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抬升-风化-冰期 (3)

已有 3688 次阅读 2014-3-28 22:10 |个人分类:H|系统分类:科研笔记| 降温, 模型, 风化, 水循环


 

       地球化学模型已经证实,如果火山作用保持不变,化学风化可以在几个百万年内将大气CO2消耗殆尽。因此,Raymo和Ruddiman讨论了三种可能的负反馈机制:有机碳循环、深海硅酸盐矿物沉降以及海底玄武岩风化。

       有机碳极端富集12C,任何有机碳库的变化都会显著影响海洋-大气的13C/12C组成。有机碳埋藏可以通过碳同位素分馏影响大气CO2浓度,与硅酸盐风化、地幔去气无关。第二种负反馈机制主要是含Na、K矿物硅酸盐矿物的形式在海底沉降。同时,硅酸盐风化产生的钙主要以碳酸岩沉降,消耗大气CO2。当大气CO2降低,海水pH升高,更有利于硅酸盐沉降。从而使得硅酸盐风化速率和CO2浓度之间的解耦。第三种机制是海水中氢离子与海底玄武岩反应释放出钙离子,并与海中的CO2结合成碳酸岩,导致海-气系统CO2的净移出。但大气CO2降低,海水pH值升高,抑制该过程继续,——同样也起到负反馈的作用。这三种机制中,有机碳循环已经被新生代海洋碳同位素所否定,而后两种机制的具体过程迄今所知甚少。

       尽管Ruddiman (2007)认为风化本身很可能就是地球的温度控制器,但是他并没有对此进行详细阐述。最近,Stanford大学的两位地球化学家,Kate Maher和Page  Chamberlain,通过对风化过程本身的深入发掘,提出了一种被编辑称为“水文温控器Hydrologic Thermostat”的理论模型。论文今天在Science上刊出

       新的数学模型框架是这样的。单位面积的风化速率与河流-构造之间的相互作用关系密切,具体来说,取决于水-岩作用的时间和矿物风化的动力学过程。水-岩作用时间主要与流量和流程长度有关,风化动力学则是矿物组成、温度和风化速率的函数。

       如此一来,在溶解-沉降达到热力学平衡时,进入海洋的风化通量达到最大值。如果水岩作用的时间不足以使风化反应达到平衡,风化通量最小。抬升发生时,构造导致的降温受热力学平衡制约,而降温则会减缓风化,抑制造山过程。

       该模型最大亮点在于发现风化过程本身存在的负反馈机制,宾州州立大学Lee Kump教授评价这项工作“优雅而简洁elegant and straightforward”。

       反过来看,人类从1824年开始认识温室效应,1856年意识到造山消耗CO2,但绝大多数时候把风化消耗CO2简化成CaSiO3+CO2=CaCO3+SiO2。这两位地球化学家意识到风化作为化学反应,需要介质、需要时间、反应方向受各种因素制约,他们对影响因素参数化并成功构建模型,这些立刻给抬升-风化假说带来新的活力。模型仍可改进,前途一片光明。

       说明两个问题:1.基本概念永不过时;2.业余选手不要和专业达人比,即使在自己领域你天纵奇才。




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