Nesbitt & Skinner(2001)による〔『Early development of Al, Ca, and Na compositional gradients in labradorite leached in pH 2 HCl solutions』(715p)から〕

『pH 2 のHCl溶液中で浸出されたラブラドライトにおけるAl、Ca、Na組成勾配の初期発達』


Abstract
 Labradorite reacted with HCl solution (pH = 2.0) develops leached layers extending to about 500Å depth after 12 h leaching, and to 1500Å depth after 143 h leaching. Accurate Al, Ca, and Na compositional depth profiles were measured using x-ray photoelectron spectroscopy (XPS), with compositional accuracy of about 10% and depth resolution of about 50Å. XPS analyses of pristine K-feldspar and labradorite surfaces yield Ca, Al, Si, and O analyses within about 5% of electron microprobe results. Alkali element analyses are inaccurate due to preferential sputtering or mobility induced by fracture. The accurate compositional depth profiles yield well constrained diffusion coefficients and moving boundary velocities for Ca and Al. Na, Ca, and Al compositional gradients change character after about 2 days of leaching, from a convex upward hyperboloid to a sigmoid shape. Thereafter, the feldspar diffusion front is clealy separated from the surface (where silica dissolution occurs), with the diffusion front migrating into the feldspar at about 4×10-11cm/s. Al diffuses down the compositional gradient at about 2.5×10-17cm2/s and Ca diffuses almost twice as fast (4.0×10-17cm2/s). The solution-solid interface and active leaching zone are separated (after 2 days) by a Si-rich zone virtually devoid of Na, Ca, and Al. Diffusion rates through this Si-rich overlayer may be very rapid and approach rates observed in aqueous solutions. Diffusive release of Ca and Al from labradorite cannot be modelled accurately with mathematical solutions where diffusion through homogeneous media is assumed. During leaching, Ca and Al apparently diffuse by “jumping” to, and residing on, previously vacated structural sites of the feldspar. The probability of Ca and Al migrating towards solution consequently is greater than their probability of migrating towards pristine plagioclase, primarily because there are many more “vacant” sites in the leached zone than in pristine plagioclase. Diffusion is inhomogeneous and “impeded” in the direction of the pristine feldspar.』

『HCl溶液(pH=2.0)と反応したラブラドライトは、12時間の浸出後に約500Å深さ、143時間の浸出後に1500Å深さに広がる浸出層を発達させる。正確なAl、Ca、Naの組成的な深さ断面は、X線光電子分光法(XPS)を用いて、組成精度約10%および深さ分解能約50Åで測定された。新鮮なカリ長石とラブラドライト表面のXPS分析は、EPMAの結果の約5%内でCa、Al、Si、Oを分析できる。アルカリ元素の分析は、選択的なスパッターあるいは割目による起こる移動により不正確である。正確な組成の深さ断面は、CaとAlに対して十分に制約された拡散係数および移動境界速度を与える。Na、Ca、Alの組成勾配は、約2日間の浸出後に、上側に凸状の双曲面からS字状形に特徴を変える。その後、長石拡散の前面は(シリカ溶解が起こっている)表面から明らかに離れ、拡散の前面は約4×10-11cm/秒で長石中へ移動する。Alは約2.5×10-17cm2/秒で組成勾配を拡散し、Caはほとんど2倍の速さで(4.0×10-17cm2/秒)拡散する。溶液−固相界面と活性浸出帯は、ほとんどNa、Ca、AlのないSiに富む帯状領域で分けられる(2日後に)。このSiに富む層を通しての拡散速度は非常に速く、水溶液中で観察される速度に近似するだろう。ラブラドライトからのCaとAlの拡散放出は、均質な媒体を通しての拡散が仮定される場合には、正確に数学的解をもつようにモデル化できない。浸出の間、CaとAlは明らかに、長石の以前に空孔であった構造サイトへ「ジャンプし」、そこに存在することで拡散する。したがって溶液の方へCaとAlが移動する可能性は、新鮮な斜長石の方へ移動する可能性よりも大きく、それは主にもっと多くの「空孔」サイトが新鮮な斜長石よりも浸出帯に存在するからである。拡散は不均質で、新鮮な斜長石の方向では「妨害」される。』

1. Introduction
2. Methods and results
 2.1. Sample properties and preparation
 2.2. Analytical equipment and conditions
3. Pristine surfaces and analytical limitations
 3.1. Surface analyses
 3.2. Depth profiles
 3.3. Molar proportions
4. Evolution of compositional gradients
 4.1. Formative stage
 4.2. Advanced stage
5. Analysis of profiles produced during advanced leaching
 5.1. General features
 5.2. Mathematical simulation
 5.3. Application to Al and Ca profiles
 5.4. Simulation compared with other results
 5.5. Limitation of the analytical solution
6. Evidence for impeded diffusion in the active leaching zone
 6.1. Monte Carlo simulation of Al profiles
7. Simulation of the initial stage of Al leaching
 7.1. Mathematical simulation
 7.2. Monte Carlo sumulation
8. Characteristics of Na gradients
9. Discussion and conclusions
 9.1. Development and evolution of leached zones
 9.2. Properties of the Si-rich zone (Zone A)
 9.3. Properties od the active leaching zone (Zone B)
Acknowledgments
References



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