『Abstract
Weathering rind thicknesses were measured on 〜200 basaltic clasts
collected from three regionally extensive alluvial fill terraces
(Qt 1, Qt 2, and Qt 3) preserved along the Pacific coast of Costa
Rica. Mass balance calculations suggest that conversion of unweathered
basaltic core minerals (plagioclase and augite) to authigenic
minerals in the porous rind (kaolinite, allophane, gibbsite, Fe
oxyhydroxides) is iso-volumetric and Ti and Zr are relatively
immobile. The hierarchy of cation mobility (Ca≒Na＞K≒Mg＞Si＞Al＞Fe≒P)
is similar to other tropical weathering profiles and is indicative
of differential rates of mineral weathering (anorthite＞albite≒hypersthene＞orthoclase＞＞apatite).
Alteration profiles across the cm-thick rinds document dissolution
of plagioclase and augite and the growth of kaolinite, with subsequent
dissolution of kaolinite and precipitation of gibbsite as weathering
rinds age. The rate of weathering rind advance is evaluated using
a diffusion-limited model which predicts a parabolic rate law
for weathering rind thickness, rr,
as a function of time, t (rr
= √κt), and an interface-limited model which predicts a
linear rate law for weathering rind thickness as a function of
time (rr = kappt
). In these rate laws, κ is a diffusion parameter and kapp is an apparent rate constant. The rate
of advance is best fit by the interface model.
Terrace exposures are confined to the lower reaches of streams
draining the Pacific slope near the coast where the stream gradient
is less than 〜3 m/km, and terrace deposition is influenced by
eustatic sea level fluctuations. Geomorphological evidence is
consistent with terrace deposition coincident with sea level maxima
when the stream gradient would be lowest. Assigning the most weathered
regionally extensive terrace Qt 1 (mean rind thickness 6.9±0.6
cm) to oxygen isotope stage (OIS) 7 (ca. 240 ka), and assuming
that at time = 0 rind thickness = 0, it is inferred that terrace
Qt 2 (rr = 2.9±0.1 cm) is coincident
with stage 5e (ca. 125 ka) and that Qt 3 (rr
= 0.9±0.1 cm) is consistent with OIS 3 (ca. 37 ka). These assignments
yield a value of kapp of 8.6×10-13
cm s-1 (R2 = 0.99). Only this value satisfies
both the existing age controls and yields ages coincident with
sea level maxima. Using this value, elemental weathering release
fluxes across a weathering rind from Qt 2 range from 6.0×10-9
mol Si m-2 s-1 to 2.5×10-11 mol
K m-2 s-1. The rate of rind advance for
the Costa Rican terraces is 2.8×10-7 m yr-1.
Basalt rind formation rates in lower temperature settings described
in the literature are also consistent with interface-controlled
weathering with an apparent activation energy of about 50 kJ mol-1.
Rates of rind formation in Costa Rica are an order of magnitude
slower than reported for global averages of soil formation rates.』
『コスタリカの太平洋岸に沿って存在する広域的に広がった3つの沖積埋積段丘（Qt 1、Qt 2、およびQt 3）から採取された約200の玄武岩質砕屑片について、風化殻の厚さが測定された。マスバランス計算は、未風化玄武岩核の鉱物（斜長石および普通輝石）から多孔質殻中の自生鉱物（カオリナイト、アロフェン、ギブス石、Feオキシ水酸化物）への変化は等体積なものであり、TiとZrは比較的不動であることを示している。陽イオンの移動性の順序（Ca≒Na＞K≒Mg＞Si＞Al＞Fe≒P）は他の熱帯風化断面に似ており、鉱物風化速度が異なる（灰長石＞曹長石≒hハイパーシン＞正長石＞＞燐灰石）ことを示している。センチメートルの厚さの殻を横切る変質断面は、風化殻が古くなるにつれ、斜長石と普通輝石の溶解およびカオリナイトの成長、それに続くカオリナイトの溶解とギブス石の沈殿を記録している。風化殻の前進速度は、時間の関数として、t
(rr = √κt)、風化殻厚さ、rr、に対する放物線速度則を予想する拡散律速モデル、ならびに時間の関数として、(rr = kappt )、風化殻厚さに対する直線速度則を予想する界面律速モデルを用いて評価されている。これらの速度則で、κは拡散パラメーターで、kapp は見かけの速度定数である。前進速度は界面モデルがもっとも合う。
段丘の露頭は、海岸近くの太平洋側斜面を流れる河川の下流に限られ、そこで河川勾配は約3m/km以下であり、段丘堆積物は海水準変動による影響を受けている。地形的な証拠は、河川勾配が最も小さかった海水準の最大時に段丘堆積物は同時に起こったことと調和的である。広域に広がる最も風化した段丘Qt
1（平均殻厚さ6.9±0.6 cm）に酸素同位体ステージ（OIS）7（約24万年前）を割り当て、時間＝0で殻厚さ＝0と仮定すると、段丘Qt
2（rr = 2.9±0.1 cm）はステージ5e（約12.5万年前）に一致し、Qt
3（rr = 0.9±0.1 cm）はOIS 3（約3.7万年）に一致すると推定される。これらの割当てからkapp は 8.6×10-13 cm/秒（R2
= 0.99）となる。この値だけが、両方の現在の年代コントロールを満足させ、海水準の最大時と一致する年代を与える。この値を使うと、Qt
2からの風化殻を横切る風化による元素放出フラックスは6.0×10-9 mol Si/m2/秒から2.5×10-11
mol K/m2/秒の範囲にある。コスタリカの段丘に対する殻前進速度は2.8×10-7
m/年である。文献に記載された低温環境での玄武岩殻形成速度はまた、約50kJ/モルの見かけの活性化エネルギーをもった界面コントロール風化と調和的である。コスタリカの殻形成速度は、土壌形成速度の世界平均として報告されているものよりも1桁遅い。』
1. Introduction
『
| 関係 | 式 | 母材 | 研究地 | 文献 |
| 対数 | ｒｒ = 4.64×log (1 + 1×10-5t ) | 玄武岩 | Bohemia | Cernohouz and Solc(1966) |
| 対数 | ｒｒ = log (0.73 + 3.8×10-5t ) | 玄武岩 | W. Yellowstone, MT | Colman and Pierce(1981) |
| ｒｒ = log (0.73 + 8×10-5t ) | 玄武岩 | Yakima, WA | ||
| ｒｒ = log (0.73 + 3×10-4t ) | 玄武岩 | McCall, ID | ||
| ｒｒ = log (0.73 + 7×10-5t ) | 玄武岩 | Puget Lowland, WA | ||
| ｒｒ = log (0.73 + 5.8×10-5t ) | 安山岩 | Truckee, CA | ||
| ｒｒ = log (0.73 + 8.2×10-5t ) | 安山岩 | Lassen, CA | ||
| ｒｒ = log (0.73 + 1.7×10-4t ) | 安山岩 | Rainier, WA | ||
| 指数則 | ｒｒ = 0.00373 (t 0.806) | 砂岩 | New Zealand | Chinn(1981) |
| 指数則 | ｒｒ = 1.03×10-3 (t 0.75) | 砂岩 | New Zealand | Knuepfer(1988) |
| ｒｒ = 9.89×10-4 (t 0.86) | ||||
| 緩和則 | ｒｒ = 8.7 (1−e -t/10.530) | 砂岩 | New Zealand | Whitehouse et al.(1986) |
| 拡散制限 | ｒｒ = x't 0.5 | 海底玄武岩 | Hawaii | Moore(1966) |
|
測定した風化殻厚さ（ｒｒ）． 堆積（生成）年（t）． x'＝定数． |
||||
2. Geologic setting
3. Material and methods
3.1. Field sampling and measurements
3.2. Chemical and mineral analyses
4. Results
4.1. Field measurements
4.2. Chemical and mineralogical analyses
4.3. Sources of error
5. Discussion
5.1. Mass balance calculations
5.2. Mineralogic gradient
5.3. Rate-limiting step
5.4.1. Transport-limited rind advance
5.4.2. Interface-limited rind advance
5.5. Geomorphic constraints on ages of terrace formation
5.6. Diffusion parameters
5.7. Rinds vs. climate
5.8. Weathering fluxes
6. Conclusions
Acknowledgments
References
Appendix 1
Appendix 2