『Abstract
To compare relative reaction rates of mineral dissolution in
a mineralogically simple groundwater aquifer, we studied the controls
on solute concentrations, Sr isotopes, and rare earth element
and yttrium (REY) systematics in the Cape Cod aquifer. This aquifer
comprises mostly carbonate-free Pleistocene sediments that are
about 90% quartz with minor K-feldspar, plagioclase, glauconite,
and Fe-oxides. Silica concentrations and pH in the groundwater
increase systematically with increasing depth, while Sr isotopic
ratios decrease. No clear relationship between 87Sr/86Sr
and Sr concentration is observed. At all depths, the 87Sr/86Sr
ratio of the groundwater is considerably lower than the Sr isotopic
ratio of the bulk sediment or its K-feldspar component, but similar
to that of a plagioclase-rich accessory separate obtained from
the sediment. The Si-87Sr/86Sr-depth relationships
are consistent with dissolution of accessory plagioclase. In addition,
solutes such as Sr, Ca, and particularly K show concentration
spikes superimposed on their respective general trends. The K-Sr-87Sr/86Sr
systematics suggests that accessory glauconite is another major
solute source to Cape Cod groundwater. Although the authigenic
glauconite in the Cape Cod sediment is rich in Rb, it is low in
in-grown radiogenic 87Sr because of its young Pleistocene
age. The low 87Sr/86Sr ratios are consistent
with equilibration of glauconite with seawater. The impact of
glauconite is inferred to vary due to its variable abundance in
the sediments. In the Cape Cod groundwater, the variation of REY
concentrations with sampling depth resembles that of K and Rb,
but differs from that of Ca and Sr. Shale-normalized REY patterns
are light REY depleted, show negative Ce anomalies and super-chondritic
Y/Ho ratios, but no Eu anomalies. REY input from feldspar, therefore,
is insignificant compared to input from a K-Rb-bearing phase,
inferred to be glauconite. These results emphasize that interpretation
of groundwater chemistry, even in relatively simple aquifers,
may be complicated by solute contributions from “exotic” accessory
minerals such as glauconite. To detect such peculiarities, groundwater
studies should combine the study of elemental concentration and
isotopic composition of several solutes that show different geochemical
behavior.』
『鉱物学的に単純な地下水帯水層における鉱物溶解の相対的な反応速度を比較するために、我々はCape Cod帯水層において溶質濃度、Sr同位体、および希土類元素とイットリウム(REY)の体系を支配する要因を研究した。この帯水層はほとんど炭酸塩を含まない更新世の堆積物からなり、それらは約90%の石英と少量のカリ長石、斜長石、海緑石、およびFe酸化物を含む。地下水のシリカ濃度とpHは深さが増すとともに体系的に増加し、一方Sr同位体比は減少する。87Sr/86SrとSr濃度間に明瞭な関係は観察されない。すべての深さにおいて、地下水の87Sr/86Sr比は、全堆積物またはそのカリ長石成分のSr同位体比よりもかなり低いが、堆積物から得られた斜長石に富む副成分の分離物の値に近い。Si−87Sr/86Sr−深さの関係は、副成分斜長石の溶解と調和的である。さらに、Sr、Ca、およびとりわけKのような溶質は、それらの個々の一般的な傾向に重なった濃度スパイク(突出)を示す。K−Sr−87Sr/86Srの体系から、副成分の海緑石がCape Cod地下水に対するもう一つの主要溶質の供給源であることが示される。Cape Cod堆積物中の自生海緑石はRbに富むけれども、それは若い更新世の時代であるため、内部で生まれた放射性87Srは低い。87Sr/86Sr比が低いことは、海緑石が海水と平衡していることと調和的である。海緑石によるインパクトは、堆積物中でその存在量が変動するため、変動することが推定される。Cape Cod地下水では、試料採取深度によりREY濃度が変動することはKおよびRbに似ているが、CaおよびSrとは異なる。頁岩でノーマライズしたREYパターンが軽いREYに欠けることは、負のCe異常と超コンドライト的Y/Ho比であることを示すが、Eu異常は示さない。したがって、長石からのREYのインプットは、海緑石と推定されるKとRbを含む相からのインプットに比べて重要でない。これらの結果は、比較的単純な帯水層においてさえ地下水の化学的性質を理解することは、海緑石のような『外来の』副成分鉱物による溶質の影響で複雑になりえることを強く示している。そのような特性を見出すために、地下水の研究は、異なる地球化学的挙動を示すいくつかの溶質の元素濃度と同位体組成の研究と結びつけられる必要がある。』
1. Introduction
2. Study site and methods
2.1. Study site
2.2. Water samples
2.3. Sediment samples
3. Results
3.1. Groundwater
3.2. Bulk sediment and mineral separates
3.3. Sequential extraction and HCl leaching
4. Discussion
4.1. Major cations, Sr and 87Sr/86Sr
4.2.1. REY in Cape Cod sediment
4.2.2. REY in Cape Cod groundwater
5. Conclusions
Acknowledgments
References
Appendix 1
Appendix 2
Appendix 3
Appendix 4