca2 +,和HCO ^,在河流流向大海。在海洋SIO3硅酸分子纳入壳(硅藻、放射虫类),在沉积物沉积在海底。同时,钙和biocarbonate离子在钙质生物重组,主要在浅层次,由情商的反应。(10.15),增加二氧化碳的分压在这些水域。假设总回报的二氧化碳从而产生大气中,所有这些过程的净效果是二氧化碳减少由尤里风化反应,CaSi03 +二氧化碳- > CaCU3 +二氧化矽。CaC03和二氧化硅沉积变质沉积物中最终可用,10.3节中描述的火山和构造过程可以完成构造时间尺度碳循环。这个序列是描绘在图10 - 6。

通量的大小由于这些碳酸盐的碳硅酸盐风化过程取决于几个因素:

1。构造运动迫使大陆的碳酸盐和曝光硅酸盐岩石,这决定了他们的地区、海拔高度和地理位置;例如,孔蒂-

nental板块运动造成喜马拉雅和新几内亚弧的发掘,既包含富含硅酸盐岩石。

2。暴露的岩性硅酸盐,包括他们的粒度和矿物学,这两种影响他们的反应。

3所示。气候因素,特别是温度和降水,这两种加速风化过程(例如,坎普et al ., 2000)。

4所示。例如,海平面变化(由于冰层变化),可以公开或覆盖飞船在大陆架和平台(参看“珊瑚礁假说,”第10.1节)。

5。植被,是由岩性、气候和促进风化通过加速二氧化碳去除生产含碳酸和碳酸盐和硅酸盐岩石材料发生反应。raybet雷竞技最新我们可以区分短期过程联系在一起土壤和气候raybet雷竞技最新条件,与植物的进化相关的长期影响。特别是相信大的维管植物的出现(380 - 355 Ma)强烈增强硅酸盐岩石的风化(Algeo et al ., 1995)。稍后出现的被子植物(如落叶)白垩纪中期主导生态系统100 Ma)也就是说大约以前裸子植物(如松柏科的)控制系统进一步提高了风化过程(Volk, 1989 a, b)。

6。二氧化碳的影响增长率的植被,这提供了一个负面的反馈,因为植被增加风化。

一般来说我们可以单独的这些因素,在很大程度上是由构造和长期进化过程(即外部强加的。第一项,第二项的矿物学组成部分,和大的维管植物的崛起第四项)。这些因素定义“耐候性”,有别于其他因素影响风化过程内部变量依赖于气候和二氧化碳。raybet雷竞技最新在10.6节,我们讨论伯纳的碳酸盐和硅酸盐的(1994)表示风化率。

正如第二章(节2.4.4),独立的方法估算硅酸盐风化率根据锶同位素比值(87 sr / 86 sr)在海水中记录在沉积核。特别是,作者et al .(1988)表明,因为一个假定常数硅酸盐岩石之间的关系及其内容和锶同位素的存在一定程度的相关性与180年代,这个同位素比值的大小可以作为代理的化学风化作用率,甚至作为气候更一般的代理。raybet雷竞技最新因为许多不确定的因素(例如,伯纳和黑麦,1992;卡尔代罗,1992)这种方法仍被视为投机,特别是因为有大变化Sr不同硅酸盐岩石的同位素组成。进一步,也投机,建议了,锇同位素记录可以恭维Sr同位素记录提供一个更好的估计硅酸盐岩石的化学风化作用(Reusch et al ., 1998;量测,1998)。

10.5全球大气二氧化碳的动力学方程

我们已经讨论了定性的所有组件导致大气中的二氧化碳的变化速度,由(10.3)式。引入总脱气通量(Eq的分解。(10.31)]和风化通量[情商。(10.33)],忽视人为强迫(^),这个方程的形式

^ =气+ Wc ~ Wc - ws + Kc + vjo (10.35)

害怕在u = / cMCa,依照建议表示,Eq。(10.28),”通量,问^,可以参数化的形式

应用该决议(Eq。(10.5)]的任何变量x变成一个长期tectonic-mean(例如,我平均)组件用x,和短期(例如,Plio-Pleistocene冰变化规模)出发用Ax, Eq。(10.3)可以分解为以下两个方程管理quasi-statically平衡,非常慢变tectonic-mean价值(fC)和非平衡动力学离开这慢变状态(1项)。也就是说,

定义/ z =和A9 =英尺的符号简单,

+ KpA {[W < t - -] (?) + (10-37)

= (2 / fcM - - /霁),h = -π),h =π=体育吗

(= dfi / 30),依照Eq。(10.31), V, 1 = (Vjc + vJG)。/我是待定的长期碳平衡受构造、大气成分的,是由(10.36)式。在下一节中我们将讨论额外的以限制,和W ^的表征和V”,需要关闭这tectonic-mean二氧化碳问题,部分地基于伯纳的(1991、1994)GEOCARB模型。

10.6建模构造运动迫使co2变化,岩石长期过程

计算大气中的二氧化碳的长期进化由于slowj 'rock”过程体现在Eq。(10.36)要求我们表达风化(W ^)和脱气(V ^)的二氧化碳作为外部的函数构造影响和流行的平均值的二氧化碳。此外,由于海洋和大气之间的长期平均通量(Qt)独立难以确定,需要评估这一项通过考虑海洋的碳平衡。

10.6.1长期海洋碳平衡

海洋中碳的总量,连续波,主要是溶解无机碳的形式(DIC,即。情商,ECO2)。(10.10),加上一个小得多的数量的形式溶解有机碳(DOC)和一个更小的数额的固体生物和碎屑碳(见图10)。的变化率连续波可以书面形式

^ = - < 2 t + Vwt - - ^ + Rlc + (10.38)

vj = (V ^ + Vqw)是碳的出气质量流量从海底由于变质/成岩改造的碳酸盐岩VCw和有机t I

岩石Vqw;是清除的速率碳的海洋沉积物中由于埋葬软组织有机材料代表的区别有机生产和海洋中氧化;Bq是删除从海洋中碳的速度由于碳酸埋葬硬组织材料代表的区别CaC03生产和解散;R ^, ^是碳酸氢根离子的河流流量(HCOp到海洋造成碳酸盐和硅酸盐风化反应方程式。分别为(10.15)和(10.34)]。注意=但Rq = 2 wq因为除了碳原子从大气中由W ^在Eq。(10.35)另一个原子的碳还必须从暴露的碳酸盐岩中删除材料,按照(10.15)式。方程(10.38)完全符合方程式。(10.19)和(10.22)如果我们注意对整个海洋Cw =(慢性消耗病+慢性消耗病)、(Z (D + ZdC)) = R (C) = + 4) = (Bf + b£}),和BGw = (b < G)害怕+ b G))。

因为海洋的平衡的时间尺度是相对较短,我们可以表达tectonic-mean海洋碳平衡的形式,类似于(10.36)式。因此起重集团/ dt ~ 0和调用上面的碳和风化河流量之间的关系,

10.6.2 GEOCARB模型

如果我们现在添加方程式。(10.36)和(10.39),从而消除了显式的考虑Qt,我们获得伯纳(1991、1994)GEOCARB关系硕士领域相结合,

C + G ^ + ^ ^ G + ~ - = 0 (10 ' 4°)

vj = (V“, + V”。J和Vt != (V ^ + ^)。

指出埋葬的碳酸盐(B ^)包括一个组件由于河边的通量HCOJ由硅酸盐风化(Wg)以及一个组件由于碳酸盐岩风化(W ^),假设这些通量之间的长期平衡的存在,我们有一个独立的关系,

考虑到所有的因素在章节10.3和10.4,定性讨论伯纳(1991、1994)提出以下时间风化和脱气通量表示:

fc (T)和fs (T)是无因次函数表达的所有依赖W ^,分别对全球温度T,因此通过Eq。(7.34)在大气中的二氧化碳,M,然后呢太阳光度(但不包括冰的反馈和深海状态表面温度)。也包括二氧化碳对植物生长和风化的反馈。Wc和Ws weather-ability碳酸盐和硅酸盐岩石构成,分别是一个函数的各种外部强加的构造因素,其中/ la碳酸盐土地面积的比值的现值,/ d比河径流单位面积的现值,由于古地理(CO2)的变化,/ e是一个无量纲参数表达的依赖W ^由于陆生植物对土壤生物活性,例如:被子植物和裸子植物的主导地位(=目前统一)包含的一些反馈二氧化碳对植物生长的影响,/ r的比率风化作用意味着大陆救灾的现值,kwc和g的速率常数是风化的碳酸盐和有机材料,分别。Cc(0和CG {t)中盛行的全球大量的碳形式的碳酸盐岩有机质,分别。

变化的平衡方程)是由在校曾担任Eq。(10.29),和一个类似的平衡方程Cc (t)的变化可以书面形式

Wc (f) = / c (f)•[/洛杉矶(0•/ d(0■击中)•k * c■Cc (0)

(0 = / s (f)•[/ r (q•/ e (0 - -65 / d°(0) (0)

W (t (0 = Mt)■击中)■kwG■cG (t)风险投资;= / sr (0 f•*)■

图10 - 7的估计结果的变化的速度脱气的二氧化碳所确定的比例/ sr(0构造传播率其现值按照方程式。(10.45)和(10.46)。在伯纳(1994)。

表达这一事实长时期产生的碳酸盐岩可以净CaCC > 3埋葬,中移动,而耗尽风化、Wq,变质转化为二氧化碳,矢量量化,所代表的尤里的反应Eq (10.30)。因为长时间尺度的有机和碳酸盐岩流程、Cg和Cc的方程必须采取非平衡方程式的形式。分别为(10.29)和(10.47)。

vj出气通量表示,vj方程式。(10.45)和(10.46)引入两个额外的参数:/ sr(0的比例传播速度(如。,如由Engebretson et al。(1992)和加芬(1987)]目前的传播速度(见图10 - 7)结果,和f * (t)是一个权重参数的相对数量的沉积碳酸盐岩在深海(更容易俯冲和热分解)浅大陆架或平台上的沉积量(只有弱得多的地方,例如,成岩过程可以通过情商的碳酸盐分解。(10.30)(看到Volk, 1989 b)。这些实力较弱的过程似乎主导之前大约150马当钙质有孔虫可能下降到深海沉积物中首次出现,一般高海平面时期,当浅埋平台广泛盛行。更广泛的讨论和配方的上述每个构造因素,外汇,由伯纳(1991、1994)。

在这一点上我们有一个十方程组(E (js。(10.40)-(10.47),(10.29)和(7.34 b)]执政11个变量(tvc。Wg、Ws BG,公元前,Vc, Vg, Cg, Cc, T, / 2)。因此,我们需要一个额外的约束来关闭系统。这可以从同位素碳的平衡以< 5 13 c,它是衡量碳之间的分区无机(中国商用飞机有限责任公司> 3)和有机形式(见部分2.4.3)。伯纳(1991、1994)的形式表达了这个约束三个额外的平衡方程包含两个额外变量,平方,< $ g,这是意味着< 5 13 c值总碳质量的碳酸盐岩和有机材料,分别。这些变量是由以下13 c的连续性方程

质量在每个水库(5 c•Cc)和(5克•Cg)],调用(13 c / 12 c) 1:

d (SCdtCc) = sbcB£。- c (w£+ V < ?) (10.48)

d {SGdtCG) = SbgB * - 8 g (W£+ V *) (10.49)

其中< bc和< 5美元bg =(公元前害怕- < *的时间值是c) < 513 c为碳酸盐和有机物被埋葬在任何时间t的观察8 13 c变化钙质化石和灰岩在浅浅的海水(伯纳,1987,1989)。因素交流代表碳酸盐和有机质之间的分离。

完成8 13 c配方,最后关闭全部GEOCARB模型构造运动迫使二氧化碳变化由于长期岩石过程,我们应用约束,全球8 13 c是守恒的碳酸盐和有机池相结合,即。d [(8 c•Cc) + (8 g■CG)] / dt»0,这意味着从方程式。(10.48)和(10.49)

发出邀请函+ yc) + M ^ g + -公元前5 * c - (sbc ~ < * c = 0 (10.50)

其他同位素平衡的物种,如锶(87老sr / 86)和锇(187 os / 186 os)可能提供额外的约束可能是价值的建模长期的二氧化碳的变化(例如,伯纳和黑麦,1992;Reusch Maasch, 1998)(见部分2.4.4)。

图换箱图显示之间的各种形式的碳流的主要水库、方程式所代表的封闭系统。(10.3),(10.29),(10.38)和(10.47),其中所有符号定义。

在第13章我们将讨论的结果计算/ 7的显生宙(600年)由伯纳(1994)基于规范的所有参数GEOCARB系统,和大纲的过程包括的额外影响jl冰层覆盖和深海等状态。在第15章我们将展示如何进一步纠正这些估计更高频率(Pleistocene-scale)变化的影响,所有的完整的古气候变化理论基于该决议,由(10.5)式。已经描述了物理的冰盖覆盖在第9章,下一章我们完成我们的讨论的主要反应迟缓变量通过开发物理深海状态管理的关系。

10.7概述全球碳循环

方程(10.3),(10.29),(10.38)和(10.47)形成一个封闭的系统表达保护所有形式的碳(钙、Cq = (Cqw + Qjt),连续波,和Cc),操作时间尺度。无花果。我们可提供一盒图代表的碳流上述这些主要水库之间的形式(见图10)。所有的符号在这个图中符合这些标识在上面的方程。

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