【森林流域の土壌鉱物からの風化フラックスを地球化学マスバランスにより見積もる】
『Abstract
Weathering of minerals in soils provides important plant nutrients
and consumes acidity, yet mineral weathering is difficult to observe
and quantify. We derived present-day weathering flux estimates
for soil minerals in a forested watershed in central New Hampshire
using a geochemical mass balance. The Cone Pond watershed is characterized
by low-alkalinity surface waters and acidic Spodosols developed
on a thin mantle of locally derived till, making it susceptible
to continued inputs of acid precipitation. Weathering reactions
were developed on the basis of observed patterns of mineral abundance
in the soil profile and measured mineral chemistry. The dissolution
of approximately 171 mol ha-1 yr-1 of plagioclase
feldspar is the predominant weathering reaction at Cone Pond.
Weathering fluxes of hornblende, biotite, chlorite, and potassium
feldspar ranged from 3 to 20 mol ha-1 yr-1,
an order of magnitude lower. When normalized to their abundances
in the soil, however, hornblende and chlorite had the fastest
weathering rates, as measured by cation release. Chemical weathering,
mainly of plagioclase, resulted in the neutralization of only
52％ of incoming acidity. Furthermore, silicate weathering could
only account for the release of about 53 mol ha-1 yr-1
of Ca, compared to the observed net output (stream loss minus
bulk precipitation input) of 75 mol ha-1 yr-1.
On the basis of these observations and a companion study, we conclude
that current acid inputs exceed the ability of Cone Pond soils
to neutralize hydrogen ion, and that depletion of approximately
22-53 mol ha-1 yr-1 of Ca from labile soil
pools is occurring in this area. The rate of Ca depletion is one-third
to one-eighth of the rate estimated for a more base-rich watershed
nearby.
『要旨
土壌中の鉱物の風化は、重要な植物の栄養塩を供給し、そして酸を消費するが、依然として鉱物風化は観察することも定量化することも難しい。ニューハンプシャー中央部の森林流域において、我々は地球化学マスバランスを用いて、土壌鉱物の現在の風化フラックスの見積りを得た。Cone
Pond流域は、低いアルカリ度の表面水および局所的にもたらされた氷礫土の薄い表土上に発達した酸性のスポドゾルによって特徴づけられ、連続してインプットされる酸性雨の影響を受けやすい状態にある。風化反応は、土壌断面に多い鉱物について観察された分布パターンおよび測定された鉱物化学組成をもとに組み立てられた。斜長石でほぼ171
mol/ha/年の溶解が、Cone Pondでの主要な風化反応である。ホルンブレンド・黒雲母・緑泥石・カリ長石の風化フラックスは、大きさが小さくなる順で、3
〜 20 mol/ha/年の範囲であった。しかし、土壌中での量にノーマライズすると、陽イオンの放出によって測られるように、ホルンブレンドと緑泥石は最も速い風化速度であった。化学風化は、主に斜長石であるが、入ってくる酸の52％だけを中性化している結果となった。さらに、珪酸塩風化は、カルシウムについて75
mol/ha/年という観察された正味のアウトプット（溶出量から全降雨のインプットを引いたもの）に比べて、約 53 mol/ha/年の放出を説明できるだけであった。これらの観察と関連の研究をもとにして、現在の酸のインプットはCone
Pondの土壌が水素イオンを中性化する能力を超えており、本地域に生じている不安定な土壌プールからカルシウムがほぼ 22〜53
mol/ha/年の速さで失われていると、我々は結論した。カルシウムが失われる速さは、すぐ近くのもっと塩基の多い流域で見積られた速度の1/3〜1/8である。』
Introduction
Site description
Experimental methods
Sample collection
Grain-size analysis
Grain pretreatments
Primary mineralogy and mineral chemistry
Mineralogy of the clay fraction
Water chemistry
Results
Soil texture and mineralogy
Mineral chemistry
Mineralogy of the clay fraction
Water chemistry
Discussion
Mineral weathering patterns and reactions
Geochemical mass balance
Uncertainties in the geochemical mass balance
Chemical weathering, proton consumption, and cation losses
Weathering rate comparisons
Conclusions
Acknowledgments
References cited