[论文解读] 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 3

一句话总结

本研究利用基于溶解度的模型，将碳酸盐岩溶解与温度和降水关联，重建了过去280年岩溶剥蚀率的年际变化。结果表明，在280年时间尺度上，降水变化导致了79%的剥蚀率波动，而温度影响在1,250年时间尺度上仅贡献9.3%，表明降水是岩溶剥蚀率变异性的主导控制因素。

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.

研究动机与目标

• 利用碳酸盐岩溶解度的热力学模型，量化过去岩溶剥蚀率的年际变化。
• 评估温度与降水对长期碳酸盐岩剥蚀动力学的相对影响。
• 通过与观测到的8–20 mm/kyr范围内的剥蚀率对比，验证模型预测结果。
• 利用温度与降水的代用记录，重建年际剥蚀率变化。
• 确定在长时间尺度上，温度或降水对岩溶剥蚀率变异性的主导作用更强。

提出的方法

• 应用岩溶岩石溶解度的定量理论（Shopov et al., 1989, 1991a），将碳酸盐岩剥蚀率建模为温度与降水的函数。
• 分别使用覆盖1,250年和280年的年均温度与降水代用记录，作为剥蚀率方程的输入。
• 基于热力学参数（包括CO2溶解度及其温度依赖性）推导出的方程，计算剥蚀率。
• 通过将代用数据代入基于溶解度的速率方程，重建年际剥蚀率变化。
• 通过将重建的剥蚀率范围与观测值8–20 mm/kyr进行对比，验证结果。
• 采用百分比变化指标，量化温度与降水变化对总剥蚀率变异性的相对贡献。

实验结果

研究问题

• RQ1 过去280年中，年降水变化如何影响岩溶剥蚀率？
• RQ2 过去1,250年中，温度波动在多大程度上影响碳酸盐岩剥蚀率？
• RQ3 在岩溶剥蚀率的变异性中，气候因子（降水或温度）哪一个起主导作用？
• RQ4 模型预测的剥蚀率与8–20 mm/kyr的观测范围匹配程度如何？
• RQ5 在各自的时间跨度内，降水与温度驱动的剥蚀率变异性的相对幅度是多少？

主要发现

• 研究区域的平均剥蚀率估计为14 mm/kyr，即每年38 t/km²。
• 过去280年中，由降水驱动的剥蚀率变化达到79%，对应年降水量波动范围为300 mm/yr。
• 过去1,250年中，由温度驱动的剥蚀率变化仅为9.3%，尽管温度范围达4.7°C。
• 模型结果表明，温度引起的剥蚀率变化为9.3%，与降水引起的79%相比可忽略不计。
• 重建的剥蚀率变化范围落在观测范围8–20 mm/kyr内，证实了模型的可靠性。
• 研究结论认为，降水是岩溶系统中年剥蚀率变异性的主导驱动因子，温度仅起次要作用。