Extending classical geochemical weathering studies through the mountain block: The effect of increasing scale on geochemical evolution in the Sierra Nevada (CA)
Extending classical geochemical weathering studies through the mountain block: The effect of increasing scale on geochemical evolution in the Sierra Nevada (CA)
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将经典的地球化学风化研究扩展到山地：内华达山脉（CA）地球化学演化规模不断扩大的影响
DOI：
10.1016/j.chemgeo.2022.120831
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发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
3.9
通讯作者：
Warix, Sara R.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Meyers, Zachary P.;Rademacher, Laura K.;Frisbee, Marty D.;Warix, Sara R.
Feth等人（1964年）和Garrels和麦肯齐（1967年）的开创性研究描述了控制内华达州（CA）泉水沃茨地球化学的化学风化过程，并为理解当地地下水尺度的地球化学风化过程提供了框架（即，补给和随后的地下水排放之间的距离短）。在这里，我们将这些概念扩展到研究控制地球化学演化的因素，在中间，山块规模（即，增加的流动路径长度、循环深度和岩石-水相互作用）。我们通过应用多示踪剂的方法来实现这一点，出现沿着在欧文斯谷，加利福尼亚州的内华达州山脉前缘断层带的山前泉水。这些泉水出现在一个显着较低的海拔（1100-2000 mamsl）比东部的塞拉利昂波峰（4000+ mamsl），并提供了一个窗口，水文地质和水化学过程中发生的山块从高海拔山块补给低海拔山前放电，在水文地质学的一个公认的知识空白。我们描绘了近似的泉水贡献区，并确定地质单元可能使用水和溶解的惰性气体的稳定同位素源泉水。然后，我们划分四个主要的地球化学组后，确定可能的地质单元源泉水和随后的分析和建模的春天的地球化学。我们的研究结果导致了三个主要结论：1）从高海拔山块风化到山前排泄的山块内地球化学演化遵循幂律风化关系，并且随着流路长度的增加，变得越来越依赖于存在于深成岩中的浸染状方解石的溶解; 2）地质异质性（即，深成岩成分的差异和古生代变质沉积岩顶板垂悬物的存在/不存在）对地球化学演化施加了主要控制，并增加了流动路径长度; 3）在地球化学组内，简单的指标如TDS或来自逆地球化学模型的摩尔转移与地下水循环和流动路径长度的物理和同位素指标成比例。
The seminal studies of Feth et al. (1964) and Garrels and Mackenzie (1967) describe the chemical weathering processes controlling the geochemistry of spring waters in the Sierra Nevada (CA) and provide a framework for understanding geochemical weathering processes at local groundwater scales (i.e., short distances between recharge and subsequent groundwater discharge). Here, we extend these concepts to investigate the factors controlling geochemical evolution at the intermediate, mountain-block scale (i.e., increased flowpath length, circulation depth, and rock-water interaction). We accomplish this by applying a multi-tracer approach to mountain-front springs emerging along the Sierra Nevada frontal fault zone in Owens Valley, CA. These springs emerge at a significantly lower elevation (1100–2000 mamsl) than the eastern Sierra crest (4000+ mamsl) and provide a window into the hydrogeological and hydrochemical processes occurring within the mountain block from high-elevation mountain-block recharge to low-elevation mountain-front discharge, a recognized knowledge gap in hydrogeology. We delineate approximate spring contributing areas and identify geologic units likely sourcing springflow using stable isotopes of water and dissolved noble gases. We then classify four major geochemical groups after identifying the likely geologic units sourcing springflow and subsequent analysis and modeling of spring geochemistry. Our results lead to three main conclusions: 1) geochemical evolution within the mountain block from high elevation mountain block weathering to mountain front discharge follows power-law weathering relationships and becomes increasingly dependent on the dissolution of disseminated calcite present in plutonic rocks with increasing flowpath length, 2) geologic heterogeneity (i.e., differences in plutonic compositions and the presence/absence of Paleozoic metasedimentary roof pendants) exerts a dominant control on geochemical evolution with increased flowpath length, and 3) within geochemical groups, simple metrics like TDS or mole transfers from inverse geochemical models scale with physical and isotopic indicators of groundwater circulation and flowpath length.
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