『Abstract
Chert and other hard monomineralic quartz grains weather mostly
by mechanical processes in modern environments. Their clasts are
overrepresented in conglomerates and sands relative to their sources
regions. Conversely, macroscopic dissolution features, including
quartzite karst, are rare but not nonexistent. The similarly rarity
of quartz dissolution in Archean deposits provides a paleothermometer
for climate on the early Earth. For example, chert is overrepresented
in conglomerates and sands of the 〜3.2 Ga Moodies Group (South
Africa) relative to the source region. Features related to the
far-from-equilibrium dissolution rate are particularly diagnostic
as it increases an order of magnitude over 25℃, much more than
solubility. Extrapolating from observed dissolution rates in modern
environments that weather at 〜25℃, we expect obvious dissolution
features in ancient climates above 〜50℃. Polycrystalline quartz
and chert would readily disaggregate by solution along grain boundaries,
yielding silt and clay. Quartz grains within slowly weathering
granite would become friable, yielding silt and clay, rather than
sand. At still higher temperatures, Al2O3-rich clays from weathered granite would stand
above solution-weathered chert on low-relief surfaces. The observed
lack of these features is evidence that the Archean climate was
not especially hot.
Keywords: chert; quartz sand; conglomerate; dissolution; karst;
kinetics; climate; Precambrian』
『要旨
チャートや他の硬い単鉱物石英粒子は、現在の環境ではたいていは機械的過程によって風化する。それらの砕屑物は、それらの供給源の地域に比べて礫岩と砂岩として過剰に表れている。逆に、珪石カルストを含む巨視的な溶解の特徴は稀であるが存在しないわけではない。始生代の堆積物において石英溶解が同様に稀なことは、初期地球における気候に対する古温度計を提供する。例えば、チャートは、その供給源地域に比べて約32億年前のムーディーズ層群（南アフリカ）の礫岩と砂岩として過剰に表れている。平衡から離れた溶解速度に関係した特徴は、溶解度よりもっと大きく、それが25℃以上で１桁も増加するときにとくに識別できる。約25℃で風化を起している現在の環境において観察された溶解速度から外挿すると、約50℃以上の古代の気候において明らかな溶解の特徴を我々は推定できる。多結晶質石英とチャートは、溶液により粒界に沿ってたやすく分解され、シルトと粘土を生じたであろう。ゆっくり風化する花崗岩内の石英粒子はもろくなり、砂よりもむしろ、シルトと粘土を生じたであろう。もっと高い温度では、風化した花崗岩からのAl2O3に富んだ粘土が、起伏の低い地表で溶液により風化されたチャートの上に位置したであろう。これらの特徴が観察されないということは、始生代の気候がとくに暑くなかったことの証拠である。』
1. Introduction
2. Archean geological observation
2.1. Conglomerate
2.2. Sandstone and shale
2.3. Weathering rinds and paleosols
3. Modern geological analogs
3.1. Chert and quartzite
3.2. Sand from granitic rocks
4. Inferences about Archean climate
4.1. Archean climate and landscape
4.2. Carbonate analog
4.3. Quartz dissolution kinetics
4.4. Quartz dissolution as a paleothermometer
5. Conclusions
Acknowledgements
References