ゴルディッチ溶解系列

ゴルディッチ溶解系列は、地球表面上の一般的な火成鉱物の相対的な安定性または風化速度を予測する方法です。高温高圧で形成される鉱物は、低温高圧で形成される鉱物よりも地表上で安定性が低くなります

不連続シリーズ連続シリーズ高
オリビン斜長石（カルシウム豊富）
輝石
角閃石
黒雲母（黒雲母）斜長石（ナトリウム含有）相対的な風化ポテンシャル
正長石
白雲母
石英
低

化学的風化プロセス

S.S.ゴールドディッチは、土壌断面とその母岩を研究した後、1938年にこの一連の風化過程を導き出しました。[ 1 ]ゴールドディッチは、一連の風化地域からのサンプル分析に基づいて、鉱物の風化速度は、少なくとも部分的には、溶融物から結晶化する順序によって制御されていることを突き止めました。この順序は、溶融物から最初に結晶化した鉱物は地表条件下で最も不安定であり、最後に結晶化した鉱物は最も安定していることを意味します。これは風化速度を制御する唯一の要因ではありません。この速度は、内因的変数（鉱物固有の性質）と外因的変数（環境に固有の性質）の両方に依存します。[ 1 ] [ 2 ]気候は重要な外因的変数であり、水と岩石の比率、pH、アルカリ度を制御し、これらはすべて風化速度に影響を与えます[ 1 ]ゴルディッチ溶解系列は鉱物の固有の性質に関するもので、ゴルディッチだけでなく先行する科学者によっても風化速度を制限する上で重要であることが証明されています。

Steidtmannによる以前の研究[ 3 ]では、岩石が風化するにつれてイオンが失われる順序は、CO 3 2-、Mg 2+、Na +、K +、SiO 2 −、Fe 2+/3+、そして最後にAl 3+であることが実証されました。Goldichはこの分析をさらに進め、これらのイオンの浸出に対する相対的な耐性に関連する鉱物の相対的な安定性の順序に注目しました。Goldichは、全体的に、苦鉄質鉱物（鉄とマグネシウムが豊富）は珪長質鉱物（シリカが豊富）よりも安定性が低いと指摘しています。この一連の安定性の順序はBowenの反応系列と非常によく一致しており、Goldichは表面での相対的な安定性は結晶化順序によって制御されると示唆しています。[ 4 ]

ゴルディッチによる当初の鉱物風化ポテンシャルの順序は定性的なものであったが、その後のミハル・コワルスキーとJ・ドナルド・リムスティットによる研究では、この順序を定量的に位置づけた。コワルスキーとリムスティットは、機械的および化学的粒子風化の解析を行い、化学的に風化した砕屑性粒子の平均寿命が、ゴルディッチの順序と定量的に非常によく適合することを実証した。[ 5 ]これは、溶解系列の現実世界への適用性を補完するのに役立った。化学的風化時間の差は、数百万年に及ぶことがある。例えば、一般的な火成鉱物の中で最も風化が早いのはアパタイトで、平均10 5.48年で完全に風化しますが、最も遅いのは石英で、10 8.59年で完全に風化します。[ 5 ]

ボーエン反応系列

ゴルディッチ溶解系列はボーエン反応系列と同じパターンをたどり、最初に結晶化した鉱物が最初に化学的風化を受けます。[ 4 ]ボーエン反応系列によれば、分別結晶化の過程では、かんらん石とCa斜長石長石が最初に溶融物から結晶化し、その後に輝石、角閃石、黒雲母、Na斜長石、正長石長石、白雲母、そして最後に石英が続きます。この順序は溶融物の温度と組成によって制御されます。早く結晶化した鉱物は高温高圧下でより安定しているため、地表条件下では最も速く風化します

サポナイトは、超塩基性岩石および塩基性岩石の一般的な風化生成物です。高pHの蒸発岩湖や玄武岩、蛇紋岩と共存して産出します。

一般的な二次鉱物

火成鉱物の化学的風化は、母鉱物の風化生成物である二次鉱物の形成につながります。火成岩の二次風化鉱物は、主に酸化鉄、塩、層状珪酸塩に分類できます。二次鉱物の化学的性質は、母岩の化学的性質によって部分的に制御されます。塩基性岩はマグネシウム、鉄（III）、および鉄（II ）の含有量が多い傾向があり、これらの陽イオンを多く含む二次鉱物につながる可能性があります。[ 6 ]蛇紋石、Al、Mg、Caに富む粘土[ 7 ] 、およびヘマタイトなどの酸化鉄が含まれます[ 6 ]珪長質岩はカリウムとナトリウムの割合が比較的高い傾向があり、カオリナイト、[ 8 ]モンモリロナイト[ 8 ]やイライト[ 9 ]などのAl、Na、Kに富む粘土を含むこれらのイオンに富む二次鉱物を生成する可能性があります。

マントル捕獲岩内のオリビン風化によるイッディングサイトへの反応は、この系列内での一般的な反応である。

土壌プロファイルへの適用

ゴルディッチ溶解系列は、土壌断面を母材に基づいて特徴付ける方法であるリソシーケンスに適用できます。 [ 10 ]リソシーケンスには、比較的類似した風化条件を経た土壌が含まれるため、組成の変化は母材鉱物の相対的な風化速度に基づいています。したがって、これらの土壌の風化速度と組成は、主にゴルディッチ溶解系列中の鉱物の相対的な割合によって影響を受けます。[ 10 ]

制限事項

White と Brantley (2003) による実験的研究は、Goldich 溶解系列の限界のいくつかを浮き彫りにし、最も顕著なのは、異なる鉱物の風化速度のいくつかの変動が Goldich が主張するほど顕著ではないことである。[ 2 ] Goldich 溶解系列によれば、斜長石である灰長石は急速に風化するはずであり、その寿命はKowalski と Rimstidt によって10-5.62年と定量化されている。[ 1 ] [ 5 ]対照的に、K 長石の寿命は、 Kowalski と Rimstidt の研究に基づくと10-8.53年と、はるかに長いはずである。しかし、White と Brantley の実験結果では、K 長石と斜長石の相対的な風化速度は非常に似ており、主に鉱物が既に風化していた程度によって緩和されることが実証されている (指数関数的に減少する関数)。これは、ゴルディッチ級数がすべての種類の風化プロセスに当てはまるわけではないこと、また同様に表面の風化速度の指数関数的減少の影響を考慮していないことを示しています。[ 2 ]

参考文献

  1. ^ a b c dゴールドイッチ、サミュエル・S. (1938). 「岩石風化の研究」 .地質学ジャーナル. 46 (1): 17– 58.書誌コード: 1938JG.....46...17G . doi : 10.1086/624619 . ISSN  0022-1376 . S2CID  128498195
  2. ^ a b c White, Art F; Brantley, Susan L (2003). 「ケイ酸塩鉱物の風化に対する時間の影響：実験室と現場での風化速度が異なるのはなぜか？」 .化学地質学. 化学的風化の制御. 202 (3): 479– 506. Bibcode : 2003ChGeo.202..479W . doi : 10.1016/j.chemgeo.2003.03.001 . ISSN 0009-2541 . 
  3. ^ Steidtmann, Edward (1908). 「風化による岩石の変質と高温溶液による変質の図的比較」 . Economic Geology . 3 (5): 381– 409. Bibcode : 1908EcGeo...3..381S . doi : 10.2113/gsecongeo.3.5.381 . ISSN 0361-0128 . 
  4. ^ a b Bowen, NL (1956). 『火成岩の進化』カナダ：ドーバー. pp.  60– 62.
  5. ^ a b c Kowalewski, Michał; Rimstidt, J. Donald (2003). 「堆積性粒子の平均寿命と年代スペクトル：堆積性粒子の統一理論に向けて」 . The Journal of Geology . 111 (4): 427– 439. Bibcode : 2003JG....111..427K . doi : 10.1086/375284 . ISSN 0022-1376 . S2CID 129172662 .  
  6. ^ a bシーバー、レイモンド;ウッドフォード、ノーマ (1979)。「溶解速度論と苦鉄質鉱物の風化」。Geochimica et Cosmochimica Acta。43 (5): 717–724。ビブコード: 1979GeCoA..43..717S。土井：10.1016/0016-7037(79)90255-2。ISSN 0016-7037。 
  7. ^ムニエ、アラン (2005).クレイ. フランス: シュプリンガー. p. 265. ISBN 3-540-21667-7。
  8. ^ a b Stoch, Leszek; Sikora, Wanda (1976). 「花崗岩および片麻岩のカオリナイト化過程における雲母の変化」 .粘土および粘土鉱物. 24 (4): 156– 162. Bibcode : 1976CCM....24..156S . doi : 10.1346/CCMN.1976.0240402 . ISSN 1552-8367 . S2CID 51812008  
  9. ^ Sequeira Braga, M. A; Paquet, H; Begonha, A (2002). 「温帯気候（ポルトガル北西部）における花崗岩の風化：花崗岩質サプロライトと砂化」 . CATENA . 49 (1): 41– 56. Bibcode : 2002Caten..49...41S . doi : 10.1016/S0341-8162(02)00017-6 . ISSN 0341-8162 . 
  10. ^ a b White, Art F. (1995)、「第9章 土壌中の珪酸塩鉱物の化学的風化速度」、珪酸塩鉱物の化学的風化速度、De Gruyter、pp.  407– 462、doi : 10.1515/9781501509650-011、ISBN 97815015096502021年10月28日閲覧{{citation}}：CS1 maint：作品パラメータ（ISBN付き）（リンク）
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