『Abstract
　Rainfall and the amount of water available to leach ions from soil are among the most important features determining mineral weathering, secondary mineral synthesis and soil chemical properties. Along an arid to humid climosequence on Kohala Mountain, Hawaii, we sampled 16 soil profiles and found that weathering and soil properties change in a nonlinear fashion with increased rainfall. The lavas are influenced by a strong rain shadow with mean annual precipitation (MAP) averaging 160 mm near the coarst and rising to ＞3000 mm near the summit. A temperature decline from 24 to 15℃ with increasing elevation is matched by lower potential evapotranspiration (ET). A water balance model (monthly precipitation minus monthly ET) defines three broad climate zones along the sampling transect: an arid zone with moisture deficit in every month, an intermediate zone with moisture deficit during low-rainfall summer months and moisture surplus during high-rainfall winter months, and a humid zone with moisture surplus during every month. The annualized water balance can be ratioed with the integrated porosity of the top meter of soil to provide a leaching index.
　The index reachs 1 (total filling of the pore space on an annual basis) at about 1400 mm MAP. Index values ＞1 imply intense leaching conditions because of pore water replacement. In these 170 ka soils, leaching losses of solible base cations and Si are nearly complete at index values ＞1, whereas only 60％ of Al has been lost. At index values ＜1 leaching losses are progressively lower with the lowest rainfall sites having lost 10-20％ of the original base cations and Si and none of the Al. At all sites, the secondary clay mineral assemblage is dominated by metastable noncrystalline weathering products; humid soil profiles contain very few crystalline minerals whereas the arid profiles contain halloysite, hematite, gibbsite and small amounts of carbonates. Soil surface exchange properties are influenced strongly by climatic conditions and show a dramatic threshold in base cation saturation, pH and effective cation exchange capacity (ECEC) at leaching index of 1 (1400 mm MAP). Soils with leaching index of ＜1 have high base cation saturation, near-neutral pH and high ECEC. At MAP ＞1400 mm, soil buffering capacity has been totally exhausted leading to low pH and low ECEC.
　The nonlinear decline in ECEC is irreversible under natural conditions; base cation depleted soils will remain so even if the climate shifts to drier conditions. In contrast, a climate shift to wetter conditions can drastically modify surface chemical properties existing in the drier soils as weathering depletes primary minerals, elements are lost to leaching , and surface chemistry is modified. There is a time-dimension implied in climate gradient studies; soils forming in recently rejuvenated landscapes contain more primary minerals and should experience loss of buffering capacity at higher rainfall. Loss of buffering capacity means that biological acidity will move more deeply into the vadose zone or into the aquatic system. The details of this transfer depend on present and past climate, and the age and erosional stability of landscapes.

Keywords: Andisols; Thresholds; Hawaii; Allophane; Halloysite』

『降水量および土壌からイオンを溶脱するのに利用できる水の量は、鉱物風化、二次鉱物の合成、および土壌化学特性を決定する最も重要な特徴の一つである。ハワイのコハラ山における乾燥から湿潤の気候シーケンスに沿って、我々は16の土壌断面を試料採取し、風化と土壌特性が降水量の増加とともに非線形的に変化することを知った。熔岩は、沿岸近くで平均160mmそして山頂近くで＞3000mmに上昇する平均年間降水量（MAP）をもつ強い雨陰により影響される。標高の上昇とともに24℃から15℃への温度低下は、潜在的に低い蒸発散（ET）によりつりあっている。水バランスモデル（月間降水量−月間ET）は、試料採取した横断面に沿って3つの広い気候帯を定めている：いずれの月も水分不足の乾燥帯、降水の少ない夏の月は水分不足で降水の多い冬の月は水分過剰な中間帯、およびいずれの月も水分過剰な湿潤帯。年間に換算した水バランスは、溶脱指数を与えるために、土壌の上部1メートルの積算した孔隙を用いて比率で示すことができる。
　その指数は約1400mmのMAPで1に達する（年間を基にして孔隙空間が全部満たされる）。＞1以上の指標値は、孔隙水の交替のために、激しい溶脱条件を意味する。これらの17万年前の土壌では、可溶性の塩基陽イオンとSiの溶脱による損失は、＞1の指標値でほとんど完全であり、一方Alは60％だけが失われている。＜1の指標値では、溶脱による損失は、最初の塩基陽イオンとSiの10〜20％とAlの0％の損失がある最も降水量の少ない観測点へしだいに低下している。すべての観測点で、二次粘土鉱物組合せは、準安定で非晶質の風化産物が優勢である；湿潤な風化断面は結晶性の悪い鉱物を含むが、乾燥した断面はハロイサイト、赤鉄鉱、ギブス石、および少量の炭酸塩を含む。土壌表面の交換特性は気候条件に強く影響され、1の溶脱指標（1400mm MAP）において、塩基陽イオン飽和度、pH、および有効陽イオン交換容量（ECEC）に劇的な閾値を示す。＜1の溶脱指標をもつ土壌は、高い塩基陽イオン飽和度、中性近いpH、および高いCECEをもつ。＞1400mmのMAPでは、土壌緩衝能力は完全に使いつくされ、低いpHと低いECECがもたらされている。
　ECECの非線形的な減少は、天然条件下では不可逆的である；塩基陽イオンが減少した土壌は、たとえ気候が乾燥条件に移ってたとしてもそのままであろう。対照的に、湿潤条件への気候の移動は、風化が一次鉱物減少させ、元素が溶脱して失われ、そして表面の化学的性質が変えられるにつれ、乾燥土壌に存在している表面化学的特性を劇的に変えることができる。気候の勾配の研究には時間の尺度が伴う；最近幼年期の地形を刻まれた景観で生成している土壌は、より多くの一次鉱物を含み、高い降水量で緩衝能力を失う経験をするに違いない。緩衝能力の損失は、生物による酸が通気帯あるいは水系中のより深くへ移動することになることを意味する。この移動の詳細は、現在と過去の気候、および年代と景観の浸食に対する安定性に依存する。』

1. Introduction
2. Materials and methods
　2.1. Site description
　　2.1.1. Geologic setting and parent material
　　2.1.2. Geomorphology and soil landscape
　　2.1.3. Climate and paleoclimate
　　2.1.4. Vegetation
　2.2. Sampling and analytical procedures
　　2.2.1. Lava flow chronology
　　2.2.2. Water balance
　　2.2.3. Soil sampling and analysis
3. Results
　3.1. Parent material age
　3.2. Rainfall and leaching intensity
　3.3. Elemental leaching losses
　3.4. Soil mineralogy
　3.5. Soil exchange properties
4. Discussion
　4.1. Leaching intensity and element loss
　4.2. Climatic controls on mineral formation
　4.3. Control of exchange properties by leaching
　4.4. Climate, age and weathering rates
　4.5. Paleoclimate and soil properties
5. Conclusions
Acknowledgements
References