『天然産の複数の鉱物から構成される物質の化学風化における速度コントロールⅡ．英国の4つの鉱山からの元素放出についての律速メカニズムおよび鉱物供給源と吸収源、そして実験室と野外スケールでの風化研究の比較との関係』
『Abstract
Predictions of mine-related water pollution are often based on
laboratory assays of mine-site material. However, many of the
factors that control the rate of element release from a site,
such as pH, water-rock ratio, the presence of secondary minerals,
particle size, and the relative roles of surface-kinetic and mineral
equilibria processes can exhibit considerable variation between
small-scale laboratory experiments and large-scale field sites.
Monthly monitoring of mine effluent and analysis of natural geological
material from four very different mine sites have been used to
determine the factors that control the rate of element release
and mineral sources and sinks for major elements and for the contaminant
metals Zn, Pb, and Cu. The sites are: a coal spoil tip; a limestone-hosted
Pb mine, abandoned for the last 200 a; a coal mine; and a slate-hosted
Cu mine that was abandoned 150 a ago. Hydrogeological analysis
of these sites has been performed to allow field fluxes of elements
suitable for comparison with laboratory results to be calculated.
Hydrogeological and mineral equilibrium control of element fluxes
are common at the field sites, far more so than in laboratory
studies. This is attributed to long residence times and low water-rock
ratios at the field sites. The high water storativity at many
mine sites, and the formation of soluble secondary minerals that
can efficiently adsorb metals onto their surfaces provides a large
potential source of pollution. This can be released rapidly if
conditions change significantly, as in, for example, the case
of flooding or disturbance.』
『要旨
鉱山に関係した水汚染の予測はしばしば鉱山用地試料の実験室での分析にもとづいている。しかし、pH、水-岩石比、二次鉱物の存在、粒径、表面カイネティックと鉱物平衡過程の相対的な役割のような、用地からの元素放出速度をコントロールする要因の多くが、小さなスケールの実験室での実験と大きなスケールの野外用地との間でかなりの変動を見せることになる。
鉱山からの廃水の月ごとのモニターおよび4つの非常に異なる鉱山用地からの天然地質試料の分析が、主要元素と汚染金属Zn・Pb・Cuについて元素放出速度および鉱物供給源と貯留部をコントロールする要因を決定するために行われた。用地は：石炭廃物捨て場；この200年間廃止された、石灰岩を母岩としたPb鉱山；炭鉱；150年前に廃止された、スレート（粘板岩）を母岩としたCu鉱山である。これらの用地の水文地質学的分析が、実験室での結果と比較するのに適した元素の野外でのフラックスを計算して求めるために行われた。元素フラックスの水文地質と鉱物平衡によるコントロールは、実験室での研究におけるよりもはるかに、野外用地で共通している。これは、野外用地では滞留時間が長くかつ水-岩石比が低いせいである。多くの鉱山用地で貯水性が高いことおよび効果的に表面に金属を吸着できる可溶性の二次鉱物が生成していることが、潜在的に大きな汚染源を提供している。これにより、例えば洪水や攪乱の場合のように条件がいちじるしく変われば、急速に放出されることがおこる。』
1. Introduction
2. Field sites
2.1. Quaking Houses
2.2. Grattendale
2.3. Ynysarwed
2.4. Church Coombe
3. Methods
3.1. Element release mechanisms
3.1.1. Water sampling and analysis
3.1.2. Interpretation
3.1.2.1. Surface kinetics (S)
3.1.2.2. Equilibrium (E)
3.1.2.3. Transport (T)
3.1.2.4. Depletion (D)
3.1.2.5. General transport (I)
3.2. Mineralogy
3.2.1. Sample collection
3.2.2. Analysis
3.2.3. Mineral modes
3.2.4. Identification of source and sink minerals
3.3. Area-normalised element fluxes
3.3.1. Masses of interacting rock (Vρ)
3.4. Comparison with laboratory work
4. Results
4.1. Water sampling and analysis
4.2. Mineralogy
4.3. Area-normalised element fluxes
4.4. Comparison with laboratory work
5. Discussion
5.1. Rate-controlling element release mechanisms
5.2. Influences on rate-controlling mechanism
5.3. Mineral sources and sinks
5.4. Recognition of rate-controlling mechanism
5.5. Use of algorithms
5.6. Practical implications
6. Conclusions
Acknowledgments
References