【湧泉水の化学組成から母岩（多種類）の構成鉱物の風化速度を算出、さらに大気からの沈着物および肥料（農業）の影響を評価】
【風化速度は次の順に減少（モル/ha/年/％鉱物）：フォルステライト（苦土かんらん石）（485）＞クリノゾイサイト（斜灰簾石）（114）＞緑泥石（49）＞斜長石（45）＞角閃石（28）】
『Abstract
This study identifies and quantifies the water-rock interactions
responsible for the composition of 25 spring waters, and derives
the weathering rates of rock-forming minerals in a complex of
petrologic units containing ultramafics, amphibolites, augengneisses
and micaschists. Bulk chemical analyses were used to calculate
the mineralogical composition of these rocks; the composition
of the rock-forming minerals were determined by microprobe analyses.
The soils developed on augengneisses and micaschists contain predominantly
halloysite; on the other units mixtures of halloysite and smectites.
The mineralogical and chemical data on rocks and soils are essential
for writing the proper weathering reactions and for solving mole
balances between the amounts of weathered primary minerals and
secondary products formed (soils and solutes in groundwater).
Ground waters emanating in springs were collected in 3 consecutive
seasons, namely late Summer, Winter and Spring, and analyzed for
major components. Using an algorithm based on mole and charge
balance equations, the average concentrations of the solutes were
linked with a combination of possible weathering reactions. To
sort out the best match of weathering reactions and the concomitantly
generated water composition, the results were checked against
the limiting condition of similarity between the predicted and
actual clay mineral abundance in the soils. Having selected the
best-fit weathering reactions, the mineral weathering rates could
also be calculated by combining the median discharge rates and
recharge areas of the springs and normalizing the rates by the
mineral abundance. For the one case - plagioclase - for which
comparison with published results was possible, the results compare
favorably with rates calculated by other groups. For the most
abundant primary minerals the following order of decreasing weathering
rates was found ( in moles/(ha・a・％mineral)): forsterite (485)
＞ clinozoisite (114) ＞ chlorite (49) ＞ plagioclase (45) ＞ amphibole
(28). In as far as this order differs from commonly used orders
of weatherability, this has to be due to differences in the hydrologic
regime within this area and between this and other case studies.
As additional objective, the authors wanted to explain the effects
of contributions by sources other than water-rock interactions.
The latter processes are coupled with acquisition of carbonate
alkalinity and dissolved silica. Contributions by sources other
than water-rock interactions are manifest by the Cl-,
SO42- and NO3-
concentrations. It was possible to approximate the contribution
of atmospheric deposition. More importantly, knowledge of the
application and composition of fertilizers enabled assessment
of the effects of farming on the composition of ground waters
emanating in the springs. It was also possible to estimate how
selective uptake of nutrients and cations by vegetation as well
as ion-exchange processes in the soil modified the spring water
composition. Using this rather holistic approach, it is possible
to satisfactorily explain how spring waters, in this petrologically
and agriculturally diverse area, acquired their composition.』
『要旨
本研究は、25の湧泉水の化学組成を決定している水−岩石相互作用の同定および定量化を行い、超苦鉄質岩、角閃岩、眼球片麻岩、および雲母片岩を含む岩石ユニットの複合岩体中における造岩鉱物の風化速度を求めている。全岩化学分析がこれらの岩石の鉱物組成を計算するために用いられた；造岩鉱物の化学組成はEPMA分析により決定された。眼球片麻岩と雲母片岩上に発達した土壌は、広くハロイサイトを含む；他のユニットではハロイサイトとスメクタイトの混合物である。岩石と土壌の鉱物学的および化学的データは、正しい風化反応を明らかに示し、風化した一次鉱物および生成した二次生産物（土壌と地下水中の溶質）の量の間のモルバランスを解明するのに必須である。湧泉で流出する地下水が、連続した3季節、すなわち夏季晩期、冬季、および春季に採取され、主要成分について分析された。モルと電荷のバランス式に基づくアルゴリズムを用いて、溶質の平均濃度は、可能性のある風化反応の組合せに結びつけられた。風化反応とそれに伴って生じる水の組成とが最もよく調和するように選り分けるために、土壌中の粘土鉱物の予想量と実際量の間の類似性が限られる条件について、結果は照合された。最もよく適合する風化反応を選んで、湧泉の流出速度の中央値と涵養域を結びつけ、そして鉱物量により速度をノーマライズすることによっても、鉱物風化速度は計算できるだろう。報告されている結果と比較が可能な一つの例−斜長石−に対し、結果は他の研究者グループにより計算された速度と都合よく比較できる。最も豊富な一次鉱物に対して、次の順で風化速度が減少するのがわかった（moles/ha/年/鉱物％で）：かんらん石（485）＞斜灰簾石（114）＞緑泥石（49）＞斜長石（45）＞角閃石（28））。この順は普通使われる風化し易さの順とは異なるという限りにおいて、これはこの地域内およびこの研究と他の研究の間で水文状態が異なるためでなければならない。さらに別の目的として、著者は水−岩石相互作用以外の原因による寄与の影響を説明したかった。後者の過程は、炭酸塩のアルカリ度と溶存シリカの値を得る必要がある。水−岩石相互作用以外の原因による寄与は、Cl-、SO42-、およびNO3-濃度から明らかになる。それは大気沈着の寄与をを見積ることが可能であった。もっと重要なのは、化学肥料の散布と組成の知識から、湧泉で流出する地下水の組成への農業の影響を評価することができた。湧泉水の組成を変える土壌中のイオン交換過程に加えて、植生による栄養塩や陽イオンの選択的取り込みがどうであるかを、それはまた見積ることができた。このかなり全体論的なアプローチを用いて、この岩石学的および農学的に多様な地域において、それらの組成を知ることで、どのような湧泉水であるかを満足に説明することができる。』
1. Introduction
2. Study area
2.1. Geology
2.2. Mineralogy and petrology
2.3. Soils
2.4. Land use
3. Materials and methods
3.1. Rock sampling and chemical analyses of rocks and minerals
3.2. Soil sampling and analyses
3.3. Monitoring of spring discharge rates and chemical analyses
of spring water samples
4. Data analysis
4.1. Determination of effluxes of dissolved components from
spring water data
4.2. The use of mole balances for the assessment of mineral weathering
rates (the SiB model)
5. Results and discussion
5.1. Annual recharges, recharge areas and effluxes
5.2. Match of water chemistries with sets of weathering reactions
5.3. Check of results against boundary conditions
5.4. Best-fit SiB solutions
5.5. Correlation between weathering rates and recharge rates
5.6. Normalized mineral weathering rates
5.7. Immobilization plus uptake
5.8. Cation exchange
5.9. Nutrient balances and changes in soil water alkalinity
6. Conclusions
Acknowledgements
Appendix A. The balance of cation proportions
Appendix B. Determination of recharge areas from spring water
data
Appendix C. An outline on the mechanics of the SiB algorithm
References