Jacobson et al.(2003)による〔『Climatic and tectonic controls on chemical weathering in the New Zealand Southern Alps』(29p)から〕

『ニュージーランド南部アルプスにおける化学風化をコントロールする気候と構造運動』


Abstract
 Climatic and tectonic controls on the relative abundance of solutes in streams daraining the New Zealand Southern Alps were investigated by analyzing the elemental and Sr isotope geochemistry of stream waters, bedload sediment, and hydrothermal calcite veins. Theaverage relative molar abundance of major cations and Si in all stream waters follows the order Ca2+ (50%)>Si (22%)>Na+ (17%)>Mg2+ (6%)>K+ (5%). For major anions, the relative molar abundance is HCO3- (89%)>SO42- (7%)>Cl- (4%). Weathering reactions involving plagioclase and volumetrically small amounts of hydrothermal calcite define the ionic chemistry of stream waters, but nearly all streams have a carbonate-dominated Ca2+ and HCO3- mass-balance. Stream water Ca/Sr and 87Sr/86Sr ratios vary from 0.173 to 0.439 μmol/nmol and from 0.7078 to 0.7114, respectively. Consistent with the ionic budget, these ratios lie solely within the range of values measured for bedload carbonate (Ca/Sr = 0.178 to 0.886 μmol/nmol; 87St/86Sr = 0.7081 to 0.7118) and hydrothermal calcite veins (Ca/Sr = 0.491 to 3.33 μmol.nmol; 87St/86Sr =0.7076 to 0.7097).
 Streams draining regions in the Southern Alps with high rates of physical erosion induced by rapid tectonic uplift and an extremely wet climate contain 〜10% more Ca2+ and 〜30% more Sr2+ from carbonate weathering compared to streams draining regions in drier, more stable landscapes. Similarly, streams draining glaciated watersheds contain 〜25% more Sr2+ from carbonate weathering compared to streams draining non-glaciated watersheds. The highest abundance of carbonate-derived solutes in the most physically active regions of the Southern Alps is attributed to the tectonic exhumation and mechanical denudation of metamorphic bedrock, which contains trace amounts of calcite estimated to weather 〜350 times faster than plagioclase in this environment. In contrast, regions in the Southern Alps experiencing lower rates of uplift and erosion have a greater abundance of silicate- versus carbonate-derived cations. These findings highlight a strong coupling between physical controls on landscape development and sources of solutes to stream waters. Using the Southern Alps as a model for assessing the role of active tectonics in geochemical cycles, this study suggests that rapid mountain uplift results in an enhanced influence of carbonate weathering on the dissolved ion composition delivered to seawater.』

要旨
 ニュージーランドの南部アルプスを流れる河川中の溶質の相対量に対して、気候と構造運動がどのようにコントロールしているかを、河川水・河床堆積物・熱水性方解石脈について元素およびSr同位体の化学組成を分析することにより調べた。河川水中の主要陽イオンとSiの平均相対モル量は、Ca2+ (50%)>Si (22%)>Na+ (17%)>Mg2+ (6%)>K+ (5%)の順である。主要陰イオンの相対モル量は、HCO3- (89%)>SO42- (7%)>Cl- (4%)である。斜長石および体積的に少量の熱水性方解石を含む風化反応は、河川水のイオン化学性を決めるが、ほとんどすべての河川は炭酸塩支配のCa2+ と HCO3- のマスバランスをもつ。 河川水のCa/Sr および 87Sr/86Sr 比はそれぞれ 0.173〜0.439 μmol/nmol および 0.7078〜0.7114で変動する。イオン収支と一致して、これらの比は、河床炭酸塩(Ca/Sr = 0.178〜0.886 μmol/nmol;87St/86Sr = 0.7081〜0.7118)および熱水性方解石脈(Ca/Sr = 0.491〜3.33 μmol.nmol;87St/86Sr =0.7076〜0.7097)に対して測定された範囲内にだけにある。
 急速な構造隆起と極端な湿潤気候により引き起こされた速い物理浸食速度をもつ南部アルプス流域河川は、もっと乾燥してもっと安定な地形流域を流れる河川に比べて、炭酸塩風化からの〜10%多いCa2+と〜30%多いSr2+を含む。同様に、氷河流域を流れる河川は、非氷河流域を流れる河川に比べて、炭酸塩風化からの〜25%多いSr2+を含む。南部アルプスで最も物理的に活動的な地域において炭酸塩由来の溶質が最も多いことは、変成岩基盤岩の構造運動による再露出と機械的削剥のせいであり、基盤岩はこの環境で斜長石より〜350倍速く風化すると見積られる微量の方解石を含んでいる。対照的に、隆起と浸食の速度が遅い南部アルプス地域は、珪酸塩と炭酸塩由来の陽イオンを多量にもつ。これらの発見は、地形の発達に対する物理的なコントロールと、流水に対する溶質の起源との間に強い結びつきがあることを強調している。地球化学循環における活動的な構造運動の役割を評価するために南部アルプスをモデルとして用いることにより、急速な造山隆起が、海水へ排出される溶存イオン組成に対して炭酸塩風化の影響を促進させることを、本研究は示している。』

1. Introduction
2. Geologic setting
3. Climate, vegetation, and hydrology of the South Island
4. Sampling and chemical analysis
5. Results and discussion
 5.1. The solute chemistry of New Zealand waters
 5.2. Rainwater contributions to stream water dissolved ions
 5.3. The relative dominance of silicate versus carbonate weathering reactions
 5.4. Additional observations relating bedrock rxhumation to patterns of river water chemistry
 5.5. The Ca/Sr and Sr isotope geochemistry of bedload sediment, hydrothermal calcite veins, and stream waters
  5.5.1. Bedload sediment and hydrothermal vein Ca/Sr and 87St/86Sr ratios
  5.5.2. Stream water Ca/Sr and 87St/86Sr ratios
  5.5.3. Proportions of Ca2+ and Sr2+ from silicate and carbonate weathering
6. Conclusions and i,plications
Acknowledgments
References


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