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[转载]Nat Comm: 冰川退缩加速全球化学风化

已有 836 次阅读 2022-1-24 11:02 |系统分类:论文交流|文章来源:转载

物理侵蚀、化学风化与地球气候的演化关系密切。地质时期的造山运动导致侵蚀速率升高,岩石矿物与大气、水和生命的相互作用增强;侵蚀作用增强还引起了碳的转移,这可能控制着地球气候的长期演化(Hilton and West,  2020)。化学风化对物理侵蚀非常敏感。随着侵蚀增强,在侵蚀过程中暴露出来的大量新鲜岩石促使矿物的风化作用增强,并伴随着风化速率升高(Ahnert, 1970)。

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化学风化影响地球气候的长期演化。地壳和地幔通过岩浆/变质作用向大气中排放了大量的CO21),结合硫化物氧化的碳酸盐风化也会向大气中排放CO22-3),这些CO2引起的温室效应促使地表温度保持在一个较高水平,这种地球环境不适合生命存在(Hilton and West, 20201)。幸运的是,硅酸盐在地壳中的分布极广,硅酸盐矿物在化学风化过程中会吸收大气中的CO24),调节/平衡着岩浆及风化作用向大气中排放的CO2并使地球降温,从而创造了目前这个适宜人类居住的星球(Berner et al., 19831)。
图片1.碳在大气和岩石间的转移过程(Hilton and West, 2020 
在全球变暖背景下,冰川(冰盖)加速消融,运动速度加快,融水径流量增加。冰川加速运动导致物理侵蚀作用增强,侵蚀速率升高(Frédéric et al., 2021)。以往研究指出,冰川的侵蚀作用增强也会引起化学风化增强并伴随着风化速率升高,据此可知冰川在化学风化过程中吸收/排放CO2的能力也会增强(Torres et al., 2017; Horan et al., 2017)。同时,由于消融加速,冰川融水每年向下游输送了大量的生物活性元素(如铁、硅、有机碳),当这些元素进入下游以后会影响陆地或水生生态系统的初级生产力,最终可能影响区域或全球的元素循环(如碳循环)并反馈气候系统(如Hawkings et al.,  2014; Hood et al., 2015)。需要指出的是,上述研究均基于一个科学假设,即当前全球冰川的化学风化速率相比以前明显升高了,但遗憾的是一直没有定量的证据来证实这个假设。
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2.冰川和冰盖的化学风化速率及其与气温、径流和纬度关系(Li et al., 2022 

近日,西北大学王宁练、李向应和张世强教授研究团队,联合中科院西北生态环境资源研究院、美国宾夕法尼亚州立大学、挪威西挪威应用科学大学、英国利兹大学和班戈大学、河海大学、中科院成都山地灾害与环境研究所、云南大学和天水师范学院,找到了冰川化学风化速率升高的确凿证据。
该研究基于全球77条冰川5465个径流样品的水化学资料,首次评估了全球冰川的化学风化速率,并揭示了冰川风化速率的时空变化规律和影响机制(2)。以阳离子剥蚀速率作为化学风化速率的代用指标,发现全球冰川的平均风化速率是20年前的3倍,是冰盖流域的10倍,是整个冰盖的50倍,是非冰川流域的4倍;冰川化学风化速率与气温、降水和径流呈正相关关系,与纬度反相关(2)。这表明,未来全球的冰川和冰盖在融水径流量达到峰值(拐点)以前,其化学风化速率会一直升高,碳汇或碳源能力会一直增强,化学风化的物质产量会一直增加,对陆地和水生生态系统的影响会进一步增大,在区域或全球元素生物地球化学循环中的重要性会越来越显著。
该研究以“Globally Elevated Chemical Weathering Rates beneath Glaciers”为题于2022120日在线发表在Nature Communications上,由第二次青藏高原科学考察项目(2019QZKK02072019QZKK020102)、国家自然科学基金项目(4217105341671053417610174217112441871069)、冻土工程国家重点实验室开放项目(SKLFSE201901)和西北大学科研启动项目资助。

Nat Comm: 冰川退缩加速全球化学风化



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