[논문 리뷰] Past Annual Variations of the Karst Denudation Rates

Y. Shopov, D. Stoykova외 9명|ArXiv.org|2009. 09. 09.

Karst Systems and Hydrogeology참고 문헌 1인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 이산화탄소 용해도 기반 모델을 활용하여 온도와 강수량과의 연관성을 통해 카르스트 표토 침식률의 과거 연간 변동을 재구성한다. 280년 동안의 변동에서 강수량 변화가 표토 침식률 변동의 79%를 차지하는 것으로 나타났고, 1,250년 동안의 온도 영향은 오직 9.3%에 불과하여 강수량이 카르스트 표토 침식률 변동의 주요 결정 요인임을 시사한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 탄산염 용해도의 열역학 모델을 활용하여 과거 연간 카르스트 표토 침식률 변동을 정량화한다.
• 장기적인 탄산염 표토 침식 동역학에서 온도와 강수량의 상대적 영향을 평가한다.
• 관측된 표토 침식률(8–20 mm/kyr 범위)과의 비교를 통해 모델 예측치를 검증한다.
• 기록된 온도 및 강수량의 대체 지표 자료를 활용하여 연간 표토 침식률 변동을 재구성한다.
• 시간에 따라 온도 또는 강수량 중 어느 것이 카르스트 표토 침식률 변동에 더 강한 영향을 미치는지 규명한다.

제안 방법

• 카르스트 암석의 정량적 용해도 이론(Shopov 등, 1989, 1991a)을 적용하여 온도와 강수량을 변수로 하는 탄산염 표토 침식률 모델을 수립한다.
• 표토 침식률 방정식에 입력하기 위해 각각 1,250년 및 280년에 걸친 연간 온도 및 강수량의 대체 자료를 사용한다.
• 이산화탄소 용해도 및 온도 의존성 등의 열역학적 매개변수에서 유도된 방정식을 활용해 표토 침식률을 계산한다.
• 대체 자료를 용해도 기반의 속도 방정식에 대입하여 연간 표토 침식률 변동을 재구성한다.
• 재구성된 표토 침식률 범위를 관측된 8–20 mm/kyr 값과 비교하여 결과를 검증한다.
• 온도 및 강수량 변화가 총 표토 침식률 변동에 기여하는 비율을 백분율 변화 지표를 사용해 정량화한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 과거 280년 동안 연간 강수량 변동이 카르스트 표토 침식률에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 과거 1,250년 동안 온도 변동이 탄산염 표토 침식률에 어느 정도의 영향을 미치는가?
• RQ3 기후 요인 중 강수량 또는 온도 중 어느 것이 카르스트 표토 침식률 변동을 지배하는가?
• RQ4 모델 예측 표토 침식률은 관측된 8–20 mm/kyr 범위와 얼마나 잘 일치하는가?
• RQ5 각각의 시간 범위에서 강수량과 온도에 의해 유도된 표토 침식률 변동의 상대적 크기는 각각 얼마인가?

주요 결과

• 연구 지역의 평균 표토 침식률은 약 14 mm/kyr 또는 연간 38 t/km²로 추정된다.
• 최근 280년간 강수량에 의한 표토 침식률 변동은 총 79%에 달하며, 이는 연간 강수량 300 mm/yr의 변동 범위에 해당한다.
• 최근 1,250년간 온도에 의한 표토 침식률 변동은 총 9.3%에 불과하며, 이는 4.7°C의 온도 범위에도 불구하고 그렇다.
• 모델 결과에 따르면 온도에 의한 표토 침식률 변동은 9.3%로 나타나 강수량에 의한 79%의 변동에 비해 미미한 수준이다.
• 재구성된 표토 침식률 변동 범위는 관측된 8–20 mm/kyr의 범위 내에 포함되어 있어 모델 신뢰도가 확인된다.
• 이 연구는 강수량이 카르스트 시스템에서 연간 표토 침식률 변동의 주요 원인이며, 온도는 보조적 역할에 그친다고 결론 내린다.