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Water resources research v.52 no.9, 2016년, pp.7444 - 7459   SCI SCIE
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Percolation theory for solute transport in porous media: Geochemistry, geomorphology, and carbon cycling

Hunt, Allen G. (Department of Petroleum and Geosystems Engineering, University of Texas at Austin, Austin, Texas, USA ) ; Ghanbarian, Behzad ;
  • 초록  

    Abstract Understanding the time‐dependent scaling of chemical weathering has been a significant research goal for over a decade. A percolation theoretical treatment of nonreactive solute transport that was previously shown compatible with the scaling of chemical weathering rates is here shown to be compatible with soil formation rates, and with C and N sequestration rates in the soil as well. In this theoretical framework, the percolation backbone fractal dimensionality, which generates the long‐time tail of the solute arrival time distribution, also predicts the scaling of the reaction rates, while laboratory proportionality to the fluid flow velocity translates to an analogous relevance of the vertical infiltration rate in the field. The predicted proportionality of solute transport to net infiltration generates simultaneously the variability in soil formation rates across 4 orders of magnitude of precipitation and 12 orders of magnitude of time scales.


    Key Points: A percolation theoretical treatment is shown to be compatible with soil formation rates and with C and N sequestration rates in soils The prefactor to the scaling relationship determining soil production as a function of depth is the infiltration rate We show that non‐Gaussian models do not overpredict the reaction rates


  • 주제어

    percolation theory .   solute transport .   chemical weathering .   soil formation .   carbon sequestration.  

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