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[资源] 铁生物地球化学循环的前世与今生

作者：Robert Raiswell  Donald E. Canfield（不解释，超级大牛）
Dedication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .V
Preface  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .VII
The Iron Biogeochemical Cycle Past and Present  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1
Abstract  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1
1 .  Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2
1 .1  Retrospective: In the Beginning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2
1 .2  Perspective: The Iron Biogeochemical Cycle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5
1 .3  Back to Basics: Kinetics and Global Cycles  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7
2 .  The Iron Cycle: Biogeochemistry and Mineralogy . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11
2 .1  Perspective . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11
2 .2  Iron in Seawater: a Beginners Guide .  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12
3 .  Iron Diagenesis and the C-S-Fe Geochemical Indicators  . . . . . . . . . . . . .19
3 .1  Retrospective: Early Days at Yale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19
3 .2  Perspective: Kinetics in Diagenesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19
3 .3  The C-S-Fe Geochemical Indicators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22
3 .4  The C/S Palaeoenvironmental Indicator  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .23
3 .5  Degree of Pyritisation (DOP)  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31
3 .6  The Anoxicity Indicator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .34
3 .7  The FeT/Al Ratio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .37
3 .8  Recent Developments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .38
4 .  Iron Transport by the Shelf-To-Basin Shuttle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .42
4 .1  Retrospective: My Graduate Geochemical Training . . . . . . . . . . . . . .42
4 .2  Perspective: Ironing Out the Enrichment Problem  . . . . . . . . . . . . . .42
4 .3  Shuttle Reactive Iron Species: Constraints Imposed
by Basinal Reactivity  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .44
4 .4  Particulate Sources of Reactive Fe Eroded
from Shelf Sediments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .44
4 .5  Reactive Iron Sourced from Shelf Sediment Porewaters . . . . . . . . . .46
4 .6  Shuttle Transport  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .52
4 .7  Insights from the Black Sea . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .53
5 .  Iron Transport by Aeolian Dust . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .56
5 .1  Perspective: The Iron Hypothesis  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .56
5 .2  Aeolian Dust: Something in the Wind?  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .57
5 .3  Iron Minerals in Aeolian Dust as Sources of Bioavailable Fe . . . . . .60
5 .4  Atmospheric Processing of Aeolian Dust  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .62
5 .5  Modelling Iron Dissolution from Ferrihydrite-bearing
Aeolian Dusts in Seawater  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .68
6 .  Iron Export by Icebergs and Subglacial Runoff  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .72
6 .1  Retrospective: Starting on Glaciers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .72
6 .2  Perspective: Biogeochemistry in the Cryosphere  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .73
6 .3  Export of Fe to the Southern Ocean by Subglacial Runoff
and Icebergs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .75
6 .4  Modelling Iron Dissolution from Iceberg-hosted Sediments
and Subglacial Runoff  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .76
7 .  Iron Sources to the Oceans . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .81
7 .1  Perspective: Constructing the Input Budget  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .81
7 .2  Riverine Inputs  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .81
7 .3  Aeolian Inputs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .83
7 .4  Sediments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .85
7 .5  Subglacial Meltwater Inputs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .85
7 .6  Iceberg Inputs  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .86
7 .7  Hydrothermal Inputs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .88
7 .8  Budget Overview  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .88
7 .9  Final Thoughts  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .89
8 .  The Interaction of Iron with other Biogeochemical Cycles . . . . . . . . . . . .91
8 .1  Retrospective (or how I jumped on the “iron train”:
Don Canfield)  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .91
8 .2  Oxygen  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .92
8 .3  Phosphorus  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .96
8 .4  Carbon  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100
8 .5  Manganese . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .107
8 .6  Nitrogen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .109
8 .7  Sulphur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .111
9 .  The History of the Iron Biogeochemical Cycle  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .115
9 .1  Historical Digression  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 115
9 .2  Fluxes of Fe and S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .116
9 .3  Life before Oxygen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .119
9 .4  The Archean Eon  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .121
9 .5  Birth of An Idea  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .128
9 .6  The Proterozoic Eon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .131
9 .7  The Phanerozoic Eon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .143
9 .8  Summary  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .148
10 .  Conclusions  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .150
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .153
Supplementary Information
SI-1 Bioavailability of Iron in Seawater  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .187
SI-2 FilterableIron and Complexed Iron in Seawater  . . . . . . . . . . . . . . . .191
SI-3 Origin of Fe (Oxyhydr)oxide Colloids/Nanoparticles
in Seawater . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .193
SI-4 Properties of Nanoparticulate Fe (Oxyhyd)oxides  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .195
SI-5 Iron Photochemistry  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .197
SI-6 Iron Mineralogy  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .199
SI-7 A Kinetic Model of Bioavailable Fe Supply to Seawater  . . . . . . . . .203
Glossary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .211

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Saiph

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