Velbel(1985)による〔『Geochemical mass balances and weathering rates in forested watersheds of the southern Blue Ridge』(904p)から〕


【風化フロントの母岩中の前進速度は3.8 cm/1000年】

 Weathering rates of rock-forming silicate minerals in natural forested watersheds can be calculated using a system of geochemical mass balance equations constructed and constrained by petrologic, mineralogic, hydrologic, botanical, and aqueous geochemical data. Solving the systems of equations for the weathering rates of biotite mica, almandine garnet, and oligoclase-andesine plagioclase feldspar in deeply weathered (saprolitized) schists and gneisses of a study area (the USDAFS Coweeta Hydrologic Laboratory, near Otto, N.C.) suggests that: (1) The rate at which the weathering front penetrates into the fresh rock (3.8 cm/1000 yrs) agrees well with the “average” denudation rate for the southern Appalachians (4 cm/1000 yrs) determined by a variety of different methods. (2) When normalized to the estimated mineral surface area in the watersheds, rates of garnet and plagioclase weathering are approximately one to two orders of magnitude slower than rates determined in laboratory experiments under similar hydrogeochemical conditions. Two possible sources of this discrepancy are (A) the character of artificially-treated mineral surfaces, which renders them more reactive than their natural counterparts, and/or (B) difficulties in estimating reactive mineral surface area in natural systems. (3) Present rates of primary mineral weathering and secondary mineral neoformation at Coweeta appear to be sufficient to neutralize present levels of atmospheric hydrogen ion input. The relatively good accord between field and laboratory geochemical and geomorphologic results suggests that present sources of error may not be large, that mass-balance models provide quantitative estimates of rates of important environmental processes, and that refinement of laboratory kinetics data and field surface area determinations should rank high among future research priorities.』

 天然の森林流域における造岩珪酸塩鉱物の風化速度は、岩石学・鉱物学・水文学・植物学に関するデータと水溶液の地球化学的データとから組み立てられた地球化学マスバランス式を用いて計算できる。研究地域(N.C.のOtto近くにあるUSDAFS Coweeta Hydrologic Laboratory)の強度に風化した(サプロライト化した)片岩と片麻岩中の黒雲母・アルマンディンざくろ石・オリゴクレース-アンデシン斜長石の風化速度について、上式を解くと次の結果が得られる:(1)風化フロントが新鮮な岩石中へ浸透する速度(3.8cm/1000年)は、さまざまな異なる方法で決定されたアパラチア南部の『平均』削剥速度(4cm/1000年)とよく一致する。(2)流域で見積もられた鉱物表面積にノーマライズすると、ざくろ石と斜長石の風化速度は、類似の水文地化学条件下の室内実験で得られた速度よりもほぼ1〜2桁遅い。このくい違いの原因として次の2つが考えられる:(A)人工的に処理した鉱物表面の性質、これは天然の場合に比べて反応性が高くなる;および(または)(B)天然での反応する鉱物表面積の見積もりの困難さ。(3)Coweetaでの1次鉱物風化と2次鉱物生成の現在の速度は、大気からの水素イオンの現在のレベルでのインプットを中和するには十分であると思われる。野外と室内での地球化学的および地形学的結果の間に、比較的よい一致が見られることは、誤差の現在の原因は大きくはないであろうこと、マスバランス・モデルは重要な環境過程の速度の定量的な見積もりを与えること、そして室内実験のカイネティックなデータと野外での表面積決定の精度向上は将来の研究の優先順位で高く位置づけられるべきであることを示している。』

The study area
 Topography and climate
 Bedrock geology
Mineral weathering reactions
Geochemical mass balance
Rate of saprolite formation
Kinetics of mineral weathering and comparison of natural and laboratory weathering rates
Clay mineral formation and rates of hydrogen ion consumption