Schulz & White(1999)による〔『Chemical weathering in a tropical watershed, Luquillo Mountains, Puerto Rico III: Quartz dissolution rates』(337p)から〕

『プエルトリコのLuquillo山脈の熱帯流域における化学風化V:石英の溶解速度』

【Rio Icacos流域の熱帯サプロライトにおける、孔隙水の化学組成・鉱物表面積・流体浸透速度を基にした石英の風化速度の定量化】
【石英の溶解速度定数は10-14.5〜10-15.1 mol/m2/秒(室内実験による石英溶解速度定数は10-12.4〜10-14.2 mol/m2/秒)】


Abstract
 The paucity of weathering rates for quartz in the natural environment stems both from the slow rate at which quartz dissolves and the difficulty in differentiating solute Si contributed by quartz from that derived from other silicate minerals. This study, a first effort in quantifying natural rates of quartz dissolution, takes advantage of extremely rapid tropical weathering, simple regolith mineralogy, and detailed information on hydrologic and chemical transport. Quartz abundances and grain sizes are relatively constant with depth in a thick saprolite. Limited quartz dissolution is indicated by solution rounding of primary angularity and by the formation of etch pits. A low correlation of surface area (0.14 and 0.42 m2 g-1) with grain size indicates that internal microfractures and pitting are the principal contributors to total surface area.
 Pore water silica concentration increases linearly with depth. On a molar basis, between one and three quarters of pore water silica is derived from quartz with the remainder contributed from biotite weathering. Average solute Si remains thermodynamically undersaturated with respect to recently revised estimates of quartz solubility (<180μM) but exceeds estimated critical saturation concentrations controlling the initiation of etch pit formation (>17-81μM). Etch pitting is more abundant on grains in the upper saprolite and is associated with pore waters lower in dissolved silica. Rate constants describing quartz dissolution increase with decreasing depth (from 10-14.5-10-15.1 mol m-2 s-1), which correlate with both greater thermodynamic undersaturation and increasing etch pit densities. Unlike for many aluminosilicates, the calculated natural weathering rates of quartz fall slightly below the rate constants previously reported for experimental studies (10-12.4-10-14.2 mol m-2 s-1). This agreement reflects the structural simplicity of quartz, dilute solutes, and near-hydrologic saturation.』

要旨
 天然環境で石英の風化速度が遅いのは、石英が溶解する速度が遅いこと、ならびに石英による溶質シリカを他の珪酸塩鉱物からのものと分けることが困難なことによる。本研究は、石英の天然での溶解速度を定量化する最初の試みであるが、極端に速い熱帯風化、単純なレゴリス鉱物組成、そして水文的および化学的運搬についての詳細な情報を利用している。石英の量と粒径は、厚いサプロライト中で深さに対して比較的一定である。石英の限定された溶解が、もともと角張った粒子が溶解して丸くなったり、エッチピットが形成されていたりすることから示される。粒径と表面積(0.14 〜 0.42 m2/g)の相関が低いことは、内部の微細割れ目とピットの形成が全表面積に対して大きな割合を占めることを示している。
 孔隙水のシリカ濃度は深さとともに直線的に増加する。モル単位で、孔隙水のシリカの1/4〜3/4が石英に由来し、残りは頃雲母の風化からきている。平均の溶質Siは、最近改定された石英溶解度の見積り値(<180μM)に関して熱力学的に未飽和であるが、エッチピット形成の開始をコントロールする臨界飽和濃度の見積り値(>17-81μM)を超えている。エッチピットの形成は、サプロライト上部にある粒子で多く、溶存シリカの少ない孔隙水に伴う。石英溶解速度定数は深さが浅くなるにつれ増加し(10-14.5〜10-15.1 mol/m2/秒)、熱力学的未飽和度が大きくなることと、エッチピット密度が増えることの両方に相関している。多くのアルミノ珪酸塩とは異なって、石英の計算による天然風化速度は、室内実験研究から以前に報告された速度定数(10-12.4〜10-14.2 mol/m2/秒)よりもわずかに小さいだけである。この一致は、石英の構造が単一であること、溶液が希薄なこと、そして水文的飽和状態が近いことを反映している。』

1. Introduction
2. Location and methodology
3. Results
 3.1. Quartz distribution
 3.2. Quartz morphology
 3.3. Surface area of quartz
 3.4. Pore water silica concentrations
 3.5. Infiltration rates
4. Discussion
 4.1. Quartz thermodynamic saturation and etch pit formation
 4.2. Effects of weathering on quartz surface areas
 4.3. Mass balance within the saprolite
 4.4. Rates of quartz weathering
5. Conclusions
Acknowledgements
References


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