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铁生物地球化学循环的前世与今生
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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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