『Abstract
A review of the literature suggests that large variations in
pore-water chemistry exist within soils. The heterogeneity indicates
that in soil microchemical environments, the chemistry of pore
water evolves independently from one pore to another due to differences
in surface area/volume ratios and water residence time. A plug-flow
reactor model was developed to examine which size classes of pores
contribute the most solute to water draining out of the soil profile,
and to explore how temperature might affect a soil's ability to
generate solute. The model is based on the simplification that
soil pores can be approximated as a suite of capillaries of varying
diameter. The model simulates each size class of pores as a plug-flow
reactor with an unique water residence time and surface area.
In the model, the pores which drain at the highest water contents
have low surface area to water volume ratios and contribute relatively
little to the overall solute flux from a soil. The smallest pores
that drain at the lowest water contents were found to have the
highest surface area to volume ratios and contribute the most
solute. The calculations also suggest that activation energy and
water viscosity have competing effects on the temperature dependence
of weathering. As the temperature increases, the dissolution rate
constant increases and smaller pores drain; however, water residence
time decrease. This decrease in the water residence time is due
to decreasing water viscosity, which can be incorporated into
the dissolution rate law for quartz with an activation energy
of approximately −15 kJ/mole. Studies that parameterize the temperature
dependence of weathering using the Arrhenius approach can account
for this effect by reducing the predicted activation energy by
an appropriate value.』
『文献をレビューすると、孔隙水の化学的性質は土壌内で大きく変動することが示される。不均質であることは、土壌のミクロの化学的環境下で孔隙水の化学的性質が、表面積/体積比と水滞留時間の違いにより、孔隙ごとに独立して発達することを示している。どのような粒径区分の孔隙が土壌断面を排出される水に主要な溶質を供給することになるのかを試験し、土壌が溶質を生産する能力に温度がどのように影響を与えることになるかを調べるために、プラグフロー反応器モデルが開発された。モデルは、土壌空隙が直径の異なる一組の毛細管として近似できるという単純化に基づいている。モデルは、孔隙の各粒径区分を、ユニークな水滞留時間と表面積をもつプラグフロー反応器としてシミュレートを行う。
モデルにおいて、最も高い含水率で排出する孔隙は、水体積に対する表面積の比が小さく、そして土壌からの全体としての溶質フラックスには比較的あまり寄与しない。最も低い含水率で排出する最も小さい孔隙は、体積に対する表面積比が最も大きく、そして大部分の溶質に寄与することがわかった。計算はまた、活性化エネルギーと水の粘性が風化の温度依存性に対して競合する影響をもつことを示す。温度が増加するにつれ、溶解速度定数は増加し、より小さな孔隙が排水を行う;しかし、水滞留時間は減少する。この水滞留時間の減少は水の粘性の現象によるもので、ほぼ−15
kJ/モルの活性化エネルギーをもつ石英に対する溶解速度則に組み入れることができる。アレニウス・アプローチを用いて風化の温度依存性をパラメータで表す研究は、予想された活性化エネルギーを適切な値で減じることにより、この影響を説明できる。』
1. Introduction
2. Field and theoretical considerations
2.1. Spatial variability of soil water chemistry
2.2. Temperature dependence of solute transfer
2.3. Significance of matric potential and observed soil water
distribution
3. Weathering model
3.1. Structure and movement of water in soils
3.2. The model
3.3. Determination of the size and number of capillaries that
make up a soil
3.4. Calculation of the solute generated by each size class of
pore
3.5. Soil textures and conditions modeled in this study
4. Results
4.1. What pores have the greatest surface area and do they
drain?
4.2. Water residence time
4.3. Solute generation as a function of pore size
5. Discussion
6. Conclusions
Acknowledgments
References