长江沉积物Fe循环机理及环境影响

2023-08-17 理论教育版权反馈

【摘要】：一直以来，关于化学风化的控制影响因素，存在很大争议，尤其是物理风化与化学风化的关系。但也有学者指出，物理剥蚀与化学风化之间也存在相互削减的关系。图3-1风化与物理剥蚀速率的关系除了物理风化，其他因素，如径流、气候、植被等对化学风化的影响也存在很大的争议。White和Blum认为温度对化学风化的影响依赖于降水量。在降水少的盆地，温度造成的风化作用相当低，而只有十分干燥的流域，温度对风化作用的影响才明显。

自然界的化学风化特征，一般可以划分为如下两类反应类型(张经，1997;Drever和Marion，1998)：①协同式风化，是指固体完全溶解，没有残余的次生固体相，如表生环境中的碳酸盐(方解石、白云石)、硫化物和无机盐类等的风化过程;②非协同式风化，是指发生在原生矿物蚀变过程中，同时伴随着次生固相的生成。可区分为两类反应，一是原生矿物相溶解完全，次生产物是从溶液中沉淀出完全不同的相;二是离子从固相中淋滤，但固相的结构仍然保留，如钠长石蚀变成三水铝石等。

一直以来，关于化学风化的控制影响因素，存在很大争议，尤其是物理风化与化学风化的关系。众多学者在不同研究中都发现强烈的物理剥蚀将促进化学风化进行(Stallard和Edmond，1983;Raymo等，1988;Raymo和Ruddiman，1992;Edmond和Palmer，1996;Gaillardet等，1999b)。但关于物理风化与化学风化的定量关系，一直以来存在很多争议。Riebe等(2001，2004)认为，物理剥蚀速率与化学风化之间存在线性的关系。Millot等(2002)在研究中发现，化学风化速率与物理剥蚀速率成指数关系，化学风化速率为物理剥蚀速率的0.66次幂。West等(2005)在研究了全球数据之后，认为在快速剥蚀的地区化学风化速率仅为剥蚀速率的0.37次幂。但也有学者指出，物理剥蚀与化学风化之间也存在相互削减的关系。Carson和Kirkby(1972)认为，物理剥蚀速率较快的地区，通常发育较薄的风化壳，河流流经较薄的风化壳，所溶解的离子含量也较低。也就是说，较薄的风化壳，限制了河流与岩石或土壤的接触时间，从而抑制了风化的进行(Oliva等，2003;Gabet等，2006)。最近有学者(Gabet，2007)指出，化学风化与物理剥蚀速率的关系取决于频率量级指数β(Frequency-Magnitude Exponent)。在山崩或泥石流频发的地区，当β超过某一阈值时，强烈的物理剥蚀反而限制了化学风化的进行(图3-1)。

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图3-1　风化与物理剥蚀速率的关系(图片来自Gabet,2007)

除了物理风化，其他因素，如径流、气候、植被等对化学风化的影响也存在很大的争议。其中之一便是化学风化对气候因素的响应，特别是温度。Velbel(1993)试验研究展示矿物溶解强烈地依赖温度，但这种依赖性在自然环境下却常因为其他因素与温度的共同作用时变得模糊不清。White和Blum(1995)认为温度对化学风化的影响依赖于降水量。在降水少的盆地，温度造成的风化作用相当低，而只有十分干燥的流域，温度对风化作用的影响才明显。同样不确定的还有植被对化学风化的影响。一方面，由于根部的呼吸作用、有机体的分解等产生大量有机酸、无机酸、螯合剂等强烈腐蚀岩石矿物，明显加剧了化学风化作用;同时植物生长造成的岩石矿物破碎也对机械剥蚀有一定的贡献。而另一方面，由于植被的覆盖，形成了土壤保护层，减少了岩石的暴露面积，又阻止了风化作用向深部的发生(李晶莹等，2002)。

长江沉积物Fe循环机理及环境影响

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