大崙溪流域地下變質岩層破碎帶之化學風化作用

Abstract

化學風化為岩石與水的交互作用，得以調節大氣二氧化碳含量。過去關於化學風化的研究主要聚焦於大河系統，透過量測河水的溶質濃度，建立流域尺度的化學風化速率，並探討氣候條件與岩性分布對風化速率的影響。除了近地表環境外，化學風化作用亦可能藉由地表水流經裂隙或破裂帶入滲，與地下岩石反應。然而透過河水反推的風化機制並無法解析風化作用進行的確實位置，更鮮有研究探討以變質岩為主之活動造山帶地下化學風化作用。 有鑑於此，本研究藉由大崙溪流域鑽取的岩心，探討於造山帶、片岩為主體的小河流域之地下化學風化作用。透過岩心產狀得知，由淺至深依序為地表至10公尺深的土壤與崩積層、10至60公尺區段屬黑色片岩夾雜多處厚度不等、破碎、未膠結、粒徑不一的岩屑構成的破碎帶、60公尺以下為緻密基岩，綠色或矽質片岩為主。元素分析顯示破碎帶的總有機碳含量高於基岩；總硫含量變異度較基岩大。淋溶實驗溶質分析顯示所有樣本最主要的陰離子成分都是SO42-，破碎帶樣本濃度範圍為0.6至21.2 μmol g-1，統計結果高於相鄰基岩產率（0.1至9.9 μmol g-1）。破碎帶與基岩的淋溶產生的陽離子組成有顯著差異，Ca2+與Na+分別為其主要陽離子，淋溶離子的莫耳比例差異與風化途徑緊密相關。由Ca2+/Na+ 和Mg2+/Na+ 的關係圖顯示，基岩產生的溶質多集中於矽酸鹽礦物風化的端成分，而破碎帶淋溶得到的溶質則介於矽酸鹽礦物與碳酸鹽礦物的端成分間；大崙溪流域的地下岩層風化產生的SO42-總通量估計為7.44×104至3.82×107 mol yr-1，單位面積最大輸出通量可高於平均世界大河流域1個數量級。綜合上述，本研究推測大崙溪地下的風化作用主要由黃鐵礦氧化產生的硫酸根所驅動，因廣泛分布於地層的破碎帶，增加礦物與地下水的反應面積，加速風化的進行，導致CO2的淨排放，並影響碳循環的收支。