『Abstract
The kinetics of carbonate and Mn oxide dissolution under acidic
conditions were examined through the in situ exposure of pure
phase samples to acidic ground water in Pinal Creek Basin, Arizona.
The average long-term calculated in situ dissolution rates for
calcite and dolomite were 1.65×10-7 and 3.64×10-10
mmol/(cm2 s), respectively, which were about 3 orders
of magnitude slower than rates derived in laboratory experiments
by other investigators. Application of both in situ and lab-derived
calcite and dolomite dissolution rates to equilibrium reactive
transport simulations of a column experiment did not improve the
fit to measured outflow chemistry: at the spatial and temporal
scales of the column experiment, the use of an equilibrium model
adequately simulated carbonate dissolution in the column. Pyrolusite
(MnO2) exposed to acidic ground water for
595 days increased slightly in weight despite thermodynamic conditions
that favored dissolution. This result might be related to a recent
finding by another investigator that the reductive dissolution
of pyrolusite is accompanied by the precipitation of a mixed Mn-Fe
oxide species. In PHREEQC reactive transport simulations, the
incorporation of Mn kinetics improved the fit between observed
and simulated behavior at the column and field scales, although
the column-fitted rate for Mn-oxide dissolution was about 4 orders
of magnitude greater than the field-fitted rate. Remaining differences
between observed and simulated contaminant transport trends at
the Pinal Creek site were likely related to factors other than
the Mn oxide dissolution rate, such as the concentration of Fe
oxide surface sites available for adsorption, the effects of competition
among dissolved species for available surface sites, or reactions
not included in the model.』
『酸性条件下での炭酸塩とMn酸化物の溶解カイネティックスが、アリゾナ州のPinal Creek Basinにおける酸性地下水に対して現位置で純粋な相の試料を露出させることで調べられた。方解石および苦灰石について現位置で計算された長期平均溶解速度はそれぞれ1.65×10-7および3.64×10-10ミリモル/cm2/秒で、これは他の研究者が室内実験から得た速度よりも約3桁遅かった。カラム実験の平衡反応-輸送シミュレーションに、現位置と室内実験による方解石と苦灰石溶解速度の両方を適用しても、測定されたアウトフローの化学組成にうまくフィットさせられなかった：カラム実験の空間と時間尺度で、平衡モデルを使用するとカラムにおける炭酸塩溶解を適切にシミュレートできた。595日間酸性地下水に露出されたパイロルース鉱（MnO2）は、溶解に好都合な熱力学的条件にもかかわらず僅かに重量が増した。この結果は、パイロルース鉱の還元溶解はMnとFe酸化物が混じった沈殿に伴うという他の研究者による最近の発見と関連するかもしれない。PHREEQC反応-輸送シミュレーションでは、Mn酸化物溶解についてカラムにフィットさせた速度は野外にフィットさせた速度よりも約4桁大きいけれども、Mnカイネティックスを組み入れることでカラムと野外の規模において観察される挙動とシミュレートによる挙動間のフィットを改善できた。Pinal Creek地点での観察とシミュレートによる汚染物質の運搬の傾向間に残された差は、吸着に利用できるFe酸化物サイトの濃度、利用できる表面サイトに対する溶存化学種間の競争の影響、あるいはモデルに含まれない反応のような、Mn酸化物溶解速度以外の要因に関係すると思われた。』
1. Introduction
1.1. Description of site and contaminant plume
1.2. Previous work at site
2. In situ experimental methods
2.1. Preparation of samples and placement in wells
2.2. Post-exposure sample analysis
3. In situ experiment results and discussion
3.1. Calcite in situ dissolution rates
3.2. Dolomite in situ dissolution rates
3.3. Mn oxide in situ dissolution rates
4. Kinetic modeling of mineral dissolution at the column scale
4.1. Calcite
4.2. Dolomite
4.3. Manganese oxide
5. Kinetic geochemical transport modeling at the field scale
6. Summary and conclusions
Acknowledgements
References