【四面体以外の主要な陽イオンについてのM-O結合エネルギーと同じ順で、オルソ珪酸塩の相対的な風化速度は次の順で減少:かんらん石>柘榴石>十字石>藍晶石>紅柱石>珪線石>ジルコン】
『Abstract
Common naturally occurring orthosilicates can be grouped into
those in which the major non-tetrahedral cations are (1) FeII
and/or Mg, plus or minus Al (olivine, pyralspite garnets, staurolite);
(2) Al (Al2SiO5 polymorphs),
or (3) Zr. Fe- and Mg-bearing orthosilicates have the weakest
bonds between non-tetrahedral cations and structural oxygen (M-O
bonds), and zircon the strongest, with Al-O bonds intermediate;
thus, the relative vulnerability to weathering of the three groups
decreases in the order Fe-Mg (±Al) orthosilicates>Al2SiO5 polymorphs>zircon. Among Fe (±Mg±Al)-orthosilicates,
Fe-O bond lengths vary with Fe coordination number (CN), and Fe-site
energies decrease in the order fayalite olivine>almandine garnet>>staurolite.
If other factors did not intervene, almandine (CNFe
= 8) could weather approximately as fast as olivine (CNFe
= 6). However, reactant-product molar-volume ratios involving
almandine and common weathering products of oxidizing environments
favor the formation of transport-limiting, rate-limiting protective
surface layers on almandine and not on olivine; thus, almandine's
weathering rate is commonly suppressed by these protective surface
layers to a sufficient extent that almandine weathers more slowly
than olivine. Short, strong Fe-O bonds involving tetrahedral Fe
render staurolite more resistant to weathering than either common
olivines or common pyralspite garnets. Relative weathering rates
within the Al2SiO5 group
vary with the coordination number of Al.
When formation of protective surface layers on garnet is taken
into account, relative weathering rates of common orthosilicates
decrease in the same order as the M-O bond energies for the dominant
non-tetrahedral cations, giving rise to the commonly observed
natural orthosilicate weathering series:
Olivine>Garnet>Staurolite>Kyanite>Andalusite>Sillimanite>Zircon.
The lengths and strengths of bonds between major non-tetrahedral
cations and structural oxygen are a fundamental control of relative
orthosilicate weathering rates in nature as in laboratory experiments.』
『要旨
天然産の普通のオルソ珪酸塩は、おもな非四面体陽イオンにより次のグループに分けられる:(1)FeIIおよび(または)Mg、そして±Al(かんらん石、パイラルスパイト系ざくろ石、十字石);(2)Al(Al2SiO5 の多形);(3)Zr。FeまたはMgを含むオルソ珪酸塩は、非四面体陽イオンおよび構造酸素(M-O結合)間に最も弱い結合をもち、ジルコンの場合は最も強く、Al-O結合の場合は中間の強さである;したがって、3グループの相対的な風化の受け易さは、Fe-Mg
(±Al) オルソ珪酸塩>Al2SiO5
多形>ジルコンの順に減少する。Fe (±Mg±Al)-オルソ珪酸塩の中で、Fe-Oの結合距離はFeの配位数(CN)とともに変動し、Fe-サイトエネルギーは鉄かんらん石>鉄バンざくろ石>>十字石の順で減少する。もし他の要因がじゃましなければ、鉄バンざくろ石(CNFe = 8)はかんらん石(CNFe = 6)とほぼ同じくらい速く風化するだろう。しかし、鉄バンざくろ石および酸化環境の普通の風化産物を含む反応物−生成物モル体積比は、鉄バンざくろ石上に運搬律速の表面保護層を形成するのに有利であり、かんらん石上はそうでない;したがって、鉄バンざくろ石の風化速度は、鉄バンざくろ石がかんらん石よりもゆっくり風化する程度に、一般にこれらの表面保護層により抑制される。四面体Feを含む、短くて強力なFe-O結合は、十字石に対して、普通のかんらん石あるいは普通のパイラルスパイト系ざくろ石よりも大きな風化抵抗性を与える。Al2SiO5 グループ内の相対的な風化速度はAlの配位数とともに変動する。
ざくろ石上の表面保護層の形成を考慮すると、普通のオルソ珪酸塩の相対的風化速度は、主要な非四面体陽イオンに対するM-O結合エネルギーと同じ順で減少し、普通に観察される天然のオルソ珪酸塩風化系統を与えている:
かんらん石>ざくろ石>十字石>藍晶石>紅柱石>珪線石>ジルコン。
主要な非四面体陽イオンと構造酸素間の結合の距離と強度は、室内実験におけるように、天然でも相対的なオルソ珪酸塩の風化速度を基本的にコントロールしている。』
Introduction
Background
Relative weathering rates of different orthosilicates
Experimental dissolution kinetics
Natural persistence series of orthosilicates
Bond-energy/weathering-rate relationships
Within-group variations in bond-strength and weathering rate
Between-group variations in bond-strength and weathering rate
Conclusions
Acknowledgments
References