『Abstract
Chemical weathering rates for landscapes are difficult to quantify
because the timescales over which weathering occurs are often
unknown. In this study, we use timescales defined by prior cosmogenic
nuclide analyses and a suite of geochemical measurements to calculate
weathering rates in saprolite and soil and to determine how these
rates vary across an eroding hillslope. We also estimate the relative
contributions of solute and erosional mass loss to landscape lowering.
Analyses were conducted on a soil-mantled hillslope developed
on a granodiorite pluton in southern NSW, Australia. Mass loss
in solution accounts for 35％ to 55％ of the total mass loss from
the hillslope. Saprolite close to the soil-saprolite boundary
is less weathered at ridge than at distance from the ridge. The
calculated flux of silica from the saprolite is 5 tons km-2
yr-1 and does not vary with distance from the ridge
or overlying soil thickness. The assumption of steady state, but
spatially variable erosion rates with a temporally constant thickness
of soil and saprolite allows us to calculate the downslope variation
in the rate of solute losses. Soil silica weathering rates initially
increase from 〜12 tons km-2 yr-1 at the
ridge crest to 〜20 tons km-2 yr-1 on the
convex region of the hillslope, and then decrease to 13 tons km-2
yr-1 by the time soils have been transported 45-50
m. Soils closer to the surface are more weathered than deeper
soils. This geochemical stratification suggests that the soil
column does not become thoroughly vertically mixed as soils move
down slope. Dependence of solute loss on transport distance may
explain the previously noted discrepancy between the observed
soil thickness and that predicted based on curvature. Variation
of solute loss with transport distance may also contribute to
the linear dependence of soil thickness on distance from the ridge.
Keywords: chemical weathering; physical erosion; mass balance;
hillslope; soil』
『要旨
地表の化学風化速度は、風化が起こる時間スケールがしばしば未知であるから、定量化が難しい。本研究では、サプロライトと土壌における風化速度を計算し、そして浸食しつつある丘陵斜面を横断してこれらの速度がどのように変動しているかを決定するために、前の宇宙線源核種分析および一連の地球化学的測定によって定めた時間スケールを用いている。また、地表の低下に対する溶質と浸食質量流失の相対的な貢献度も見積っている。分析は、オーストラリアのNSW南部の花崗閃緑岩深成岩体上に発達する、土壌で覆われた丘陵斜面で行われた。溶液としての質量流失は丘陵斜面からの全質量流出の35％〜55％を占める。土壌−サプロライト境界に近いサプロライトは、尾根部から離れた場所よりも尾根部で風化は弱い。サプロライトからの計算によるシリカ・フラックスは
5 トン/km2/年であり、尾根部からの距離と覆っている土壌の厚さによって変動しない。 空間的に浸食速度は変動するが時間的には土壌とサプロライトの厚さが変わらないような定常状態を仮定すると、溶質流出速度の坂下側への変化量を計算できる。土壌シリカ風化速度は、最初は尾根頂上部での〜12トン/km2/年から丘陵斜面凸部域〜20トン/km2/年まで増加し、それから土壌が45-50m移動してしまうまでに13トン/km2/年に減少する。表面近くの土壌は、深部の土壌よりも風化されやすい。この地球化学的な成層化は、土壌が斜面下方へ移動するにつれても、土壌柱状は垂直方向に完全に混ぜ合わされないことを示す。溶質流失が移動距離に依存することは、観察された土壌厚さと湾曲に基づき予測された厚さの間に以前注目された相違を説明するだろう。移動距離にともなう溶質流失の変動は、土壌厚さが尾根部からの距離に一次従属している原因でもあろう。』
1. Introduction
2. Theory
2.1. Total mass loss in solution
2.2. Chemical weathering rate
3. Field description and methods
4. Results
4.1. Selection of conserved element
4.2. Geometry of the soil-saprolite boundary
4.3. Total mass loss across the hillslope
4.4. Calculated chemical weathering rates
4.5. Soil volume change
5. Discussion
5.1. Degrees of solute loss
5.2. Chemical weathering rates
6. Conclusions
Acknowledgements
Appendix A. Supplementary data
References
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Transport distance (m) 移動距離（m） |
Total soil chemical weathering ratea (ton km-2 yr-1 ) 全土壌化学風化速度 （トン/km2/年） |
Soil volume change 土壌体積変化 |
Soil residence timeb (kyr) 土壌滞留時間 （千年） |
| 0 | 20.0±1.2 | 0.30±0.04 | 14.8±1.5 |
| 3-15 | 28.6±1.0 | 0.33±0.09 | 16.1±2.0 |
| 15-30 | 29.4±1.6 | 0.16±0.06 | 29.0±3.3 |
| 30-45 | 23.0±1.3 | 0.00±0.05 | 51.7±8.8 |
| ＞45 | 19.3±2.1 | -0.10±0.02 | 90.9±12.2 |
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a Flux calculated with constant K = 0.0024 m2
yr-1 . 定数 K = 0.0024 m2/年で計算されたフラックス。 b Soil residence time = soil thickness/physical erosion rate. 土壌滞留時間＝土壌厚さ／物理浸食速度 |
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