【フロー型反応器（flow-through column）による花崗岩の溶解実験】

『Abstract
　The effects of climatic temperature variations (5-35゜C) on chemical weathering are investigated both experimentally using flow-through columns containing fresh and weathered granitoid rocks and for natural granitoid weathering in watersheds based on annual solute discharge. Although experimental Na and Si effluent concentrations are significantly higher in the fresh relative to the weathered granitoids, the proportional increases in concentration with increasing temperature are similar. Si and Na exhibit comparable average apparent activation energies (Ea) of 56 and 61 kJ/mol, respectively, which are similar to those reported for experimental feldspar dissolution measured over larger temperature ranges. A coupled temperature-precipitation model, using an expanded database for solute discharge fluxes from a global distribution of 86 granitoid watersheds, produces an apparent activation energy for Si (51 kJ/mol), which is also comparable to those derived from the experimental study. This correlation reinforces evidence that temperature does significantly impact natural silicate weathering rates.
　Effluent K concentrations in the column study are elevated with respect to other cations compared to watershed discharge due to the rapid oxidation/dissolution of biotite. K concentrations are less sensitive to temperature, resulting in a lower average Ea value (27 kJ/mol) indicative of K loss from lower energy interlayer sites in biotite. At lower temperatures, initial cation release from biotite is significantly faster than cation release from plagioclase. This agrees with reported higher K/Na ratios in cold glacial watersheds relative to warmer temperature environments. Increased release of less radiogenic Sr from plagioclase relative to biotite at increasing temperature produces corresponding decreases in ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr ratios in the column effluents. A simple mixing calculation using effluent K/Na ratios, Sr concentrations and ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr ratios for biotite and plagioclase approximates stoichiometric cation ratios from biotite/plagioclase dissolution at warmer temperature (35゜C), but progressively overestimates the relative proportion of biotite with decreasing temperature. Ca, Mg, and Sr concentrations closely correlate, exhibit no consistent trends with temperature, and are controlled by trace amounts of calcite or exchange within weathered biotite. The inability of the watershed model to differentiate a climate signal for such species correlates with the lower temperature dependence observed in the experimental studies.』

『要旨
　化学風化に対する気温変動（5〜35℃）の影響が、花崗岩質岩の新鮮な試料と風化した試料についてフロースルー型反応器を用いた実験によるものと、年間の溶質流量に基づいた流域での天然花崗岩質岩の風化からのものの両方から検討された。実験による流出液のNaとSiの濃度は、風化した花崗岩質岩試料に比べて新鮮な試料の方がかなり高いけれども、温度増加に伴って濃度が比例的に増加する傾向は似ている。SiとNaは、それぞれ 56 と 61 kJ/molという比較できる平均の見かけ活性化エネルギー（Ea）を示し、もっと広い温度範囲にわたって実験により測定された長石溶解について報告されている値と似ている。世界的に分布している花崗岩質岩を基盤とする86の流域から得られた溶質流量フラックスについての拡大データベースを用いた、温度−降水量カップルモデルからは、 Si （51 kJ/mol）という見かけ活性化エネルギーが得られ、これは実験による研究から導かれた値と比較できる。この相互関係は、温度が天然の珪酸塩風化速度にかなり重要な影響を与えるということを強調している。
　カラム実験における流出液のK濃度は、黒雲母の急速な酸化/溶解により、流域での流量に比べて他の陽イオンに関して高くなっている。K濃度は温度に敏感ではなく、比較的低い平均Ea 値（27 kJ/mol）を与え、黒雲母中でより低いエネルギーをもつ層間サイトからKが失われたことを示す。低い温度では、黒雲母からの初期の陽イオン放出は、斜長石からの陽イオン放出よりもかなり速い。これは、温暖な環境に比べて寒冷な氷河性流域ではK/Na比が高いという報告と一致する。温度が上昇すると、黒雲母よりも斜長石から、あまり放射性ではないSrの放出が増えることは、カラムからの流出液中の⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比が減少することに対応する。斜長石と黒雲母に対する、流出液のK/Na比、Sr濃度、⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比を使った簡単な混合計算結果は、比較的温暖な場合（35℃）には黒雲母/斜長石溶解からの化学量論的な陽イオン比に近いが、温度が下がるにつれてだんだんと黒雲母の相対的な割合を過大に見積もることになる。Ca、Mg、Sr濃度は密接に関連し、温度とある傾向を示さず、微量の方解石や風化した黒雲母内での交換反応によりコントロールされる。そのような化学種に対して、気候からの徴候を区別できるようなモデルを流域ではつくれないことは、実験による研究で観察された低い温度依存性と関連している。』

1. Introduction
2. Methods
3. Experimental results
　3.1. Mineralogy and rock chemistry
　3.2. Effluent compositions and temperature effects
　3.3. Effect of natural weathering on temperature sensitivity
　3.4. Temperature effects on ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr ratios
4. Discussion
　4.1. Activation energies
　4.2. Experimental temperature effects for granitoid weathering
　　4.2.1. Si and Na release
　　4.2.2. K release
　　4.2.3. Ca, Mg, and Sr release
　　4.2.4. ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr ratios
　4.3. Activation energies in natural weathering
5. Conclusions
Acknowledgments
References