【土壌の化学的性質・鉱物組成・粒径・BET表面積の変化を基に、Mercedの土壌クロノシーケンス（chronosequence）での化学風化速度の決定】
【幾何学的表面積を用いた場合の溶解速度（mol/cm2/秒）：
オリゴクレース 10-17.4、アノーソクレース 10-17.8、ホルンブレンド 10-17.4】
【BET表面積を用いた場合の溶解速度（mol/cm2/秒）：
オリゴクレース 10-19.9、アノーソクレース 10-20.5、ホルンブレンド 10-20.1】
『Abstract
Mineral weathering rates are determined for a series of
soils ranging in age from 0.2-3000 Ky developed on alluvial terraces
near Merced in the Central Valley of California. Mineralogical
and elemental abundances exhibit time-dependent trends documenting
the chemical evolution of granitic sand to residual kaolinite
and quartz. Mineral losses with time occur in the order:
hornblende＞plagioclase＞K-feldspar. Maximum
volume decreases of ＞50％ occur in the older soils. BET surface
areas of the bulk soils increase with age, as do specific
surface areas of aluminosilicate mineral fractions such as plagioclase,
which increases from 0.4-1.5 m2 g-1 over
600 Ky. Quartz surface areas are lower and change less
with time (0.11-0.23 m2 g-1). BET surface
areas correspond to increasing external surface roughness
(λ= 10-600) and relatively constant internal surface area (≒1.3
m2 g-1). SEM observations confirm both surface
pitting and development of internal porosity.
A numerical model describes aluminosilicate dissolution rates
as a function of changes in residual mineral abundance, grain
size distributions, and mineral surface areas with time. A simple
geometric treatment, assuming spherical grains and no surface
roughness, predicts average dissolution rates (plagioclase,
10-17.4; K-feldspar, 10-17.8; and
hornblende, 10-17.5 mol cm-2 s-1)
that are constant with time and comparable to previous estimates
of soil weathering. Average rates, based on BET surface area
measurements and variable surface roughnesses, are much slower
(plagioclase, 10-19.9; K-feldspar, 10-20.5;
and hornblende 10-20.1 mol cm-2 s-1).
Rates for individual soil horizons decrease by a factor of 101.5
over 3000 Ky indicating that the surface reactivities of minerals
decrease as the physical surface areas increase. Rate contains
based on BET estimates for the Merced soils are factors
of 103-104 slower than reported experimental
dissolution rates determined from freshly prepared silicates with
low surface roughness (λ＜10). This study demonstrates that the
utility of experimental rate constants to predict weathering in
soils is limited without consideration of variable surface areas
and processes that control the evolution of surface reactivity
with time.』
『要旨
カリフォルニアのCentral ValleyのMerced近くの堆積段丘に発達した200年前～300万年前にわたる一連の土壌に対して、鉱物風化速度が決定された。鉱物および元素の量の変化により、花崗岩質砂岩から残留性のカオリナイトと石英へと化学的な遷移を示す時間に依存した傾向が示された。時間とともに失われる鉱物の順番は次のようである：ホルンブレンド（普通角閃石）＞斜長石＞カリ長石。最も古い土壌で、＞50％という最大の体積減少が生じている。全（バルク）土壌のBET表面積は時代とともに増加し、斜長石のようなアルミノ珪酸塩鉱物画分の比表面積は60万年の間に
0.4から1.5 m2/gまで増加している。石英の表面積はもっと小さくて時間による変化も小さい（0.11から0.23
m2/g）。BET表面積は、増加する外部表面粗さ（λ＝10～600）および相対的に一定の内部表面積（≒1.3
m2/g）に相当する。SEM観察により表面でのピットの形成と内部孔隙の発達が確認された。
数値モデルは、時間による残留鉱物の量・粒径分布・鉱物表面積の変化に対して、アルミノ珪酸塩の溶解速度がどのように変わるかを示す。表面粗さのない（平滑な）球状粒子を仮定して簡単な幾何学的処理をすると、平均溶解速度（斜長石、10-17.4；カリ長石、10-17.8；ホルンブレンド、10-17.5
mol/cm2/秒）を予想でき、これは時間に対して一定で、土壌風化についての以前の見積り値と比較できるものである。BET表面積測定と変動する表面粗さを基にした平均速度は、もっと小さい（斜長石、10-19.9；カリ長石、10-20.5；ホルンブレンド、10-20.1
mol/cm2/秒）。個々の土壌層についての速度は、300万年間で101.5 倍減少し、鉱物の表面の反応性は物理表面積が増えるにつれ減少することを示している。Merced土壌についてのBET見積り値を基にした速度定数は、室内実験で新しく準備した表面粗さの小さい（λ＜10）珪酸塩試料から決定された溶解速度の報告値よりも、103～104倍低い。
土壌における風化を予想するために室内実験による速度定数を用いる場合には、表面積の変動ならびに表面の反応性の時間により変化をコントロールする過程について考慮しないと、限られた結果しか得られないことを本研究は示している。』
1. Introduction
2. Methodologies
2.1. Mineral separations
2.2. X-ray diffraction analysis
2.3. Grain sizes, soil densities, and surface areas
3. Results
3.1. Mineral abundances
3.2. Fractional mineral losses with time
3.3. Soil densities and volume changes with soil age
3.4. Changes in surface areas
3.5. Grain morphologies
3.6. Changes in surface roughness and internal surface areas
3.7. Grain size distributions
3.8. Changes in particle size with time
4. Discussion
4.1. Determination of weathering rates
4.2. Comparison of surface area approaches
4.3. Variability in dissolution rates with time
4.4. Comparison of rates with other field and experimental studies
5. Summary
Acknowledgments
References