Jökull


Jökull - 01.01.2010, Síða 170

Jökull - 01.01.2010, Síða 170
A. Stefánsson WATER-BASALT INTERACTION Weathering of basalts The results of the reaction path simulations of basalt glass reaction with unpolluted precipitation from Langjökull Glacier are shown in Figure 2, both in terms of pH changes and the secondary mineralogy after reaction progress. The reaction progress (ξ) is a measure of the mass of basalt dissolved per kg of wa- ter. It can be related to reaction time given that the re- active surface area of the basalt is known. The surface area in turn is a function of the reaction progress as the mineral grains dissolve over time. Two general con- clusions can be drawn from the calculations. Firstly, in a closed system, the water-rock process is described by an acid-base reaction with the basalt being the base and the acid initially supplied to the system, in this case as CO2. At a particular time, the system is in a steady state determined predominantly by the in- put of acid and the respective ionization constants and the quantity of basalt and secondary minerals formed. This is clearly demonstrated for the two sets of calculations shown in Figure 2, open and closed to atmospheric CO2. Secondly, the secondary miner- als formed depend on the extent of the reaction. The weathering sequence can be divided into three stages. Stage I is characterized by insignificant basalt dissolu- tion and the formation of simple insoluble hydroxides, mainly ferrihydrite. Upon progressive basaltic glass dissolution and secondary mineral formation, stage II is reached, characterized by the formation of simple Al-Si phases like imogolite, allophane and/or kaolin- ite and Ca-Mg-Fe smectites, decreasing the mobility of Al, Fe, Si, Ca and Mg. With extensive weathering, stage III may be reached with formation of smectites, zeolites, calcite and SiO2 (opal or chalcedony) be- ing the dominant alteration product. These results are in very good agreement with observations of natural secondary mineralogy formed during weathering in Iceland (Arnalds, 1990; Crovisier et al., 1992; Wada et al., 1992; Arnalds et al., 1995; Sigfússon et al., 2008) and are similar to those proposed by Stefáns- son and Gíslason (2001). The calculations suggest that the predominant factors in determining the weath- ering minerals is the extent of the reaction (reaction time per specific reactive surface area) and the sup- ply of acid to the system and the respective ionization constants. Low temperature alteration of basalts According to the conceptual model for basalt alter- ation, three factors are of importance in determining the secondary mineralogy and water composition in- cluding temperature, extent of reaction and the supply of acids. In order to gain insight into the three factors possibly influencing low-temperature geothermal al- teration of basalts, sets of closed system calculations were carried out on the basalt-water interaction. The results of the closed system calculations at 100◦C and 1, 10 and 100 mmol/kg CO2 are shown in Figures 3 and 4. The progressive water-basalt interaction was found to result in an increase in pH. At low initial CO2 concentration, the basalt dissolution quickly in- creases to pH >8. However, with increasing initial CO2 concentration, more basalt dissolution is needed to increase the pH of the water. At 100 mmol/kg CO2, about 0.3 moles of basalt are needed per litre of water to raise the pH above 6 and about 1 mol of basalt is needed to reach pH values of >8. The extent of the reaction and the pH together affect secondary mineral stabilities and the resulting water composition (Figure 4). Under mildly acid con- ditions (pH <6.5) that are characterized either by high initial acid supply and a low to high extent of the re- action or a low acid supply and low extent of reac- tion, most elements except Si, Al and Fe are relatively mobile, resulting in formation of minerals including kaolinite, chalcedony and simple Fe and Al oxyhy- droxides. At pH above 8, various clays, chalcedony and zeolites become the predominant alteration prod- uct, in addition to carbonates at high CO2 concentra- tions. This alkaline pH may be reached for low acid systems at insignificant basalt dissolution whereas at a high initial acid supply, considerable basalt dissolu- tion is required. Based on this, one can conclude that the very fine variations in pH at a particular tempera- ture constitute the dominant parameter in determining secondary mineral composition and mass as well as the various elemental mobilities. Further calculations on the water-basalt interac- tion were carried out using a strong acid or H2SO4. The results are described in detail by Markússon and 170 JÖKULL No. 60
Síða 1
Síða 2
Síða 3
Síða 4
Síða 5
Síða 6
Síða 7
Síða 8
Síða 9
Síða 10
Síða 11
Síða 12
Síða 13
Síða 14
Síða 15
Síða 16
Síða 17
Síða 18
Síða 19
Síða 20
Síða 21
Síða 22
Síða 23
Síða 24
Síða 25
Síða 26
Síða 27
Síða 28
Síða 29
Síða 30
Síða 31
Síða 32
Síða 33
Síða 34
Síða 35
Síða 36
Síða 37
Síða 38
Síða 39
Síða 40
Síða 41
Síða 42
Síða 43
Síða 44
Síða 45
Síða 46
Síða 47
Síða 48
Síða 49
Síða 50
Síða 51
Síða 52
Síða 53
Síða 54
Síða 55
Síða 56
Síða 57
Síða 58
Síða 59
Síða 60
Síða 61
Síða 62
Síða 63
Síða 64
Síða 65
Síða 66
Síða 67
Síða 68
Síða 69
Síða 70
Síða 71
Síða 72
Síða 73
Síða 74
Síða 75
Síða 76
Síða 77
Síða 78
Síða 79
Síða 80
Síða 81
Síða 82
Síða 83
Síða 84
Síða 85
Síða 86
Síða 87
Síða 88
Síða 89
Síða 90
Síða 91
Síða 92
Síða 93
Síða 94
Síða 95
Síða 96
Síða 97
Síða 98
Síða 99
Síða 100
Síða 101
Síða 102
Síða 103
Síða 104
Síða 105
Síða 106
Síða 107
Síða 108
Síða 109
Síða 110
Síða 111
Síða 112
Síða 113
Síða 114
Síða 115
Síða 116
Síða 117
Síða 118
Síða 119
Síða 120
Síða 121
Síða 122
Síða 123
Síða 124
Síða 125
Síða 126
Síða 127
Síða 128
Síða 129
Síða 130
Síða 131
Síða 132
Síða 133
Síða 134
Síða 135
Síða 136
Síða 137
Síða 138
Síða 139
Síða 140
Síða 141
Síða 142
Síða 143
Síða 144
Síða 145
Síða 146
Síða 147
Síða 148
Síða 149
Síða 150
Síða 151
Síða 152
Síða 153
Síða 154
Síða 155
Síða 156
Síða 157
Síða 158
Síða 159
Síða 160
Síða 161
Síða 162
Síða 163
Síða 164
Síða 165
Síða 166
Síða 167
Síða 168
Síða 169
Síða 170
Síða 171
Síða 172
Síða 173
Síða 174
Síða 175
Síða 176
Síða 177
Síða 178
Síða 179
Síða 180
Síða 181
Síða 182
Síða 183
Síða 184
Síða 185
Síða 186
Síða 187
Síða 188
Síða 189
Síða 190
Síða 191
Síða 192
Síða 193
Síða 194
Síða 195
Síða 196
Síða 197
Síða 198
Síða 199
Síða 200
Síða 201
Síða 202
Síða 203
Síða 204
Síða 205
Síða 206
Síða 207
Síða 208
Síða 209
Síða 210
Síða 211
Síða 212
Síða 213
Síða 214
Síða 215
Síða 216
Síða 217
Síða 218
Síða 219
Síða 220
Síða 221
Síða 222
Síða 223
Síða 224

x

Jökull

Beinleiðis leinki

Hvis du vil linke til denne avis/magasin, skal du bruge disse links:

Link til denne avis/magasin: Jökull
https://timarit.is/publication/1155

Link til dette eksemplar:

Link til denne side:

Link til denne artikel:

Venligst ikke link direkte til billeder eller PDfs på Timarit.is, da sådanne webadresser kan ændres uden advarsel. Brug venligst de angivne webadresser for at linke til sitet.