【Mercedの花崗岩質沖積層に発達する土壌クロノシーケンス（chronosequence）におけるSrの挙動を検討】
『Abstract
The use of strontium isotopes to evaluate mineral weathering
and identify sources of base cations in catchment waters requires
an understanding of the behavior of Sr in the soil environment
as a function of time. Our approach is to model the temporal evolution
of 87Sr/86Sr of the cation exchange
pool in a soil chronosequence developed on alluvium derived
from central Sierra Nevada granitoids during the past 3 Ma. With
increasing soil age, 87Sr/86Sr of
ammonium-acetate extractable Sr initially decreases from
values typical of K-feldspar to those of plagioclase
and hornblende and then remains constant, even though plagioclase
and hornblende are absent from the soils after approximately
1 Ma of weathering. The temporal variation of 87Sr/86Sr
of exchangeable Sr is modeled by progressively equilibrating
Sr derived from mineral weathering and atmospheric deposition
with Sr on exchange sites as waters infiltrate a soil column.
Observed decreases in quartz-normalized modal abundances
of plagioclase, hornblende, and K-feldspar
with time, and the distinct 87Sr/86Sr
values of these minerals can be used to calculate Sr flux
from weathering reactions. Hydrobiotites in the soils have
nearly constant modal abundances, chemistry, and 87Sr/86Sr
over the chronosequence and provide negligible Sr input
to weathering solutions. The model requires time and soil horizon-dependent
changes in the amount of exchangeable Sr and the efficiency
of Sr exchange, as well as a biologic cycling term. The
model predicts that exchangeable Sr initially has 87Sr/86Sr
identical to that of K-feldspar, and thus could be dominated
by Sr leached from K-feldspar following deposition
of the alluvium. The maximum value of 87Sr/86Sr
observed in dilute stream waters associated with granitoids of
the Yosemite region is likewise similar to that of the K-feldspars,
suggesting that K-feldspar and not biotite may be
the dominant source of radiogenic Sr in the streams. This
study reveals that, when attempting to use Strontium isotopes
to identify sources of base cations in catchment waters and biomass,
both preferential leaching of Sr from minerals during incipient
soil development and changing Sr exchange efficiency must
be considered along with chemical contributions due to mineral
dissolution.』
『要旨
鉱物の風化を評価し、流域水中の塩基陽イオンの源を明らかにするためにストロンチウム同位体を使用するには、土壌環境におけるストロンチウムの時間による挙動を理解する必要がある。我々のアプローチは、過去300万年の間にシエラネバダ中央部の花崗岩質岩から生じた沖積層に発達する土壌クロノシーケンスにおいて、陽イオン交換プールの87Sr/86Sr
の時間的変遷をモデル化することである。土壌年代が増加するにつれ、酢酸アンモニウムに抽出されるストロンチウムの87Sr/86Srは、最初は、カリ長石の典型的な値から斜長石とホルンブレンドの値へと減少し、その後一定になるが、これはたとえ斜長石とホルンブレンドが風化によりほぼ100万年後に土壌からなくなってもそうである。交換性のストロンチウムの87Sr/86Srの時間的変動は、水が土壌柱状試料を浸透するときに交換サイトにあるストロンチウムと、鉱物風化および大気沈着物から由来するストロンチウムとが漸次的に平衡するということによりモデル化される。石英でノーマライズした斜長石・ホルンブレンド・カリ長石のモード量が減少するという観察結果、およびこれらの鉱物の異なる87Sr/86Sr
は、風化反応からのストロンチウム・フラックスを計算するのに使うことができる。土壌中の加水黒雲母はクロノシーケンスにわたり一定に近いモード量・化学組成・87Sr/86Srをもち、風化溶液に対するストロンチウムのインプットは無視できる。モデルからは、交換性ストロンチウムの量およびストロンチウム交換の効率が、生物循環に加えて、時間と土壌層に依存して変化することが要求される。交換性ストロンチウムは、最初はカリ長石に等しい87Sr/86Srをもち、したがって引き続く沖積層の堆積に伴いカリ長石から溶脱されるストロンチウムに支配されるであろう、ということがモデルから予想される。ヨセミテ地域の花崗岩質岩に伴う濃度が薄い流水で観察された87Sr/86Srの最大値は、同様にカリ長石のものに似ており、黒雲母ではなくてカリ長石が流水の放射性ストロンチウムの主要な源である可能性を示している。流域の水と生物中の塩基陽イオンの源を明らかにするためにストロンチウム同位体を使おうとするときは、初期の土壌の発達の間に鉱物から優先的に溶脱されるストロンチウムとストロンチウム交換効率の変化との両方が、鉱物溶解による化学的な影響とともに考慮されなければならないことを、本研究は示している。』
1. Introduction
2. Chronosequence setting and soil characteristics
3. Analytical techniques
4. Results
4.1. 87Sr/86Sr and concentration of
Sr in soil minerals
4.2. 87Sr/86Sr and concentration of exchangeable
and nonexchangeable soil Sr
4.3. 87Sr/86Sr concentration of precipitation,
soil waters, and Sierran streams
5. Model development and calibration
6. Discussion and implications
6.1. The source of radiogenic Sr on exchange sites: Biotite
or K-feldspar?
6.2. Implications of model constraints
6.3. Implications for the use of strontium isotopes to deduce
weathering reactions
7. Summary
Acknowledgments
References