[論文レビュー] Past Annual Variations of the Karst Denudation Rates

Y. Shopov, D. Stoykova+9 more|ArXiv.org|Sep 9, 2009

Karst Systems and Hydrogeology参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、炭酸塩の溶解と気温・降水量の関係を示す溶解度に基づくモデルを用いて、過去280年間のカルスト風化率の年間変動を再構築した。その結果、降水量の変動が過去280年間の風化率変動の79％を支配しているのに対し、気温の影響は過去1,250年間でわずか9.3％にとどまり、カルスト風化率の変動において降水量が主導的要因であることが示された。

ABSTRACT

We used the quantitative theory of solubility of karst rocks of Shopov et. al, (1989, 1991a) in dependence of the temperature and other thermodynamic parameters to make reconstructions of past carbonate denudation rates. This theory produced equations assessing the carbonate denudation rates in dependence on the temperature or on the precipitation. We estimated the averaged denudation rate in the region to 14 mm/kyr or 38 t/km2 per year. We used this estimate as starting point and substituted our proxy records of the annual temperature and the annual precipitation in the equations of dependence of karst denudation rate on precipitation and temperature. This way we reconstructed variations of the annual karst denudation rate for the last 280 years in dependence on the annual precipitation and for the last 1250 years in dependence on the temperature. Both reconstructions produce quite reasonable estimate of the variations of carbonate denudation, which is within observed variation of 8- 20 mm/kyr (86% variation). Precipitation dependence of carbonate denudation produces 79 % variation in the denudation rate in result of the reconstructed variation of 300 mm/yr from the driest to the wettest year during the last 280 years. Temperature dependence of carbonate denudation due to temperature dependence of solubility of the carbonate dioxide produce only 9.3% variation in the denudation rate in result of the reconstructed variation of 4.7 deg. C during the last 1250 years, so it is negligible in respect of the precipitation dependence.

研究の動機と目的

• 炭酸塩の溶解度の熱力学的モデルを用いて、過去の年間カルスト風化率の変動を定量化すること。
• 長期的な炭酸塩風化ダイナミクスにおいて、気温と降水量の相対的影響を評価すること。
• 観察された風化率（8–20 mm/kyrの範囲）と比較して、モデル予測値を検証すること。
• 気温および降水量のプロキシ記録を用いて、年間風化率変動を再構築すること。
• 時間経過に伴い、気温か降水量のどちらがカルスト風化率変動により強い影響を及ぼしているかを特定すること。

提案手法

• カルスト鉱物の定量的溶解度理論（Shopovら、1989年、1991a年）を応用し、気温および降水量を変数とする炭酸塩風化率のモデル化を行った。
• 風化率方程式への入力として、それぞれ1,250年および280年分にわたる年間気温および降水量のプロキシ記録を用いた。
• CO2の溶解度および温度依存性を含む熱力学的パrameterから導出された方程式を用いて、風化率を計算した。
• プロキシデータを溶解度に基づく率方程式に代入することで、年間風化率変動を再構築した。
• 再構築された風化率範囲が観察値（8–20 mm/kyr）と一致することを確認することで、結果の妥当性を検証した。
• 割合変化指標を用いて、気温および降水量の変動が総風化率変動に与える相対的寄与度を定量化した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 過去280年間にわたり、降水量の年間変動はカルスト風化率にどのように影響するか？
• RQ2 過去1,250年間にわたり、気温の変動は炭酸塩風化率にどの程度影響を及ぼすか？
• RQ3 気候要因としての降水量と気温のうち、どちらがカルスト風化率変動を支配しているか？
• RQ4 モデル予測風化率は、観察された8–20 mm/kyrの範囲とどの程度整合しているか？
• RQ5 それぞれの期間において、降水量と気温が引き起こす風化率変動の相対的大きさはどの程度か？

主な発見

• 本研究地域における平均風化率は14 mm/kyr、すなわち年間38 t/km²と推定された。
• 過去280年間の降水量に起因する風化率変動は79％に達し、これは年間降水量が300 mm/年変動するに相当する。
• 過去1,250年間の気温に起因する風化率変動はわずか9.3％にとどまり、気温変動範囲が4.7°Cであったにもかかわらずそうである。
• モデル結果から、気温による風化率変動は9.3％にとどまり、降水量による79％の変動に比べて無視できるほど小さい。
• 再構築された風化率変動は、観察範囲（8–20 mm/kyr）に含まれており、モデルの信頼性が裏付けられた。
• 本研究では、カルスト系における年間風化率変動の主な駆動要因が降水量であり、気温は二次的役割にとどまると結論づけた。