Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Bắc cầu giữa các phép đo trong phòng thí nghiệm và ước lượng thực địa về quá trình phong hóa silicate bằng cách sử dụng các phép tính đơn giản
Tóm tắt
Tốc độ phong hóa của các khoáng silicat được quan sát trong phòng thí nghiệm thường cao hơn từ năm bậc độ lớn so với các tốc độ suy diễn từ các nghiên cứu thực địa. Các phép tính đơn giản cho thấy ngay cả khi điều kiện thực địa được mô phỏng hoàn toàn trong các thí nghiệm phòng thí nghiệm tiêu chuẩn, sẽ không thể đo được các tốc độ hòa tan chậm của khoáng vật như được quan sát trong thực địa. Khi việc đo lường tốc độ hòa tan dưới điều kiện thực địa điển hình là không thể, cần phải suy diễn dữ liệu có sẵn sang các điều kiện thực địa. Để làm điều này, một định luật tốc độ cho quá trình hòa tan của plagioclase trong thực địa đã được xây dựng bằng cách kết hợp tốc độ hòa tan xa khỏi trạng thái cân bằng của oligoclase tự nhiên đã phong hóa ở 25°C với hiệu ứng sai lệch khỏi trạng thái cân bằng lên tốc độ hòa tan của albite tươi ở 80°C. Ngược lại với quan điểm phổ biến rằng các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm dự đoán tốc độ hòa tan nhanh hơn so với thực địa, mô phỏng dựa trên định luật tốc độ này cho thấy rằng các thí nghiệm hòa tan trong phòng thí nghiệm thực sự dự đoán tốc độ chậm hơn so với những gì được quan sát trong thực địa. Sự không khớp này được giải thích bởi ảnh hưởng của sự lắng đọng các khoáng thứ cấp lên mức độ bão hòa của các khoáng chính và do đó ảnh hưởng đến tốc độ hòa tan của chúng. Thực tế, việc thêm sự lắng đọng kaolinite vào mô phỏng đã làm tăng đáng kể tốc độ hòa tan của plagioclase. Hơn nữa, một sự liên kết mạnh mẽ giữa hòa tan oligoclase và lắng đọng kaolinite đã được quan sát thấy trong mô phỏng. Chúng tôi cho rằng sự liên kết như vậy cũng phải tồn tại trong thực địa. Do đó, bất kỳ nỗ lực nào để dự đoán tốc độ hòa tan trong thực địa đều yêu cầu hiểu biết về tốc độ lắng đọng khoáng thứ cấp.
Từ khóa
#quá trình phong hóa #silicat #plagioclase #lắng đọng khoáng #mô phỏngTài liệu tham khảo
Anbeek C (1993) The effect of natural weathering on dissolution rates. Geochim Cosmochim Acta 57:4963–4975
Arnorsson S, Stefansson A (1999) Assessment of feldspar solubility constants in water in the range 0 to 350°C at vapor saturation pressures. Amer J Sci 299:173–209
Beig MS, Luttge A (2006) Albite dissolution kinetics as a function of distance from equilibrium: implications for natural feldspar weathering (in press). Geochim Cosmochim Acta
Berner RA (1992) Weathering, plants and the long term carbon cycle. Geochim Cosmochim Acta 56:3225–3231
Blum A, Stillings LL (1995) Feldspar dissolution kinetics. In: White AF, Brantley SL (eds) Chemical weathering rates of silicate minerals, vol 31. Mineralogical Society of America, USA, pp 291–351
Brantley SL (2004) Reaction kinetics of primary rock-forming minerals under ambient conditions. In: Holland HD, Turekian KK (eds) Treatise on Geochemistry. Elsevier, Newyork
Bricker OP, Jones B, Bowser CJ (2004) Mass-balance approach to interpreting weathering reactions in watershed systems. In: Surface and ground water, weathering, and soils, vol 5. Elsevier Science, pp 119–132
Burch TE, Nagy KL, Lasaga AC (1993) Free energy dependence of albite dissolution kinetics at 80°C, pH 8.8. Chem Geol 105:137–162
Burton WK, Cabrera N, Frank FC (1951) The growth of crystals and the equilibrium structure of their surfaces. Philos Trans R Soc Lond 243:299–358
Carroll SA, Walther JV (1990) Kaolinite dissolution at 25°, 60°, and 80°C. Amer J Sci 290:797–810
Casey WH, Banfield JF, Westrich HR, McLaughlin L (1993) What do dissolution experiments tell us about natural weathering? Chem Geol 105:1–15
Drever JI (2003) Surface and ground water, weathering, and soils. In: Holland HD, Turekian KK (eds) Treatise on Geochemistry, vol 5. Elsevier Science, pp 626
Ganor J, Huston TJ, Walter LM (2005) Quartz precipitation kinetics at 180°C in NaCl solutions—implications for the usability of the principle of detailed balancing. Geochim Cosmochim Acta 69(8):2043–2056
Huntington TG, Hooper RP, Johnson CE, Aulenbach BT, Cappellato R, Blum AE (2000) Calcium depletion in forest ecosystems of southeastern United States. Soil Sci Soc Amer J 64:1845–1858
Lasaga AC (1998) Kinetic theory in the earth sciences. Princeton University Press, Newyork
Lasaga AC, Blum AE (1986) Surface chemistry, etch pits and mineral-water reactions. Geochim Cosmochim Acta 50:2363–2379
Lasaga AC, Soler JM, Ganor J, Burch TE, Nagy KL (1994) Chemical weathering rate laws and global geochemical cycles. Geochim Cosmochim Acta 58(10):2361–2386
Mogollon JL, Ganor J, Soler JM, Lasaga AC (1996) Column experiments and the full dissolution rate law of gibbsite. Amer J Sci 296:729–765
Nagy KL, Blum AE, Lasaga AC (1991) Dissolution and precipitation kinetics of kaolinite at 80°C and pH 3: the dependence on solution saturation state. Amer J Sci 291:649–686
Nordstrom DK, Plummer LN, Langmuir D, Busenberg E, May HM, Jones B, Parkhurst DL (1990) Revised chemical equilibrium data for major water-mineral reactions and their limitations. In: Melchior DC, Bassett RL (eds) Chemical modeling of aqueous systems II. American Chemical Society, pp 398–413
Hodson ME (2003) The influence of Fe-rich coatings on the dissolution of anorthite a pH 2.6. Geochim Cosmochim Acta 67(18):3355–3363
Oelkers EH, Schott J, Devidal JL (1994) The effect of aluminum, pH, and chemical affinity on the rates of aluminosilicate dissolution reactions. Geochim Cosmochim Acta 58:2011–2024
Schnoor JL (1990) Kinetics of chemical weathering: a comparison of laboratory and field weathering rates. In: Stumm (ed) Aquatic chemical kinetics: reaction rates of processes in natural waters. Wiley, pp 475–504
Stumm W (1992) Chemistry of the solid–water interface: processes at the mineral–water and particle–water interface in natural systems. Wiley, Newyork
Taylor A, Blum JD (1995) Relation between soil age and silicate weathering rates determined from the chemical evolution of a glacial chronosequence. Geology 23(11):979–982
van Grinsven HJM, van Riemsdijk WH (1992) Evaluation of batch and column techniques to measure weathering rates in soils. Geoderma 52(1–2):41–57
Velbel MA (1993) Constancy of silicate-mineral weathering-rate ratios between natural and experimental weathering: implications for hydrologic control of differences in absolute rates. Chem Geol 105:89–99
White AF, Blum AE, Schulz MS, Huntington TG, Peters NE, Stonestrom DA (2002) Chemical weathering of the Panola Granite: solute and regolith elemental fluxes and the dissolution rate of biotite. In: Hellmann R, Wood SA (eds) Water–rock interaction, ore deposits, and environmental geochemistry: a tribute to David A. Crerar. The Geochemical Society, Special Publication No. 7 pp 37–59
White AF, Brantley SL (1995) Chemical weathering rates of silicate minerals. In: Ribbe PH (ed) Reviews in mineralogy, vol 31. Mineralogical Society of America, pp 583
White AF, Brantley SL (2003) The effect of time on the weathering of silicate minerals: why do weathering rates differ in the laboratory and field? Chem Geol 202:479–506
White AF, Bullen TD, Schulz MS, Blum AE, Huntington TG, Peters NE (2001) Differential rates of feldspar weathering in granitic regoliths. Geochim Cosmochim Acta 65:847–869
Wieland E, Stumm W (1992) Dissolution kinetics of kaolinite in acidic aqueous solutions at 25°C. Geochim Cosmochim Acta 56:3339–3355
Zhu C (2005) In situ feldspar dissolution rates in an aquifer. Geochim Cosmochim Acta 69(6):1435–1453
Zhu C, Blum A, Veblen D (2004) Feldspar dissolution rates and clay precipitation in the Navajo aquifer at Black Mesa, Arizona, USA. In: Eleventh international symposium on water–rock interaction WRI-11, pp 895–899