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Significance of the carbon sink produced by H_2O–carbonate–CO_2–aquatic phototroph interaction on land

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Science Bulletin 2015年第2期60卷 182-191,I0001页

作者：刘再华 wolfgang dreybrodt State Key Laboratory of Environmental Geochemistry Institute of Geochemistry Chinese Academy of Sciences Faculty of Physics and Electrical Engineering University of Bremen 28334 Bremen Germany

One of the most important questions in the science of global change is how to balance the atmospheric CO2 budget. There is a large terrestrial missing carbon sink amounting to about one billion tonnes of carbon per annum. The locations, magnitudes, variations, and mechanisms responsible for this terrestrial missing carbon sink are uncertain and the focus of much continuing debate. Although the positive feedback between global change and silicate chemical weathering is used in geochemical models of atmospheric CO2, this feedback is believed to operate over a long timescale and is therefore generally left out of the current discussion of human impact upon the carbon budget. Here, we show, by synthesizing recent findings in rock weathering research and studies into biological carbon pump effects in surface aquatic ecosystems, that the carbon sink produced by carbonate weathering based on the H2O- carbonate-CO2-aquatic phototroph interaction on land not only totals half a billion tonnes per annum, but also displays a significant increasing trend under the influence of global warming and land use change; thus, it needs to be included in the global carbon budget.

关键词： Carbon sink H2O-carbonate-CO2- aquatic phototroph interaction Carbonate weathering Biological carbon pump Land aquatic ecosystem Global change

流动CO_2-H_2O系统中方解石溶解动力学机制——扩散边界层效应和CO_2转换控制

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地质学报 1998年第4期72卷 340-348页

作者：刘再华 wolfgang dreybrodt 中国地质科学院岩溶地质研究所桂林541004 不来梅大学物理系

利用旋转盘实验装置和高分子生物催化剂技术,笔者研究了流动CO_2-H_2O系统中方解石溶解动力学及其控制机制。实验发现,方解石的溶解既受到固-液界面间扩散边界层(DBL)的控制,还受到扩散边界层内CO_2慢速转换反应(CO_2+H_2OH^+HCO_3^-)... 详细信息

利用旋转盘实验装置和高分子生物催化剂技术,笔者研究了流动CO_2-H_2O系统中方解石溶解动力学及其控制机制。实验发现,方解石的溶解既受到固-液界面间扩散边界层(DBL)的控制,还受到扩散边界层内CO_2慢速转换反应(CO_2+H_2OH^+HCO_3^-)的控制。然而,高CO_2分压(P_(CO_2)>0.01 atm)时,溶解主要为CO_2慢速转换控制,而低CO_2分压(P_(CO)_2<0.01atm)时,溶解主要为扩散边界层控制。对于这些发现,利用DBL理论模型进行了成功的解释。

关键词： CO2-H2O系统方解石溶解动力学二氧化碳

碳酸盐风化碳汇与森林碳汇的对比--碳汇研究思路和方法变革的必要性

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中国岩溶 2012年第4期31卷 345-348页

作者：刘再华 wolfgang dreybrodt 中国科学院地球化学研究所、环境地球化学国家重点实验室贵州贵阳550002 德国不来梅大学实验物理研究所不来梅28359

目前,全球碳循环研究主要集中在海洋碳汇以及陆地土壤和植被碳汇,而对岩石风化碳汇仅考虑地质长时间尺度的硅酸盐风化作用,而认为碳酸盐风化在长时间尺度上对碳汇无贡献。然而,碳酸盐相对于硅酸盐有快得多的溶解速度,且对全球变化(特别... 详细信息

目前,全球碳循环研究主要集中在海洋碳汇以及陆地土壤和植被碳汇,而对岩石风化碳汇仅考虑地质长时间尺度的硅酸盐风化作用,而认为碳酸盐风化在长时间尺度上对碳汇无贡献。然而,碳酸盐相对于硅酸盐有快得多的溶解速度,且对全球变化(特别是气候和CO2变化)的响应迅速,同时由于生物作用和人为活动的影响,使得碳酸盐风化碳汇的能力需要重新评价。最新的研究发现,由碳酸盐溶解、全球水循环及水生生物光合利用溶解无机碳共同作用,即水-岩-气-生相互作用形成的大气碳汇,远远大于之前只估计了河流输运的无机碳汇,其量级与森林碳汇量相当,因此有必要对传统的碳汇研究思路和方法进行某些变革,这有可能为解决所谓的全球"碳失汇"问题找到一条出路。

关键词：碳酸盐风化森林水-岩-土-气-生相互作用碳汇评价

THEORETICAL AND EXPERIMENTAL RESULTS ON THE KINETICS OF CALCITE DISSOLUTION AND PRECIPITATION

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中国岩溶 1992年第S1期11卷 25-39页

作者： W.dreybrodt Bremen University Germany

INTRODUCTION Dissolution and precipitation of carbonates plays an important role in nature, such as in the chemistry of seawater, the sedimentation of carbonate at the seafloor, the geochemical evolution of freshwater aquifers and last but not least, most spectacular, the evolution of karst landscapes. To provide a deeper understanding to all these processes knowledge is required

关键词： carbonate geochemical sedimentation karst dissolution freshwater seawater lease conclusions dissolved

Influence of Hydrodynamic Conditions and Water Chemistry on the Formation of Tufa in Huanglong, Sichuan

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中国岩溶 1992年第S1期11卷 87-101页

作者： W.dreybrodt U.Svensson Institute of Experimental Physics Universlty of Bremen. GermanyInstitute of Experimental Physics Universlty of Bremen. Germany

In order to study the origin of the local tufa deposits hydrochemical and hydrodynamic investigations have been carried out at a mainly spring-fed stream during two field campaigns, Preliminary results, supported by δ13C data. suggest that calcite precipitation is entirely controlled by inorganic processes. The evolution of hydrochemistry with respect to major ions was measured at diffe-

关键词： entirely hydrodynamic inorganic carbonate planned shaped tempera cooperation downstream isotope

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灰岩和白云岩溶解速率控制机理的比较

地球科学（中国地质大学学报） 2006年第3期31卷 411-416页

作者：刘再华 W.dreybrodt 李华举中国地质科学院岩溶地质研究所国土资源部岩溶动力学重点实验室广西桂林541004 德国不来梅大学实验物理研究所不来梅28359

碳酸盐岩溶解的速率控制过程包括:(1)岩石表面上的非均相化学反应;(2)离子从岩石表面通过扩散向溶液中的传输;(3)CO2向H+和HCO-3的转换.通常是这3个过程中的最慢过程决定着碳酸盐岩的溶解速率.然而,实验和理论分析发现,在条件相似的情况... 详细信息

碳酸盐岩溶解的速率控制过程包括:(1)岩石表面上的非均相化学反应;(2)离子从岩石表面通过扩散向溶液中的传输;(3)CO2向H+和HCO-3的转换.通常是这3个过程中的最慢过程决定着碳酸盐岩的溶解速率.然而,实验和理论分析发现,在条件相似的情况下,白云岩的初始溶解速率不仅只有灰岩的1/3～1/60,而且灰岩和白云岩的溶解呈现出不同的速率控制机理.如对灰岩而言,在实验中加入能催化CO2转换反应的生物碳酸酐酶(CA)后,其溶解速率增加出现在CO2分压>100Pa的区域,最高可达10倍;而对白云岩,其溶解速率增加出现在CO2分压<10000Pa的区域,且增加仅3倍左右.此外,虽然2类岩石的溶解也均受水动力条件(旋速或流速)的控制,且主要出现在CO2分压<1000Pa的区域,但灰岩的溶解对水动力条件的变化比白云岩溶解更敏感.这些发现在解释和揭示自然界白云岩和灰岩岩溶发育及其相关资源环境问题的差异方面具有重要意义.

关键词：速率控制机理非均相表面反应溶质传输 CO2转换反应碳酸酐酶水动力条件灰岩溶解白云岩溶解.

GEOCHEMICALLY CONTROLLED CALCITE PRECIPITATION BY CO_2-OUTGASSING: FIELD MEASUREMENTS OF PRECIPITATION RATES IN COMPARISON TO THEORETICAL PREDICTIONS

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中国岩溶 1992年第S1期11卷 9-24页

作者： W.dreybrodt D.Buhmann J.Michaelis E.Usdowski University of Bremen lnstitut fur Experimentelle Physik 2800 Bremen GermanyUniversity of Bremenlnstitut fur Experimentelle Physik 2800 Bremen GermanyUniversity of Gottingen Sedimentpetrographisches Institut 3400 Gottingen GermanyUniversity of Gottingen Sedimentpetrographisches Institut 3400 Gottingen Germany

A small spring fed stream precipitates calcite by outgassing of CO2 due to chemically controlled inorganic processes. The chemical composition of the water was measured along 9 stations downstream with respect to Ca2+, Mg2+, Na+,K+, Cl-, carbonate alkalinlty, and SO42-. Temperature and pH were measured in situ. Small rectangular shaped tablets of limestone from the area were immersed into the stream for short periods and water analyses were carried out at the same time. From weight increase of the tablets, precipitation rates

关键词： carbonate limestone downstream chemically dissolution immersed tablets inorganic shaped strata

CaCO_3-CO_2-H_2O岩溶系统的平衡化学及其分析

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中国岩溶 2005年第1期24卷 1-14页

作者：刘再华 W.dreybrodt 韩军李华举中国地质科学院岩溶地质研究所国土资源部岩溶动力学重点实验室桂林541004 德国不来梅大学实验物理研究所

在介绍了CaCO3-CO2-H2O岩溶系统平衡化学的原理后,对平衡化学的控制因素,包括温度、CO2分压、体系的开放程度、离子强度效应、同离子效应、酸效应、碱效应、离子对效应进行了分析,并与CaMg(CO3)2-CO2-H2O岩溶系统平衡化学作了对比。结... 详细信息

在介绍了CaCO3-CO2-H2O岩溶系统平衡化学的原理后,对平衡化学的控制因素,包括温度、CO2分压、体系的开放程度、离子强度效应、同离子效应、酸效应、碱效应、离子对效应进行了分析,并与CaMg(CO3)2-CO2-H2O岩溶系统平衡化学作了对比。结果显示,天然开放的岩溶系统的平衡pH值范围为6.80～8.40,在此pH值范围内,水中的碳组分主要以HCO-3形式存在;与开放系统相比,在其它条件相同情况下,封闭系统的平衡pH值较高,而平衡[Ca2+]和平衡[HCO-3]较低,特别是在低CO2分压时,两者的差异更明显;在封闭系统条件下,两种不同的纯CaCO3-CO2-H2O饱和溶液相混合,将导致溶液对CaCO3重新具有侵蚀性;离子强度效应、酸效应和离子对效应使方解石的溶解度增加,而同离子效应和碱效应使方解石的溶解度降低;与方解石溶解平衡相比,其它条件相同时,白云石溶解平衡pH较高,在温度70℃时溶解度较小。

关键词：化学溶解平衡饱和溶液系统平衡条件分压效应增加开放程度范围

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四川黄龙钙华的形成

中国岩溶 1993年第3期12卷 185-191页

作者：刘再华袁道先 W.dreybrodt U.Svesson 地矿部岩溶地质研究所德国布莱梅大学

作者通过现场测试、实验及室内分析,从薄膜(扩散边界层)效应及水化学的变化对黄龙钙华进行了研究,得出黄龙钙华的沉积速率为0.43～4.7mm/a,其中速率较大者出现在流速较快(边界层较薄)的部位,如边石坝上;而速率较小者则出现在流速较慢(... 详细信息

作者通过现场测试、实验及室内分析,从薄膜(扩散边界层)效应及水化学的变化对黄龙钙华进行了研究,得出黄龙钙华的沉积速率为0.43～4.7mm/a,其中速率较大者出现在流速较快(边界层较薄)的部位,如边石坝上;而速率较小者则出现在流速较慢(边界层较厚)的部位,如钙华池内。

关键词：水化学沉积速率钙华