【フロー型反応器（flow-through column）による（方解石に注目した）花崗岩の溶解実験】
【方解石の影響】
『Abstract
Accessory calcite, present at concentrations between 300 and
3000 mg kg-1, occurs in fresh granitoid rocks sampled
from the Merced watershed in Yosemite National Park, CA, USA;
Loch Vale in Rocky Mountain National Park CO USA; the Panola watershed,
GA USA; and the Rio Icacos, Puerto Rico. Calcite occurs as fillings
in microfractures, as disseminated grains within the silicate
matrix, and as replacement of calcic cores in plagioclase. Flow-through
column experiments, using de-ionized water saturated with 0.05
atm. CO2, produced effluents from the fresh
granitoid rocks that were dominated by Ca and bicarbonate and
thermodynamically saturated with calcite. During reactions up
to 1.7 yr, calcite dissolution progressively decreased and was
superseded by steady state dissolution of silicates, principally
biotite. Mass balance calculations indicate that most calcite
had been removed during this time and accounted for 57-98％ of
the total Ca released from these rocks. Experimental effluents
from surfically weathered granitoids from the same watersheds
were consistently dominated by silicate dissolution. The lack
of excess Ca and alkalinity indicated that calcite had been previously
removed by natural weathering.
The extent of Ca enrichment in watershed discharge fluxes corresponds
to the amounts of calcite exposed in granitoid rocks. High Ca/Na
ratios relative to plagioclase stoichiometries indicate excess
Ca in the Yosemite, Loch Vale, and other alpine watersheds in
the Sierra Nevada and Rocky Mountains of the western United States.
This Ca enrichment correlates with strong preferential weathering
of calcite relative to plagioclase in exfoliated granitoids in
glaciated terrains. In contrast, Ca/Na flux ratios are comparable
to or less than the Ca/Na ratios for plagioclase in the subtropical
Panola and tropical Rio Icacos watersheds, in which deeply weathered
regoliths exhibit concurrent losses of calcite and much larger
masses of plagioclase during transport-limited weathering. These
results indicate that the weathering of accessory calcite may
strongly influence Ca and alkalinity fluxes from silicate rocks
during and following periods of glaciation and tectonism but is
much less important for older stable geomorphic surfaces.』
『要旨
副成分方解石が、米国CAのヨセミテ国立公園のMerced流域；米国COのロッキー山脈国立公園のLoch Vale；米国GAのPanola流域；プエルトリコのRio
Icacosから採取された新鮮な花崗岩質岩中に、300〜3000mg/kgの範囲の濃度で存在する。方解石は、微細割れ目を充填したり、珪酸塩のマトリックス内に散在する粒子として、斜長石の石灰質の中心部を交代したりして生じている。0.05
気圧の CO2で飽和した脱イオン水を使った、フロースルー型カラム反応器による実験により、新鮮な花崗岩質岩からの、Caと重炭酸塩が優勢で熱力学的に方解石に飽和した流出液を得た。1.7年に及ぶ反応の間に、方解石の溶解はだんだんと減少し、おもに黒雲母のような珪酸塩の定常状態溶解に取って代わられる。マスバランスの計算から、ほとんどの方解石はこの間に取り去られ、これらの岩石から放出された全Caの57〜98％を占めることが示される。同じ流域からの、表面が風化した花崗岩質岩試料を使った実験の流出液では、一貫して珪酸塩溶解が優勢であった。過剰なCaとアルカリ度（注：本文ではHCO3-が優勢で、ほぼこれに相当するような使い方がされている）が無いことは、方解石は天然の風化によりあらかじめ取り去られていることを示す。
流域の流量フラックス中にCaがどれだけ富むかは、花崗岩質岩に露出している方解石の量に対応する。斜長石の化学量論的な組成に比べて高いCa/Na比は、米国西部のシエラネバダとロッキー山脈に位置するヨセミテ、Loch
Vale、その他の高山地域の流域において、過剰のCaの存在を示している。このCaの富化は、氷河作用を受けた地域の剥離された花崗岩質岩において、斜長石に比べて方解石の優先的な風化が強いことと関連する。対照的に、亜熱帯のPanolaと熱帯のRio
Icacos流域においては、そこでは深部風化レゴリス（表土）は運搬律速風化の間に方解石とさらに大量の斜長石が同時に失われていることを示すが、Ca/Naフラックス比は斜長石のCa/Na比に匹敵するかやや小さい。これらの結果は、副成分方解石の風化は、氷河作用や構造運動の間とその後にわたって、珪酸塩岩からのCaとアルカリ度フラックスに強い影響を与えるであろうが、もっと古い時代の安定な地形面に対してはそれほど重要ではないことを示している。』
1. Introduction
2. Methodologies
2.1. Materials
2.2. Experimental setup
2.3. Analyses
3. Results
3.1. Granitoid mineralogy and compositions
3.2. Calcite compositions
3.3. Calcite morphology
3.4. Column effluent compositions
3.5. Calcite versus silicate leaching from fresh granitoids
3.6. Calcite versus silicate leaching in weathered granitoids
3.7. Sr/Ca ratios
4. Discussion of experimental results
4.1. Calcite reactivity
4.2. Mass transfers
5. Role of calcite in the natural weathering of granitoid rocks
5.1. Ca/Na ratios in watershed fluxes
5.2. Excess Ca in watersheds of the Sierra Nevada and Rocky Mountains
5.3. Impact of calcite dissolution
5.4. Calcite contributions based on mass balances
5.5. The role of weathering intensity on Ca excesses
6. Conclusions
Acknowledgments
References