發(fā)布時間：2021-06-07 19:00

　　流域風(fēng)化是理解大陸巖石化學(xué)風(fēng)化對全球氣候變化的反饋機制的重要途徑,目前的研究集中在大河流域,小流域特別是高寒地區(qū)流域化學(xué)風(fēng)化的影響因素尚不確定。本文選擇巖性相對單一、人為活動干擾少的青藏高原尼洋河流域為研究對象,開展一個水文年的采樣分析,闡明高寒地區(qū)流域巖石化學(xué)風(fēng)化的季節(jié)變化特征及其影響因素。研究結(jié)果顯示:尼洋河河水離子主要來源于碳酸鹽巖風(fēng)化和硅酸鹽巖風(fēng)化,對河水中陽離子貢獻量分別達到60%和29%,風(fēng)化速率分別為0.20—19.00 t ? km^-2 ? month^-1和0.09—0.80 t ? km^-2 ? month^-1,年平均值分別為11.90 t ? km^-2 ? a^-1和4.38 t ? km^-2 ? a^-1。在一個水文年內(nèi),碳酸鹽巖風(fēng)化明顯受到季節(jié)變化的影響,而硅酸鹽巖風(fēng)化對季節(jié)變化的響應(yīng)不明顯,總體表現(xiàn)為雨季風(fēng)化速率增加,旱季風(fēng)化速率降低。地表徑流是控制尼洋河流域化學(xué)風(fēng)化的重要因素,徑流增大,促... 

【文章來源】：地球環(huán)境學(xué)報. 2020,11(02)CSCD

【文章頁數(shù)】：14 頁

【部分圖文】：

尼洋河化學(xué)風(fēng)化速率隨季節(jié)變化的特征

基于不同風(fēng)化輸入端元具有相對穩(wěn)定的元素比值范圍(Gaillardet et al,1999),因此可以用Na+標準化后的離子組成研究河水主要陰陽離子的來源。由于尼洋河流域蒸發(fā)巖貢獻極少(劉旭等,2018),但是存在熱液的影響(下文3.3節(jié)),因此本文采用李振清(2002)報道的西藏地區(qū)熱液水化學(xué)數(shù)據(jù)計算的平均Ca2+/ Na+、Mg2+/ Na+和/ Na+摩爾比(分別為0.15、0.03、0.45)作為熱液輸入端元的特征值。為便于觀察離子特征的季節(jié)性變化,本研究將12—3月、4—5月、6—9月和10—11月分別劃分為枯水期、汛期前、汛期和汛期后。據(jù)圖3可知:尼洋河流域水體離子組成主要受碳酸鹽類礦物風(fēng)化和硅酸鹽類礦物風(fēng)化的控制,其中Hren et al(2007)的數(shù)據(jù)顯示更多的硅酸鹽類礦物風(fēng)化輸入河流,而劉旭等(2018)的數(shù)據(jù)則顯示更多的碳酸鹽類礦物風(fēng)化輸入河流。本研究結(jié)果介于前人的4月份數(shù)據(jù)和8月份數(shù)據(jù)之間,同時顯示汛期(雨季)河水離子組成接近碳酸鹽類礦物風(fēng)化端,而其余時期(非雨季)接近硅酸鹽類礦物風(fēng)化端,表明雨季更利于碳酸鹽巖風(fēng)化,非雨季則更利于硅酸鹽巖風(fēng)化。3.2?主要離子含量的季節(jié)性變化

尼洋河的徑流量與巖石風(fēng)化速率之間的關(guān)系符合目前常見的用來描述物理風(fēng)化與化學(xué)風(fēng)化作用間關(guān)系的理論(Riebe et al,2004;West et al,2005),即“運輸限制”(transport limitation)關(guān)系和“動力限制”(kinetic limitation)關(guān)系。在“運輸限制”機制下,物理風(fēng)化速率較低,礦物在風(fēng)化帶中的滯留時間較長,因此礦物在離開侵蝕面之前可以充分發(fā)生水巖反應(yīng)。當物理風(fēng)化速率增加時,加快剝蝕,提供了更多的新鮮礦物,此時物理風(fēng)化可以有效地促進化學(xué)風(fēng)化,兩者往往也呈線性關(guān)系。而在“動力限制”機制下,物理風(fēng)化速率足夠大,可以提供足量的新鮮礦物供化學(xué)風(fēng)化,此時物理風(fēng)化增加不能有效促進化學(xué)風(fēng)化,即化學(xué)風(fēng)化不再主要受控于物理風(fēng)化,而主要受控于礦物的溶解動力學(xué)特征。前人研究發(fā)現(xiàn)物理風(fēng)化速率和徑流量之間往往具有較好的正相關(guān)關(guān)系(Singh and France-Lanord,2002;Singh et al,2005;West et al,2005),因此,在尼洋河流域,徑流的作用類似于物理風(fēng)化作用,徑流增加,加快巖石的剝蝕。尼洋河流域硅酸鹽巖風(fēng)化速率與徑流量之間僅在流量較低時呈較好的線性正相關(guān)關(guān)系,且斜率低于碳酸鹽巖。在徑流量較低時,碳酸鹽巖風(fēng)化和硅酸鹽巖風(fēng)化與徑流量(物理風(fēng)化)之間符合“運輸限制”關(guān)系。隨著徑流量持續(xù)增大,碳酸鹽巖風(fēng)化速率增速保持不變,仍符合“運輸限制”關(guān)系,但硅酸鹽巖風(fēng)化速度增速變小,轉(zhuǎn)變?yōu)椤皠恿ο拗啤标P(guān)系。本研究中碳酸鹽巖風(fēng)化和硅酸鹽巖風(fēng)化對徑流變化響應(yīng)的差異也由兩類巖石礦物不同的溶解動力學(xué)特征造成,其中碳酸鹽類礦物由于溶解速率較快,所以斜率更大(圖8a),物理風(fēng)化作用在促進化學(xué)風(fēng)化方面始終占主導(dǎo)地位,因此始終符合“運輸限制”關(guān)系;而硅酸鹽類礦物溶解速率較低,因此斜率相對較小(圖8a),而且僅在徑流量較低時,符合“運輸限制”關(guān)系。當徑流持續(xù)增大時,硅酸鹽巖風(fēng)化受自身溶解動力限制,物理侵蝕作用不再是促進化學(xué)風(fēng)化的主導(dǎo)作用,而巖石類型、溫度或水溶液性質(zhì)等其他可能影響礦物溶解動力特征的因素成為主控因素,因此化學(xué)風(fēng)化速率趨于平緩,符合“動力限制”關(guān)系。綜上可知,在尼洋河流域,徑流的作用類似于物理風(fēng)化作用,是影響尼洋河化學(xué)風(fēng)化的重要因素,而碳酸鹽類礦物和硅酸鹽類礦物風(fēng)化因自身溶解動力學(xué)特征差異,造成兩者對季節(jié)變化的響應(yīng)不同。

【參考文獻】：
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博士論文
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本文編號：3217125