青藏高原尼洋河流域化学风化的季节变化特征和影响因素
发布时间：2021-06-07 19:00
流域风化是理解大陆岩石化学风化对全球气候变化的反馈机制的重要途径,目前的研究集中在大河流域,小流域特别是高寒地区流域化学风化的影响因素尚不确定。本文选择岩性相对单一、人为活动干扰少的青藏高原尼洋河流域为研究对象,开展一个水文年的采样分析,阐明高寒地区流域岩石化学风化的季节变化特征及其影响因素。研究结果显示:尼洋河河水离子主要来源于碳酸盐岩风化和硅酸盐岩风化,对河水中阳离子贡献量分别达到60%和29%,风化速率分别为0.20—19.00 t ? km-2 ? month-1和0.09—0.80 t ? km-2 ? month-1,年平均值分别为11.90 t ? km-2 ? a-1和4.38 t ? km-2 ? a-1。在一个水文年内,碳酸盐岩风化明显受到季节变化的影响,而硅酸盐岩风化对季节变化的响应不明显,总体表现为雨季风化速率增加,旱季风化速率降低。地表径流是控制尼洋河流域化学风化的重要因素,径流增大,促...
【文章来源】：地球环境学报. 2020,11(02)CSCD
【文章页数】：14 页
【部分图文】：
尼洋河化学风化速率随季节变化的特征
基于不同风化输入端元具有相对稳定的元素比值范围(Gaillardet et al,1999),因此可以用Na+标准化后的离子组成研究河水主要阴阳离子的来源。由于尼洋河流域蒸发岩贡献极少(刘旭等,2018),但是存在热液的影响(下文3.3节),因此本文采用李振清(2002)报道的西藏地区热液水化学数据计算的平均Ca2+/ Na+、Mg2+/ Na+和/ Na+摩尔比(分别为0.15、0.03、0.45)作为热液输入端元的特征值。为便于观察离子特征的季节性变化,本研究将12—3月、4—5月、6—9月和10—11月分别划分为枯水期、汛期前、汛期和汛期后。据图3可知:尼洋河流域水体离子组成主要受碳酸盐类矿物风化和硅酸盐类矿物风化的控制,其中Hren et al(2007)的数据显示更多的硅酸盐类矿物风化输入河流,而刘旭等(2018)的数据则显示更多的碳酸盐类矿物风化输入河流。本研究结果介于前人的4月份数据和8月份数据之间,同时显示汛期(雨季)河水离子组成接近碳酸盐类矿物风化端,而其余时期(非雨季)接近硅酸盐类矿物风化端,表明雨季更利于碳酸盐岩风化,非雨季则更利于硅酸盐岩风化。3.2?主要离子含量的季节性变化
尼洋河的径流量与岩石风化速率之间的关系符合目前常见的用来描述物理风化与化学风化作用间关系的理论(Riebe et al,2004;West et al,2005),即“运输限制”(transport limitation)关系和“动力限制”(kinetic limitation)关系。在“运输限制”机制下,物理风化速率较低,矿物在风化带中的滞留时间较长,因此矿物在离开侵蚀面之前可以充分发生水岩反应。当物理风化速率增加时,加快剥蚀,提供了更多的新鲜矿物,此时物理风化可以有效地促进化学风化,两者往往也呈线性关系。而在“动力限制”机制下,物理风化速率足够大,可以提供足量的新鲜矿物供化学风化,此时物理风化增加不能有效促进化学风化,即化学风化不再主要受控于物理风化,而主要受控于矿物的溶解动力学特征。前人研究发现物理风化速率和径流量之间往往具有较好的正相关关系(Singh and France-Lanord,2002;Singh et al,2005;West et al,2005),因此,在尼洋河流域,径流的作用类似于物理风化作用,径流增加,加快岩石的剥蚀。尼洋河流域硅酸盐岩风化速率与径流量之间仅在流量较低时呈较好的线性正相关关系,且斜率低于碳酸盐岩。在径流量较低时,碳酸盐岩风化和硅酸盐岩风化与径流量(物理风化)之间符合“运输限制”关系。随着径流量持续增大,碳酸盐岩风化速率增速保持不变,仍符合“运输限制”关系,但硅酸盐岩风化速度增速变小,转变为“动力限制”关系。本研究中碳酸盐岩风化和硅酸盐岩风化对径流变化响应的差异也由两类岩石矿物不同的溶解动力学特征造成,其中碳酸盐类矿物由于溶解速率较快,所以斜率更大(图8a),物理风化作用在促进化学风化方面始终占主导地位,因此始终符合“运输限制”关系;而硅酸盐类矿物溶解速率较低,因此斜率相对较小(图8a),而且仅在径流量较低时,符合“运输限制”关系。当径流持续增大时,硅酸盐岩风化受自身溶解动力限制,物理侵蚀作用不再是促进化学风化的主导作用,而岩石类型、温度或水溶液性质等其他可能影响矿物溶解动力特征的因素成为主控因素,因此化学风化速率趋于平缓,符合“动力限制”关系。综上可知,在尼洋河流域,径流的作用类似于物理风化作用,是影响尼洋河化学风化的重要因素,而碳酸盐类矿物和硅酸盐类矿物风化因自身溶解动力学特征差异,造成两者对季节变化的响应不同。
【参考文献】：
期刊论文
[1]西藏尼洋河水体重金属分布特征及风险评价[J]. 吕琳莉,李朝霞,黄毅,崔崇雨. 农业工程学报. 2019(09)
[2]马莲河流域化学风化的季节变化和影响因素[J]. 王雨山,韩双宝,邓启军,祁晓凡. 环境科学. 2018(09)
[3]青藏高原小流域化学风化过程及其CO2消耗通量:以尼洋河为例[J]. 刘旭,张东,高爽,吴婕,郭建阳,赵志琦. 生态学杂志. 2018(03)
[4]尼洋河流域水化学特征及其控制因素[J]. 张涛,蔡五田,李颖智,张智印,耿婷婷,边超,赵淼,蔡月梅. 环境科学. 2017(11)
[5]中国西南三江流域风化的季节性变化特征[J]. 黄露,刘丛强,CHETELAT Benjamin,陶正华,张丽丽,岳甫均,赵志琦. 地球与环境. 2015(05)
[6]西南三江(金沙江、澜沧江和怒江)流域化学风化过程[J]. 陶正华,赵志琦,张东,李晓东,王宝利,吴起鑫,张伟,刘丛强. 生态学杂志. 2015(08)
[7]藏东南尼洋河流域降水径流水量平衡问题[J]. 王建群,陈红红,洛珠尼玛. 河海大学学报(自然科学版). 2015(04)
[8]林芝地区降水的正态特征分析[J]. 冉光辉,旺杰,旦增. 安徽农业科学. 2013(14)
[9]珠江水系桂平、高要和清远站河水化学组成的季节变化及对化学风化研究的意义[J]. 韦刚健,谢露华,卢伟健,刘颖,邓文峰,曾提,杨永红,孙亚莉. 第四纪研究. 2011 (03)
[10]尼洋河流域径流时空变化特性初步分析[J]. 吕琳莉,尼玛次仁,王维成,刘湘伟. 水力发电. 2011(02)
博士论文
[1]青藏高原碰撞造山过程中的现代热水活动[D]. 李振清.中国地质科学院 2002
本文编号：3217125
【文章来源】：地球环境学报. 2020,11(02)CSCD
【文章页数】：14 页
【部分图文】：
尼洋河化学风化速率随季节变化的特征
基于不同风化输入端元具有相对稳定的元素比值范围(Gaillardet et al,1999),因此可以用Na+标准化后的离子组成研究河水主要阴阳离子的来源。由于尼洋河流域蒸发岩贡献极少(刘旭等,2018),但是存在热液的影响(下文3.3节),因此本文采用李振清(2002)报道的西藏地区热液水化学数据计算的平均Ca2+/ Na+、Mg2+/ Na+和/ Na+摩尔比(分别为0.15、0.03、0.45)作为热液输入端元的特征值。为便于观察离子特征的季节性变化,本研究将12—3月、4—5月、6—9月和10—11月分别划分为枯水期、汛期前、汛期和汛期后。据图3可知:尼洋河流域水体离子组成主要受碳酸盐类矿物风化和硅酸盐类矿物风化的控制,其中Hren et al(2007)的数据显示更多的硅酸盐类矿物风化输入河流,而刘旭等(2018)的数据则显示更多的碳酸盐类矿物风化输入河流。本研究结果介于前人的4月份数据和8月份数据之间,同时显示汛期(雨季)河水离子组成接近碳酸盐类矿物风化端,而其余时期(非雨季)接近硅酸盐类矿物风化端,表明雨季更利于碳酸盐岩风化,非雨季则更利于硅酸盐岩风化。3.2?主要离子含量的季节性变化
尼洋河的径流量与岩石风化速率之间的关系符合目前常见的用来描述物理风化与化学风化作用间关系的理论(Riebe et al,2004;West et al,2005),即“运输限制”(transport limitation)关系和“动力限制”(kinetic limitation)关系。在“运输限制”机制下,物理风化速率较低,矿物在风化带中的滞留时间较长,因此矿物在离开侵蚀面之前可以充分发生水岩反应。当物理风化速率增加时,加快剥蚀,提供了更多的新鲜矿物,此时物理风化可以有效地促进化学风化,两者往往也呈线性关系。而在“动力限制”机制下,物理风化速率足够大,可以提供足量的新鲜矿物供化学风化,此时物理风化增加不能有效促进化学风化,即化学风化不再主要受控于物理风化,而主要受控于矿物的溶解动力学特征。前人研究发现物理风化速率和径流量之间往往具有较好的正相关关系(Singh and France-Lanord,2002;Singh et al,2005;West et al,2005),因此,在尼洋河流域,径流的作用类似于物理风化作用,径流增加,加快岩石的剥蚀。尼洋河流域硅酸盐岩风化速率与径流量之间仅在流量较低时呈较好的线性正相关关系,且斜率低于碳酸盐岩。在径流量较低时,碳酸盐岩风化和硅酸盐岩风化与径流量(物理风化)之间符合“运输限制”关系。随着径流量持续增大,碳酸盐岩风化速率增速保持不变,仍符合“运输限制”关系,但硅酸盐岩风化速度增速变小,转变为“动力限制”关系。本研究中碳酸盐岩风化和硅酸盐岩风化对径流变化响应的差异也由两类岩石矿物不同的溶解动力学特征造成,其中碳酸盐类矿物由于溶解速率较快,所以斜率更大(图8a),物理风化作用在促进化学风化方面始终占主导地位,因此始终符合“运输限制”关系;而硅酸盐类矿物溶解速率较低,因此斜率相对较小(图8a),而且仅在径流量较低时,符合“运输限制”关系。当径流持续增大时,硅酸盐岩风化受自身溶解动力限制,物理侵蚀作用不再是促进化学风化的主导作用,而岩石类型、温度或水溶液性质等其他可能影响矿物溶解动力特征的因素成为主控因素,因此化学风化速率趋于平缓,符合“动力限制”关系。综上可知,在尼洋河流域,径流的作用类似于物理风化作用,是影响尼洋河化学风化的重要因素,而碳酸盐类矿物和硅酸盐类矿物风化因自身溶解动力学特征差异,造成两者对季节变化的响应不同。
【参考文献】：
期刊论文
[1]西藏尼洋河水体重金属分布特征及风险评价[J]. 吕琳莉,李朝霞,黄毅,崔崇雨. 农业工程学报. 2019(09)
[2]马莲河流域化学风化的季节变化和影响因素[J]. 王雨山,韩双宝,邓启军,祁晓凡. 环境科学. 2018(09)
[3]青藏高原小流域化学风化过程及其CO2消耗通量:以尼洋河为例[J]. 刘旭,张东,高爽,吴婕,郭建阳,赵志琦. 生态学杂志. 2018(03)
[4]尼洋河流域水化学特征及其控制因素[J]. 张涛,蔡五田,李颖智,张智印,耿婷婷,边超,赵淼,蔡月梅. 环境科学. 2017(11)
[5]中国西南三江流域风化的季节性变化特征[J]. 黄露,刘丛强,CHETELAT Benjamin,陶正华,张丽丽,岳甫均,赵志琦. 地球与环境. 2015(05)
[6]西南三江(金沙江、澜沧江和怒江)流域化学风化过程[J]. 陶正华,赵志琦,张东,李晓东,王宝利,吴起鑫,张伟,刘丛强. 生态学杂志. 2015(08)
[7]藏东南尼洋河流域降水径流水量平衡问题[J]. 王建群,陈红红,洛珠尼玛. 河海大学学报(自然科学版). 2015(04)
[8]林芝地区降水的正态特征分析[J]. 冉光辉,旺杰,旦增. 安徽农业科学. 2013(14)
[9]珠江水系桂平、高要和清远站河水化学组成的季节变化及对化学风化研究的意义[J]. 韦刚健,谢露华,卢伟健,刘颖,邓文峰,曾提,杨永红,孙亚莉. 第四纪研究. 2011 (03)
[10]尼洋河流域径流时空变化特性初步分析[J]. 吕琳莉,尼玛次仁,王维成,刘湘伟. 水力发电. 2011(02)
博士论文
[1]青藏高原碰撞造山过程中的现代热水活动[D]. 李振清.中国地质科学院 2002
本文编号：3217125
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/dqwllw/3217125.html
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