『Abstract
This study is aimed at quantifying surface reaction controlled
basaltic glass dissolution rates at far-from-equilibrium conditions.
Towards this aim, steady-state basaltic glass dissolution rates
were measured as a function of pH from 2 to 11 at temperatures
from 6゜to 50℃, and at near neutral conditions to 150℃. All rates
were measured in open system titanium mixed flow reactors. Measured
dissolution rates display a common pH variation; dissolution rates
decrease dramatically with increasing pH at acid conditions, minimize
at near neutral pH, and increase more slowly with increasing pH
at basic conditions. The pH at which basaltic glass dissolution
minimizes decreases with increasing temperature.
Dissolution rates were interpreted within the context of a multioxide
dissolution model. Constant temperatures rates are shown to be
consistent with their control by partially detached Si tetrahedra
at the basaltic glass surface. Regression of far-from-equilibrium
dissolution rates obtained in the present study and reported in
the literature indicate that all data over the temperature and
pH range 6゜<T<300℃ and 1<pH<11 can be described within
uncertainty using
r+,geo=AA exp-(EA/RT)(aH+3/aAl3+)1/3
where r+,geo signifies the geometric
surface area normalized steady-state basaltic glass dissolution
rate at far-from-equilibrium conditions, AA
refers to a constant equal to 10-5.6 (mol of Si)/cm2/s,
EA, designates a pH independent
activation energy equal to 25.5 kJ/mol, R stands for
the gas constant, T signifies temperature in K, and ai
represents the activity of the subscripted aqueous species.』
『本研究は平衡から離れた条件における表面反応がコントロールした玄武岩質ガラス溶解速度を定量化することを目的としている。この目的のために、定常状態玄武岩質ガラス溶解速度が、6゜〜50℃の温度で2から11までのpHの関数として、そして150℃まで中性近い条件で測定された。すべての速度は開放系のチタニウム混合フロー反応器で測られた。測定された溶解速度は共通するpH変動を示す;溶解速度は酸性条件でpHの増加と共に劇的に減少し、中性近くのpHで最小であり、塩基性条件でpHの増加と共にもっとゆっくり増加する。玄武岩質ガラスの溶解が最小になるpHは温度の増加と共に減少する。
溶解速度は多酸化物溶解モデルに関連して説明された。一定温度での速度は、玄武岩質ガラス表面の部分的に分離したSi四面体によるコントロールによるものと一致することが示される。本研究で得られた平衡から離れた溶解速度および文献に報告されたものの回帰から、
6゜<T<300℃ と 1<pH<11という温度とpH範囲のすべてのデータは次式を用いて不確か以内で記述できることが示される:
r+,geo=AA exp-(EA/RT)(aH+3/aAl3+)1/3
ここで、r+,geo は幾何学表面積でノーマライズした平衡から離れた条件で定常状態玄武岩質ガラス溶解速度を示し、AA は定数で10-5.6 (Siのモル)/cm2/秒に等しく、EA はpHに無関係な活性化エネルギーで25.5 kJ/モルに等しく、R
はガス定数で、T はK単位の温度を示し、ai は下付き記号の溶存種の活動度を表す。』
1. Introduction
2. Theoretical background
3. Sample preparation and experimental methods
4. Experimental results and discussion
5. Experimental and computational uncertainties
6. Conclusions
Acknowledgments
References
Appendix (Comparison of experimentally measured and computed
log r +,geo. Computed rates
were generated using Eqn. 13 together with values of 10-5.6
(mol of Si)/cm2/s, and 25.5 kJ/mol, respectively, for
AA and EA.