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Atmospheric turbulence triggers pronounced diel pattern in karst carbonate geochemistry

Authors :
Yves Goddéris
J. Schott
R. Van Grieken
Francisco Domingo
Philippe Ciais
Andrew S. Kowalski
Penélope Serrano-Ortiz
Dan Yakir
Ivan A. Janssens
Enrique P. Sánchez-Cañete
Sergio Sanchez-Moral
Soledad Cuezva
Bernard Longdoz
Marilyn Roland
Carolina Cardell
Department of Biology (University of Antwerp)
University of Antwerp (UA)
Estación Experimental de Zonas Aridas
Consejo Superior de Investigaciones Científicas [Spain] (CSIC)
Centro Andaluz de Medio Ambiente (CEAMA)
Universidad de Granada (UGR)
Departamento de Fisica Aplicada [Granada]
Géosciences Environnement Toulouse (GET)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)
Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement [Gif-sur-Yvette] (LSCE)
Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Departamento de Ciencias de la Tierra y del Medio Ambiente [Universidad de Alicante]
Universidad de Alicante
Museo Nacional de Ciencias Naturales
Ecologie et Ecophysiologie Forestières [devient SILVA en 2018] (EEF)
Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Université de Lorraine (UL)
Weizmann Institute of Science
Universiteit Antwerpen [Antwerpen]
Departamento de Mineralogia y Petrologia [Granada]
Institute for Promotion of Innovation through Science and Technology in Flanders (IWT-Vlaanderen)
Spanish Ministry of Science and Innovation
Spanish Ministry of Science and Innovation, research programme Juan de la Cierva
Consejo Superior de Investigaciones Científicas [Madrid] (CSIC)
Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP)
Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)
Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)
ICOS-ATC (ICOS-ATC)
Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)
Weizmann Institute of Science [Rehovot, Israël]
Universidad de Alicante. Departamento de Ciencias de la Tierra y del Medio Ambiente
Petrología Aplicada
Universidad de Granada = University of Granada (UGR)
Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP)
Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Museo Nacional de Ciencias Naturales [Madrid] (MNCN)
Universiteit Antwerpen = University of Antwerpen [Antwerpen]
Source :
Digibug. Repositorio Institucional de la Universidad de Granada, instname, Biogeosciences, Biogeosciences, European Geosciences Union, 2013, 10, pp.5009-5017. ⟨10.5194/bg-10-5009-2013⟩, Biogeosciences, European Geosciences Union, 2013, 10 (7), pp.5009-5017. ⟨10.5194/bg-10-5009-2013⟩, Biogeosciences, Vol 10, Iss 7, Pp 5009-5017 (2013), RUA. Repositorio Institucional de la Universidad de Alicante, Universidad de Alicante (UA), Biogeosciences, 2013, 10 (7), pp.5009-5017. ⟨10.5194/bg-10-5009-2013⟩, Biogeosciences 7 (10), 5009-5017. (2013)
Publication Year :
2013
Publisher :
Copernicus Publications; European Geosciences Union (EGU), 2013.

Abstract

CO2 exchange between terrestrial ecosystems and the atmosphere is key to understanding the feedbacks between climate change and the land surface. In regions with carbonaceous parent material, CO2 exchange patterns occur that cannot be explained by biological processes, such as disproportionate outgassing during the daytime or nighttime CO2 uptake during periods when all vegetation is senescent. Neither of these phenomena can be attributed to carbonate weathering reactions, since their CO2 exchange rates are too small. Soil ventilation induced by high atmospheric turbulence is found to explain atypical CO2 exchange between carbonaceous systems and the atmosphere. However, by strongly altering subsurface CO2 concentrations, ventilation can be expected to influence carbonate weathering rates. By imposing ventilation-driven CO2 outgassing in a carbonate weathering model, we show here that carbonate geochemistry is accelerated and does play a surprisingly large role in the observed CO2 exchange pattern of a semi-arid ecosystem. We found that by rapidly depleting soil CO2 during the daytime, ventilation disturbs soil carbonate equilibria and therefore strongly magnifies daytime carbonate precipitation and associated CO2 production. At night, ventilation ceases and the depleted CO2 concentrations increase steadily. Dissolution of carbonate is now enhanced, which consumes CO2 and largely compensates for the enhanced daytime carbonate precipitation. This is why only a relatively small effect on global carbonate weathering rates is to be expected. On the short term, however, ventilation has a drastic effect on synoptic carbonate weathering rates, resulting in a pronounced diel pattern that exacerbates the non-biological behavior of soil–atmosphere CO2 exchanges in dry regions \mbox{with carbonate soils}.<br />M. Roland was granted by the Institute for Promotion of Innovation through Science and Technology in Flanders (IWT-Vlaanderen). I. A. Janssens and R. Van Grieken acknowledge the Research Foundation – Flanders (FWO). P. Serrano-Ortiz is funded by a postdoctoral fellowship from the Spanish Ministry of Science and Innovation. S. Cuezva was funded by a postdoctoral fellowship from the Spanish Ministry of Science and Innovation, research programme Juan de la Cierva.

Details

Language :
English
ISSN :
17264170 and 17264189
Database :
OpenAIRE
Journal :
Digibug. Repositorio Institucional de la Universidad de Granada, instname, Biogeosciences, Biogeosciences, European Geosciences Union, 2013, 10, pp.5009-5017. ⟨10.5194/bg-10-5009-2013⟩, Biogeosciences, European Geosciences Union, 2013, 10 (7), pp.5009-5017. ⟨10.5194/bg-10-5009-2013⟩, Biogeosciences, Vol 10, Iss 7, Pp 5009-5017 (2013), RUA. Repositorio Institucional de la Universidad de Alicante, Universidad de Alicante (UA), Biogeosciences, 2013, 10 (7), pp.5009-5017. ⟨10.5194/bg-10-5009-2013⟩, Biogeosciences 7 (10), 5009-5017. (2013)
Accession number :
edsair.doi.dedup.....71c5bf2c3a614582ab1e98465d3ff60a
Full Text :
https://doi.org/10.5194/bg-10-5009-2013