A low‐dimensional model of bedrock weathering and lateral flow coevolution in hillslopes: 2. Controls on weathering and permeability profiles, drainage hydraulics, and solute export pathways
A low‐dimensional model of bedrock weathering and lateral flow coevolution in hillslopes: 2. Controls on weathering and permeability profiles, drainage hydraulics, and solute export pathways
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山坡基岩风化和侧流协同演化的低维模型：2. 对风化和渗透性剖面、排水水力学和溶质输出路径的控制
DOI：
10.1002/hyp.13385
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发表时间：
2019
影响因子：
3.2
通讯作者：
Cosans, Cassandra L.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Harman, Ciaran J.;Cosans, Cassandra L.
化学风化前沿进入山坡基岩的推进通常受到风化产物带走速率的限制，从而维持化学不平衡。如果风化锋位于饱和带内，则地下水流可能会影响运输和风化的速率，然而，风化也会改变岩石渗透性和地下势能梯度，从而驱动地下水流。这种反馈可能有助于解释为什么既没有“失控风化”到很深的地方，也没有暴露的基岩覆盖大部分的地球，并可能提供一种机制，风化锋前进，以跟上切割到基岩附近的河流。这是两部分论文中的第二部分，该论文使用基于水力地下水理论的简单低维模型探索了山坡基岩风化和侧向流的共同演化。在这里，我们展示了如何将一维岩石风化的简化动力学模型扩展到考虑二维山坡中的侧向流动。精确和近似的解析解内的山坡风化的位置和厚度得到了一些情况下。可以找到风化前缘的位置，使得侧向流能够以与稳定状态下的河流切割保持同步所需的速率输出风化产物。溶质出口的三种途径被确定为：“扩散”，其中溶质扩散和远离风化前沿进入横向流动的含水层;“排水”，其中溶质主要是平流向下进入未风化的基岩;和“排水沿着”，其中溶质横向旅行的风化带内。对于每条路径，需要不同的地下地形和山坡内未风化基岩的整体起伏，以在稳定状态下去除溶质。每条路径所需的地形起伏取决于河流下切率的不同幂次，因此，在给定的下切率下，一条路径所需的地形起伏最小，因此，可能决定了稳定状态的山坡剖面。
The advance of a chemical weathering front into the bedrock of a hillslope is often limited by the rate weathering products that can be carried away, maintaining chemical disequilibrium. If the weathering front is within the saturated zone, groundwater flow downslope may affect the rate of transport and weathering—however, weathering also modifies the rock permeability and the subsurface potential gradient that drives lateral groundwater flow. This feedback may help explain why there tends to be neither “runaway weathering” to great depth nor exposed bedrock covering much of the earth and may provide a mechanism for weathering front advance to keep pace with incision of adjacent streams into bedrock. This is the second of a two‐part paper exploring the coevolution of bedrock weathering and lateral flow in hillslopes using a simple low‐dimensional model based on hydraulic groundwater theory. Here, we show how a simplified kinetic model of 1‐D rock weathering can be extended to consider lateral flow in a 2‐D hillslope. Exact and approximate analytical solutions for the location and thickness of weathering within the hillslope are obtained for a number of cases. A location for the weathering front can be found such that lateral flow is able to export weathering products at the rate required to keep pace with stream incision at steady state. Three pathways of solute export are identified: “diffusing up,” where solutes diffuse up and away from the weathering front into the laterally flowing aquifer; “draining down,” where solutes are advected primarily downward into the unweathered bedrock; and “draining along,” where solutes travel laterally within the weathering zone. For each pathway, a different subsurface topography and overall relief of unweathered bedrock within the hillslope is needed to remove solutes at steady state. The relief each pathway requires depends on the rate of stream incision raised to a different power, such that at a given incision rate, one pathway requires minimal relief and, therefore, likely determines the steady‐state hillslope profile.
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DOI：
10.1073/pnas.1404763111
发表时间：
2014-04
期刊：
Proceedings of the National Academy of Sciences
影响因子：
--
作者：
D. Rempe;W. Dietrich
通讯作者：
D. Rempe;W. Dietrich
南加州英闪长岩的成土风化作用
影响因子：
6.1
作者：
W. D. Nettleton;K. Flach;R. E. Nelson
通讯作者：
R. E. Nelson
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3.4
作者：
A. Manning;P. Verplanck;J. Caine;A. Todd
通讯作者：
A. Manning;P. Verplanck;J. Caine;A. Todd
地球物理研究杂志：地球表面对 Braun 等人的“化学风化形成风化层的简单模型”的评论：矛盾的浓度和两种速度的故事
DOI：
--
发表时间：
--
期刊：
影响因子：
--
作者：
Cheryl K Roth;Sarah A. Dent;Sheryl E. Parfitt;Sandra L. Hering;R. Bay
通讯作者：
R. Bay
评估黑云母控制风化引起的体积应变和质量平衡关系：对美国科罗拉多州博尔德县博尔德溪花岗闪长岩等体积风化的影响
DOI：
--
发表时间：
2014
期刊：
影响因子：
--
作者：
J. Parizek;G. Girty
通讯作者：
G. Girty