Jump to content

Обратное выветривание

Обратное выветривание обычно относится к образованию новообразований глины, в которых катионы и щелочность используются в процессе, не связанном с выветриванием силикатов. Более конкретно, обратное выветривание относится к образованию аутигенных глинистых минералов в результате реакции 1) биогенного кремнезема с водными катионами или катионсодержащими оксидами или 2) бедных катионами глин-предшественников с растворенными катионами или катионосодержащими оксидами. [ 1 ]

В процессе обратного выветривания может участвовать множество различных анионов и катионов, но его можно суммировать в следующей упрощенной реакции:

Биогенный кремнезем (SiO 2 ) + гидроксиды металлов (Al(OH) 4 ) + растворенные катионы (K + , мг 2+ , Что + и др.) + бикарбонат (HCO 3 ) → глинистые минералы + H 2 O + CO 2 [ 2 ]

Образование аутигенных глинистых минералов путем обратного выветривания до конца не изучено. Большая часть проведенных исследований проводилась в локализованных районах, таких как дельта Амазонки , [ 3 ] Дельта Миссисипи палео-дельта в -Собрарбе ( Пиренеи ) Аинса , [ 4 ] что затрудняет глобальное понимание процесса. Большая часть движущей силы исследований обратного выветривания связана с ограничением баланса химической массы между реками и океанами. [ 5 ] До открытия обратного выветривания модель химического баланса массы океана предсказывала повышенное содержание щелочных металлов и бикарбонатов (HCO 3 ) концентрации, чем наблюдалось. [ 5 ] Первоначально считалось, что весь этот избыток обусловлен образованием аутигенных глинистых минералов, но открытие гидротермальных источников поставило это под сомнение, поскольку удаление щелочно-щелочноземельных металлов и HCO 3 из океана встречается и в этих местах. [ 5 ]

Методы анализа

[ редактировать ]

Процесс и степень обратного выветривания были определены с помощью нескольких методов и показателей.

) на месте Измерения биогенного кремнезема и кремниевой кислоты (продукта выветривания использовались для анализа скорости и степени обратного выветривания в водной системе. [ 6 ] [ 7 ] Поглощение биогенного кремнезема в результате обратного выветривания будет наблюдаться по относительно низкой концентрации растворенного SiO 2 по сравнению с вышележащей водой.

Лабораторные наблюдения за обратным выветриванием проводились с использованием инкубаций и проточных реакторов для измерения скорости растворения опала. [ 8 ] [ 3 ] Глину изучали с помощью сканирующих электронных микроскопов , рентгеновского и просвечивающего электронных микроскопов . [ 1 ] Было замечено, что глина образовывалась быстро, и, используя это количество времени и известное содержание осадка, была оценена концентрация ионов калия, потребляемых этим процессом, в реках по всему миру. [ 1 ]

Лабораторные эксперименты могут также включать инкубационные эксперименты, в которых образцы осадков, полученные из природных сред, помещают в герметичные контейнеры с различными концентрациями реагентов обратного выветривания (биогенный кремнезем в виде диатомей, катионов, металлов и т. д.). [ 8 ]

Инструмент ИСП-ОЭС

Использование с индуктивно-связанной плазмой оптически-эмиссионного спектрометра (ICP-OES) также предоставляет информацию о концентрации и изотопах катионов и кремнезема в поровой воде и образцах переваренных отложений. Использование многоколлекторного масс-спектрометра с индуктивно связанной плазмой (MC-ICP-MS) также используется как средство получения изотопных данных металлов и кремнезема в растворе. [ 7 ]

Концентрация изотопов лития в планктонных фораминиферах использовалась для вывода о прошлых изменениях скорости силикатов и обратного выветривания за последние 68 миллионов лет. [ 9 ] Удаление лития из морской воды в основном зависит от его ассимиляции в морских отложениях, и считается, что вариации указывают на относительную скорость силикатного выветривания и обратного выветривания, а также на другие факторы. Фораминиферы с низким содержанием лития позволяют предположить, что обратное выветривание могло быть более заметным в этот период времени. [ 9 ]

Элементы управления

[ редактировать ]

Термодинамика

[ редактировать ]

При изучении отложений дельты Амазонки было показано, что образование аутигенных силикатных глин в результате обратного выветривания термодинамически выгодно. [ 3 ] Основной контроль образования аутигенных силикатных глин заключается в подаче реагентов в растворе. Области ограниченного содержания биогенного опала , гидроксидов металлов (например, алюмината (Al(OH) 4 )) или растворенные катионы ограничивают образование аутигенных силикатных глин. [ 8 ] Металлы, катионы и кремнезем в значительной степени поступают за счет выветривания терригенных материалов, что влияет на термодинамическую выгодность обратного выветривания. [ 10 ]

Кинетика

[ редактировать ]

Кинетически образование глинистых минералов в результате обратного выветривания может происходить относительно быстро (<1 года). [ 3 ] Из-за короткого времени формирования обратное выветривание рассматривается как разумный вклад в различные биогеохимические циклы океана . [ 3 ]

Влияние на глобальные циклы

[ редактировать ]
Углеродный цикл

Углеродный цикл

[ редактировать ]

В процессе создания аутигенных глинистых минералов посредством обратного выветривания выделяется углекислый газ (CO 2 ). [ 10 ] Однако выброс бикарбоната при силикатном выветривании превышает количество CO 2 , образующегося при обратном выветривании. Таким образом, хотя обратное выветривание действительно увеличивает содержание CO 2 во время производства аутигенных глинистых минералов, оно подавляется концентрацией HCO 3 . в системе и не окажет существенного влияния на местный pH . [ 10 ]

Базовая диаграмма морского цикла кремнезема, адаптированная из Treguer et al., 1995. [ 11 ]

Кремнеземный цикл

[ редактировать ]

В последние годы большой интерес для количественной оценки цикла кремнезема вызвало влияние обратного выветривания на биогенный кремнезем. Во время выветривания растворенный кремнезем попадает в океаны через ледниковый сток и речные стоки. [ 8 ] Этот растворенный кремнезем поглощается множеством морских организмов, таких как диатомовые водоросли , и используется для создания защитных панцирей. [ 8 ] Когда эти организмы умирают, они погружаются в толщу воды. [ 8 ] Без активной продукции биогенного SiO 2 минерал начинает диагенез. [ 8 ] Преобразование этого растворенного кремнезема в аутигенные силикатные глины в процессе обратного выветривания представляет собой удаление 20-25% поступившего кремния. [ 12 ]

Обратное выветривание часто происходит в дельтах рек, поскольку в этих системах наблюдаются высокие скорости накопления отложений и наблюдается быстрый диагенез. [ 13 ] Образование силикатных глин удаляет активный кремнезем из поровых вод осадка, увеличивая концентрацию кремнезема, обнаруженного в породах, образующихся в этих местах. [ 13 ]

Силикатное выветривание также, по-видимому, является доминирующим процессом в более глубоких метаногенных отложениях, тогда как обратное выветривание более распространено в поверхностных отложениях, но все же происходит с меньшей скоростью. [ 3 ]

Места обучения

[ редактировать ]
Дельта реки Амазонки

В дельте реки Амазонки около 90% погребенного SiO 2 расходуется при обратном выветривании, при этом образование ионов калия в этом месте составляет около 2,8 мкмоль г. −1 год −1 . [ 3 ] Почти 7-10% поступающего калия из реки Амазонки выносится из океана за счет образования алюмосиликатов, богатых калием и железом. [ 3 ] В дельте реки Миссисипи около 40% SiO 2 превращается в аутигенные алюмосиликаты. захороненного в осадках [ 14 ] Основное различие между двумя дельтами связано с тем, что отложения в дельте Амазонки подвергаются ряду эрозионных и осадочных процессов, в результате которых образуется большое количество оксидов железа . Осадки обычно сохраняются в регионе в среднем 30 лет, но верхний слой подвергается серьезной физической переработке 1-2 раза в год. Данные о поровой воде позволяют предположить, что образование аутигенных глин в дельте Амазонки происходит от нескольких месяцев до нескольких лет. Лимитирующим реагентом глинообразования в этом регионе является количество доступного SiO 2 , поскольку речная вода обычно имеет высокую концентрацию других реагентов, таких как железо, калий, магний и алюминий. [ 3 ] В то время как в дельте Миссисипи ограничивающим питательным веществом для этих реакций является железо.

Эффект обратного выветривания наблюдался и в палеодельтовых системах. В бассейне Аинса палеодельтовая система сформировалась в эоцене и поднялась в результате складчатости Пиренеев . Изотопно-геохимические различия наблюдались между палеоотложениями, отложившимися в морских условиях, и палеоотложениями из аллювиальных условий. [ 15 ] Сигнатура изотопа лития 7 Li) и подпись изотопа кремния 30 Si) систематически легче в морских отложениях, чем в аллювиальных, [ 15 ] что предполагает образование аутигенных глин в морских отложениях. Кроме того, в морских отложениях δ 7 Сигнатура Li коррелирует с содержанием железа, что указывает на связь диагенеза железа и процессов обратного выветривания в морской среде. Это соединение может быть достигнуто в пониженных средах посредством следующих реакций: [ 15 ]

Н 4 SiO 4 + Fe 2+ + 2HCO3 - → FeO-SiO 2 (богатые железом глины) + 3H 2 O + 2CO 2

Озера Эфиопской рифтовой долины

Эфиопские рифтовые озера

[ редактировать ]

Обратное выветривание в озерах Эфиопского рифта легко наблюдать, и недавние исследования в этом месте были использованы для вывода о масштабах этого процесса в океане. Одно исследование предполагает, что в озерах наблюдается общий дефицит щелочности, и что чуть более половины этого дефицита можно объяснить образованием алюмосиликатных минералов. [ 4 ] Осаждение солей не является глубоким, что делает развитие этих глинистых минералов путем обратного выветривания более заметным по сравнению с океаном. Используя скорость образования глины в озерах Эфиопского рифта в качестве основы, исследование предполагает, что образование глины в океане слишком велико, чтобы полностью объяснить процесс обратного выветривания. Считается, что процесс глубоководного обратного выветривания никогда не завершается, поскольку уровень pH обычно низкий. гидротермальная деятельность вносит основной вклад в образование глины в глубоком океане. Предполагается, что [ 4 ]

Гидротермальные источники

[ редактировать ]
Гидротермальное жерло на хребте Восточная Скотия

Некоторые предполагают, что гидротермальные источники могут быть важным источником обратного выветривания. [ 13 ] Некоторое время считалось, что земные речные потоки были единственным источником растворенных солей в океане. Позже было обнаружено, что гидротермальные жерла играют ключевую роль в солености океанов, высвобождая потоки растворенных минералов, образующихся в результате взаимодействия воды и горных пород. [ 16 ] В этих местах некоторые растворенные соли вступают в реакцию с породой и удаляются, тем самым изменяя ионный состав морской воды по сравнению с гидротермальным флюидом . [ 16 ]

Некоторые исследователи предполагают, что обратное выветривание может играть роль в круговороте кремнезема в гидротермальных источниках. [ 5 ] Низкотемпературные гидротермальные источники выделяют кремниевую кислоту из земной коры, и прежде чем она сможет покинуть морское дно, она остывает и выпадает в осадок в виде глины, например, смектита . [ 12 ] Степень, в которой обратное выветривание гидротермальных источников влияет на общий цикл кремнезема, является горячей темой. [ 17 ] [ 18 ] [ 12 ]

В 1933 году Виктор Мориц Гольдшмидт впервые предложил реакцию, при которой магматическая порода и летучие вещества взаимодействуют с образованием отложений и морской воды. [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ] Ларс Гуннар Силлен позже предположил, что реакции, связанные с образованием силикатов, потенциально играют роль в контроле состава и pH морской воды в 1959 году. [ 20 ] На момент предложения Силлена термодинамические константы реакций глинистых минералов не были известны, и было очень мало термодинамических индикаторов существования такой реакции. [ 22 ] Затем Фредерик Маккензи и Роберт Гаррелс объединили работу Гольдшмидта и Силлена с концепцией реакций восстановления, чтобы вывести гипотезу обратного выветривания в 1966 году. [ 4 ] С тех пор обратное выветривание использовалось как возможное объяснение различных реакций и наблюдений морской среды.

Сегодня ведется много споров о значении обратного выветривания. Глобальные масштабы этого процесса еще не измерены, но выводы можно сделать на основе конкретных местных примеров. [ 23 ]

  1. ^ Jump up to: а б с Маккензи, Фред Т.; Камп, Ли Р. (27 октября 1995 г.). «Обратное выветривание, образование глинистых минералов и циклы океанических элементов». Наука . 270 (5236): 586. Бибкод : 1995Sci...270..586M . дои : 10.1126/science.270.5236.586 . ISSN   0036-8075 . S2CID   128993379 .
  2. ^ Вальманн, К.; Алоизи, Г.; Геккель, М.; Тищенко П.; Павлова Г.; Грейнерт, Дж.; Каттерольф, С.; Эйзенхауэр, А. (июнь 2008 г.). «Силикатное выветривание в бескислородных морских отложениях» . Geochimica et Cosmochimica Acta . 72 (12): 2895–2918. дои : 10.1016/j.gca.2008.03.026 . ISSN   0016-7037 .
  3. ^ Jump up to: а б с д и ж г час я Михалопулос, Панайотис; Аллер, Роберт С. (1 марта 2004 г.). «Ранний диагенез биогенного кремнезема в дельте Амазонки: изменение, образование аутигенной глины и хранение». Geochimica et Cosmochimica Acta . 68 (5): 1061–1085. Бибкод : 2004GeCoA..68.1061M . дои : 10.1016/j.gca.2003.07.018 .
  4. ^ Jump up to: а б с д Дамм, КЛ; Эдмонд, Дж. М. (1984). «Обратное выветривание в озерах закрытого бассейна Эфиопского рифта». Американский научный журнал . 284 (7): 835–862. дои : 10.2475/ajs.284.7.835 .
  5. ^ Jump up to: а б с д Маккензи, Фред; Гаррелс, Роберт (1966). «Химический баланс массы между реками и океанами» . Американский научный журнал . 264 (7): 507–525. Бибкод : 1966AmJS..264..507M . дои : 10.2475/ajs.264.7.507 .
  6. ^ Морифудзи, Наото; Накашима, Сатору (2016). «Гидротермальная трансформация биогенного кремнезема, изученная методом инфракрасной спектроскопии in situ» (PDF) . Тезисы докладов Гольдскмидтовской конференции .
  7. ^ Jump up to: а б Элерт, Клаудия; Деринг, Кристин; Вальманн, Клаус; Шольц, Флориан; Соммер, Стефан; Грасс, Патрисия; Гейлерт, Соня; Фрэнк, Мартин (2016). «Признаки стабильных изотопов кремния в морских поровых водах - растворение биогенного опала в сравнении с образованием аутигенных глинистых минералов». Geochimica et Cosmochimica Acta . 191 : 102–117. Бибкод : 2016GeCoA.191..102E . дои : 10.1016/j.gca.2016.07.022 .
  8. ^ Jump up to: а б с д и ж г Лукайдес, Сократ; Михалопулос, Панайотис; Прести, Массимо; Конинг, Эрика; Берендс, Тило; Ван Каппеллен, Филипп (15 февраля 2010 г.). «Взаимодействие между диатомовым кремнеземом и терригенными отложениями, опосредованное морской водой: результаты долгосрочных экспериментов по инкубации». Химическая геология . 270 (1–4): 68–79. Бибкод : 2010ЧГео.270...68Л . doi : 10.1016/j.chemgeo.2009.11.006 .
  9. ^ Jump up to: а б Мишра, Самбудда; Фрёлих, Филип (2012). «История изотопов лития в кайнозойской морской воде: изменения в силикатном и обратном выветривании» . Наука . 335 (6070): 818–823. Бибкод : 2012Sci...335..818M . дои : 10.1126/science.1214697 . ПМИД   22282473 . S2CID   42591236 .
  10. ^ Jump up to: а б с Ли, Гаоцзюнь; Элдерфилд, Генри (15 февраля 2013 г.). «Эволюция углеродного цикла за последние 100 миллионов лет». Акта геохимии и космохимии . 103 : 11–25. Бибкод : 2013GeCoA.103...11L . дои : 10.1016/j.gca.2012.10.014 .
  11. ^ Трегер, Поль; Нельсон, Дэвид М.; Беннеком, Алейдо Дж. Ван; ДеМастер, Дэвид Дж.; Лейнарт, Од; Кегинер, Бернар (21 апреля 1995 г.). «Баланс кремнезема в Мировом океане: переоценка». Наука . 268 (5209): 375–379. Бибкод : 1995Sci...268..375T . дои : 10.1126/science.268.5209.375 . ISSN   0036-8075 . ПМИД   17746543 . S2CID   5672525 .
  12. ^ Jump up to: а б с Трегер, Поль Дж.; Роша, Кристина Л. Де Ла (2 января 2013 г.). «Кремнеземный цикл Мирового океана». Ежегодный обзор морской науки . 5 (1): 477–501. doi : 10.1146/annurev-marine-121211-172346 . ПМИД   22809182 .
  13. ^ Jump up to: а б с Аллер, RC (01 января 2014 г.). «Осадочный диагенез, условия осадконакопления и бентосные потоки». В Голландии Генрих Д.; Турекян, Карл К. (ред.). Трактат по геохимии (второе изд.). Оксфорд: Эльзевир . стр. 293–334. дои : 10.1016/b978-0-08-095975-7.00611-2 . ISBN  9780080983004 .
  14. ^ Прести, Массимо; Микалопулос, Панайотис (1 апреля 2008 г.). «Оценка вклада аутигенного минерального компонента в долговременное накопление активного кремнезема на западном шельфе дельты реки Миссисипи». Исследования континентального шельфа . 28 (6): 823–838. Бибкод : 2008CSR....28..823P . дои : 10.1016/j.csr.2007.12.015 .
  15. ^ Jump up to: а б с Чжан, Сюй (Ивон); Гайярде, Жером; Барьер, Лори; Буше, Жюльен (15 января 2022 г.). «Изотопы Li и Si обнаруживают аутигенные глинистые образования в палеодельте» . Письма о Земле и планетологии . 578 : 117339. Бибкод : 2022E&PSL.57817339Z . дои : 10.1016/j.epsl.2021.117339 . ISSN   0012-821X . S2CID   245366429 .
  16. ^ Jump up to: а б Фон Дамм, К. (1995). «Контроль за химией и временной изменчивостью гидротермальных флюидов морского дна». Геофизическая монография . Серия геофизических монографий. 91 : 222–247. Бибкод : 1995GMS....91..222В . дои : 10.1029/GM091p0222 . ISBN  9781118663998 – через Американский геофизический союз.
  17. ^ Рахман, С.; Аллер, Р.К.; Кокран, Дж. К. (16 июля 2016 г.). «Космогенный 32Si как индикатор захоронения и диагенеза биогенного кремнезема: основные дельтовые стоки в кремнеземном цикле» . Письма о геофизических исследованиях . 43 (13): 2016GL069929. Бибкод : 2016GeoRL..43.7124R . дои : 10.1002/2016GL069929 . ISSN   1944-8007 .
  18. ^ Расмуссен, Биргер (1998). «Удаление океанических РЗЭ путем аутигенного осаждения фосфатных минералов». Письма о Земле и планетологии . 164 (1–2): 135–149. Бибкод : 1998E&PSL.164..135R . дои : 10.1016/S0012-821X(98)00199-X .
  19. ^ Ли, Юань-Хуэй (1972). «Геохимический баланс масс литосферы, гидросферы и атмосферы» . Американский научный журнал . 272 (2): 119–137. Бибкод : 1972AmJS..272..119L . дои : 10.2475/ajs.272.2.119 .
  20. ^ Jump up to: а б Риствет, Байрон (1978). «Реакции обратного выветривания в недавних прибрежных отложениях, залив Канеохе, Оаху». Оборонное ядерное агентство .
  21. ^ Силлен, Ларс (1967). «Океан как химическая система». Наука . 156 (3779): 1189–1197. Бибкод : 1967Sci...156.1189S . дои : 10.1126/science.156.3779.1189 . ПМИД   17792775 . S2CID   220099254 .
  22. ^ Эмерсон, Стивен; Хеджес, Джон (2008). Химическая океанография и морской углеродный цикл . США, Издательство Кембриджского университета, Нью-Йорк: Издательство Кембриджского университета . стр. 43–44 . ISBN  978-0-521-83313-4 .
  23. ^ Голландия, HD; Турекян К.К., ред. (2014). «Осадочный диагенез, условия осадконакопления и бентосные потоки». Трактат по геохимии . Том. 8 (2-е изд.). Оксфорд: Эльзевир. стр. 293–334.
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 64f0cd1af99342a6ab4c36d91316c696__1716654420
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/64/96/64f0cd1af99342a6ab4c36d91316c696.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Reverse weathering - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)