【熱帯高山地域（花崗岩質岩）のRio Icacos流域のレゴリスについて、孔隙水と流水の化学組成と鉱物組成の変化を基にしたマスバランスによる風化反応の検討、とくにレゴリスの生成年代と浸透速度の見積もりを基に長期と短期の化学風化フラックスを計算】
『Abstract
The pristine Rio Icacos watershed in the Luquillo Mountains in
eastern Puerto Rico has the fastest documented weathering rate
of silicate rocks on the Earth's surface. A regolith propagation
rate of 58 m Ma-1, calculated from iso-volumetric
saprolite formation from quartz diorite, is comparable to the
estimated denudation rate (25-50 Ma-1) but is
an order of magnitude faster than the global average weathering
rate (6 Ma-1). Weathering occurs in two distinct
environments; plagioclase and hornblende react at
the saprock interface and biotite and quartz weather
in the overlying thick saprolitic regolith. These environments
produce distinctly different water chemistries, with K, Mg, and
Si increasing linearly with depth in saprolite porewaters
and with stream waters dominated by Ca, Na, and Si. Such
differences are atypical of less intense weathering in temperate
watersheds. Porewater chemistry in the shallow regolith
is controlled by closed-system recycling of inorganic nutrients
such as K.
Long-term elemental fluxes through the regolith (e.g.,
Si = 1.7×10-8 moles m-2 s-1)
are calculated from mass losses based on changes in porosity and
chemistry between the regolith and bedrock and from the age of
the regolith surface (200 Ma). Mass losses attributed to solute
fluxes are determined using a step-wise infiltration model
which calculates mineral inputs to the shallow and deep saprolite
porewaters and to stream water. Pressure heads decrease
with depth in the shallow regolith (-2.03 m H2O
m-1), indicating that both increasing capillary tension
and graviometric potential control porewater infiltration.
Interpolation of experimental hydraulic conductivities produces
an infiltration rate of 1 m yr-1 at average
field moisture saturation which is comparable with LiBr tracer
tests and with base discharge from the watershed. Short term
weathering fluxes calculated from solute chemistries and infiltration
rates (e.g., Si = 1.4×10-8 moles m-2
s-1) are compared to watershed flux rates (e.g.,
Si = 2.7×10-8 moles m-2 s-1).
Consistency between three independently determined sets of weathering
fluxes imply that possible changes in precipitation, temperature,
and vegetation over the last several hundred thousand years have
not significantly impacted weathering rates in the Luquillo
Mountains of Puerto Rico. This has important ramifications for
tropical environments and global climate change.』
『要旨
プエルトリコ東部のLuquillo山脈にある始原的なRio cacos流域は、地表において最も速いと確証された珪酸塩岩の風化速度を示す。58m/100万年というレゴリス発達速度は、石英閃緑岩からの等容積のサプロライトの形成から計算されたもので、見積られている削剥速度（25～50m/100万年）と比較できるが、世界の平均風化速度（6m/100万年）よりは1桁速い。風化は2つの異なる環境で生じており；斜長石とホルンブレンド（普通角閃石）はサプロック（基盤岩とその上のサプロライトの境界にある薄層）境界で反応しており、黒雲母と石英はその上を覆う厚いサプロライト質レゴリス中で風化している。これらの環境は明らかに異なる水質を生じており、サプロライト孔隙水において深さとともに、そしてCa・Na・Siが優勢な流水とともに、K・Mg・Sは直線的に増加している。このような違いは、温暖な流域での激しくない風化においては典型的でない。浅いレゴリス中の孔隙水の化学組成は、Kのような無機栄養塩の閉鎖系再循環によりコントロールされる。
レゴリスを通る長期の元素フラックスは（例えば、Si = 1.7×10-8 moles/m2/秒）、レゴリスと基盤岩との間の孔隙率と化学組成の変化を基にした質量損失およびレゴリス表面の年代（2億年前）から計算される。
溶質フラックスに起因する質量損失は、段階的浸透モデルを用いて決定され、これはサプロライトの浅い部分と深い部分の孔隙水ならびに流水への鉱物インプットを計算するものである。圧力水頭は浅いレゴリスでは深さとともに減少し（-2.03
m H2O/m）、毛管張力と重力の両方の増加が孔隙水の浸透をコントロールすることを示している。実験による透水係数を外挿すると、平均的な野外水分飽和条件で1m/年の浸透速度となり、LiBrトレーサー試験ならびに流域からの塩基流出量と比較できる。溶質の化学組成と浸透速度から計算された短期の風化フラックスは（例えば、Si
= 1.4×10-8 moles/m2/秒）、流域フラックス速度（例えば、Si
= 2.7×10-8 moles/m2/秒）と比較される。これらの独立に決定した風化フラックスが一致することは、過去数十万年間にわたる降水量・温度・植生における考えられる変化は、プエルトリコのLuquillo山脈における風化速度にかなり大きな影響を与えなかったことを意味する。このことは熱帯環境と世界的気候変化にたいして重要な結果を提供する。』
1. Introduction
2. Study area
3. Methods
4. Results
4.1. Mineralogy and chemistry
4.2. Hydrology
4.3. Precipitation chemistry
4.4. Porewater and gas compositions
4.5. Surface water compositions
5. Discussion
5.1. Intensity of chemical weathering
5.2. Rates of chemical weathering
5.3. Contributions of weathering to porewater compositions
5.4. Regolith chemistry and long-term weathering
5.5. Rates of iso-volumetric weathering
5.6. Elemental mobility in the regolith
5.7. Comparison of long and short term weathering fluxes
6. Conclusions
Acknowledgments
References