【花崗岩からのアルカリ長石（新鮮・HF腐食・天然風化）の微細組織と溶解挙動の関係をSEMとTEMおよびEPMAで検討】

『Abstract
　The relationship between the microtexture and dissolution behaviour of fresh, HF acid-etched and naturally weathered alkali feldspar phenocrysts from the Lower Devonian Shap granite has been investigated by SEM and TEM. A novel resin impregnation technique has revealed the three dimensional shape and interconnectivity of etch pits beneath the weathered crystal surfaces. Further electron microscope work suggests that Shap phenocrysts are representative of the alkali feldspar in the protolith of many soils.
　Fresh and unweathered Shap feldspars have a complex microtexture, comprising areas of pristine cryptoperthite and lamellar microperthite cross-cut by volumes of microporous altered feldspar or “patch perthites.” Cryptoperthites are made up of ＜75 nm wide albite exsolution lamellae (platelets) in tweed orthoclase, whereas lamellar microperthites contain ＞75 nm wide albite films. The platelets are coherent, but albite films have numerous edge dislocations along their interface with orthoclase; (001) and (010) cleavage surfaces intersect 〜2-3 edge dislocations/μm². In three dimensions, these edge dislocations form an orthogonal net in the “Murchison plane” of easy fracture, close to (601)（6の頭に-）. Patch perthites are irregular, semicoherent to incoherent intergrowths of albite and irregular microcline subgrains, with 〜0.65-0.70 sub-μm to μm-sized pores/μm². Microporous patch perthites form by dissolution-reprecipitation reactions with magmatic or hydrothermal fluids and pores are present before the alkali feldspars enter the weathering regime.
　Dissolution of Shap feldspars during natural weathering and laboratory acid etching is controlled by their microtexture, especially by dislocations and exsolution lamellae. The core and strain energy associated with dislocation outcrops on (001) and (010) cleavage surfaces promotes rapid dissolution at those sites and formation of nm-sized etch pits after ＜30 s of laboratory etching with HF acid vapour. With progressive HF etching, crystallographically controlled differences in the reactivity of etch pit walls cause them to expand more rapidly into orthoclase than albite. Naturally weathered feldspars were collected from the glacial erratic boulders, fine gravels surrounding exposed granite surfaces, and from peat soil overlying the granite. During natural weathering, etch pits on microperthites enlarge almost exclusively by dissolution of albite and resin casts demonstrate that they can penetrate ≧15 μm below the cleavage surface, forming an interconnecting, ladder-like grid of submicrometer wide channels in the Murchison plane. Coherent albite platelets and volumes of albite between dislocations in films dissolve uniformly, but faster than orthoclase. This is probably because the albite lamellae have significant elastic coherency strain, but this is much less, per unit volume of albite, than the core and strain energy associated with edge dislocations. Patch perthites etch in HF vapour and weather rapidly in nature to produce a honeycomb-like texture of interconnecting nanometer- to micrometer-sized pits, which nucleate at preexisting micropores or incoherent subgrain boundaries. The size and density of etch pits on microperthite surfaces, which is determined by rates of growth and coalescence, may be a useful progress variable for natural and experimental dissolution.
　All alkali feldspars are highly heterogeneous materials whose chemical composition and microtexture can vary on a submicrometer scale. These microtextures are critical variables with regard to the origin of surface roughness of fresh and weathered grains, the controls on absolute dissolution rates and why they commonly change over time, the nonlinear variation of dissolution rate with grain size, the ratio of alkali ions released into solution, and disparities between laboratory dissolution rates and those observed in the field.』

『要旨
　早期デボン紀のShap花崗岩から採取した、新鮮なアルカリ長石斑晶をフッ酸で腐食したものおよび天然で風化したアルカリ長石斑晶の、微細組織と溶解挙動間の関係が、SEMとTEMによって調べられた。斬新な樹脂注入法により、風化した結晶表面の下にあるエッチピットの３次元の形状と相互連結状態が示された。さらに電顕実験により、Shap斑晶は多くの土壌の原岩中のアルカリ長石の代表であることが示された。
　新鮮で風化していないShap長石は複雑な微細組織をもち、たくさんの微小孔隙をもつ変質長石あるいは『パッチ状パーサイト』に切られた、初期の超顕微鏡的パーサイトおよびラメラ上顕微鏡的パーサイトの領域からなっている。長顕微鏡的パーサイトは、ツウィードの正長石中に＜75nm幅のアルバイト離溶ラメラ（小板）をもつものからなっており、一方ラメラ状顕微鏡的パーサイトは＞75nm幅のアルバイト薄層を含んでいる。小板はコヒーレント（干渉性）であるが、アルバイト薄層は正長石との界面に沿って非常に多くの刃状転位をもつ；（001）と（010）劈開面は〜2-3刃状転位/μm²で交差する。3次元で、これらの刃状転位は、(601)（6の頭に-）に近くて割れ易い『マーチソン面』において、直交する網状組織をつくる。パッチ状パーサイトは、アルバイトと不規則なマイクロクリン亜結晶粒の、不規則で半コヒーレントからインコヒーレント（非干渉性）な連晶であり、〜0.65-0.70のμm以下からμmサイズの孔隙/μm²をもつ。微小孔隙をもつパッチ状パーサイトは、マグマ性もしくは熱水性流体との溶解-再沈殿反応により形成され、アルカリ長石が風化状態に入る以前に孔隙は存在している。
　天然での風化および実験室での酸腐食の間のShap長石の溶解は、それらの微細組織、とりわけ転位と離溶ラメラによりコントロールされる。（001）と（010）劈開面上の露出した転位に関連する核（コア）と歪みエネルギーは、フッ酸蒸気による実験室での腐食の＜30秒後に、これらのサイトでの急速な溶解とnmサイズのエッチピットの形成を助長する。フッ酸による腐食が進むと、結晶学的にコントロールされた、エッチピット壁の反応性の違いから、アルバイトよりも正長石内部に急速な拡大がおこる。天然で風化した長石は、氷河迷子石、露出した花崗岩表面を取り囲む細礫、そして花崗岩を覆う泥炭土から採取された。天然での風化の間、顕微鏡的パーサイト上のエッチピットはほとんどの場合アルバイトの溶解によって拡大し、樹脂の鋳型からはそれらが劈開面から≧15μmの深さまで入り込むことができ、マーチソン面にミクロン以下の幅のみぞが相互に連結した梯子状格子を形成することが示される。コヒーレントなアルバイト小板および転位と転位の間のアルバイト薄層は一様に溶解するが、正長石よりも速い。これはおそらく、アルバイトラメラがかなりの弾性コヒーレンス歪みをもつためであるが、これは刃状転位に伴う核（コア）と歪みエネルギーよりも、アルバイトの単位体積当りではかなり小さい。パッチ状パーサイトはフッ酸蒸気で腐食され、そして天然では急速に風化して、ナノからミクロンサイズのピットが連結した蜂の巣状組織をつくるが、それらは先在する微小孔隙あるいはインコヒーレントの亜結晶粒境界で核形成を行う。顕微鏡的パーサイト表面のエッチピットの大きさと密度は、成長と癒着の速度により決まるが、天然および実験室での溶解に対して進行状況を示す有効な変数となるだろう。
　すべてのアルカリ長石は非常に不均質な物質であり、それらの化学組成と微細組織はミクロン以下のスケールで変動し得る。新鮮な粒子および風化した粒子の表面粗さの起源、絶対溶解速度のコントロール、そしてそれらが時間とともに変化する理由、粒径に対する溶解速度の非線形的な変動、溶液中に放出されたアルカリイオンの比、実験室での溶解速度と野外で観察される速度間の相違、のようなことを明らかにする際に、これらの微細組織は最も重要な変数となる。』

1. Introduction
2. Experimental methods
　2.1. Samples
　2.2. Laboratory techniques
3. Microtextural background
　3.1. Unweathered alkali feldspar phenocrysts
4. Results of etching and weathering
　4.1. HF acid etched cleavage fragments
　4.2. Naturally weathered cleavage fragments
　　4.2.1. Surface boulders
　　4.2.2. Surface gravels
　　4.2.3. Phenocrysts from peat soils
　4.3. Etch pit size distributions
5. Discussion
　5.1. Formation of pre-weathering microtextures
　　5.1.1. Pristine microtextures including dislocations
　　5.1.2. Origin of turbidity and micropores
　　5.1.3. Significance of deuteric alteration in subsequent weathering
　5.2. HF acid etching of Shap feldspars
　5.3. Etch pit growth during natural weathering
　　5.3.1. Lamellar exsolution microtextures
　　5.3.2. Patch perthites
　　5.3.3. Contrasts between HF etching and natural weathering
6. Implications for experimental dissolution and natural weathering
　6.1. Quantification of surface areas
　　6.1.1. Surface roughness of fresh, unweathered alkali feldspars
　　6.1.2. Surface roughness of weathered alkali feldspars
　　6.1.3. Mineralogical and crystallographic controls on surface roughness of naturally weathered feldspars
　6.2. Relationship between surface area and dissolution rate
　6.3. Differential release of alkalis during dissolution
　6.4. Nonlinear dissolution kinetics
　6.5. Comparisons between natural and experimental weathering rates
7. Conclusions
Acknowledgments
References