オマーンオフィオライトに湧出する高アルカリ泉周辺における二次鉱物の生成とその要因

Geochemical factors for secondary mineral formation at naturally-occurring hyperalkaline spring in Oman ophiolite

安楽 総太郎 ; 松原 勇武*; 森本 和也*; 佐藤 努*

Anraku, Sohtaro; Matsubara, Isamu*; Morimoto, Kazuya*; Sato, Tsutomu*

放射性廃棄物処分場の高pH環境下で生成が予想される主要な鉱物であるブルーサイトとLDHが、それぞれ違うサイトにおいて確認された。LDHの生成が確認されたサイトでは、ブルーサイトに関しても過飽和であったが、その生成は確認されなかった。つまり、一定のAl濃度が溶存している環境では、Mgの消費先として、LDHがブルーサイトよりも優先的であるということが明らかとなった。これは、陰イオン交換能をもつLDHの生成する条件が広がることを意味するため、処分評価上重要な知見である。また、生成したLDH相の陰イオン交換サイトを設定することで、各種陰イオンの層間へのインターカレーションを計算した。その結果、Siの選択係数が非常に高いことが必要になることから、その消費先としては、溶液組成から過飽和であることが確認されたMgとSiの非晶質な鉱物であるMSHの生成の可能性も示唆された。カルシウム炭酸塩の生成に関しては、アラゴナイトの生成が支配的であったため、本研究においては、カルサイトの生成を除外した平衡モデルによりその生成量を予測したが、概ね良い一致を示した。カルサイト生成がMgの濃度により速度論的に抑制されているのであれば、上述のLDHとブルーサイト、さらにはMSHの生成によるMgの消費の記載がより正確になることで、Mg濃度をパラメーターとしてカルサイトとアラゴナイトを含めたカルシウム炭酸塩の生成を速度論的に表現することが可能と考えられる。

Anionic radionuclides are important for the long-term safety assessment of Japanese transuranic (TRU) waste disposal facilities. Degradation of cementitious materials used to construct the TRU waste disposal facilities, however, can produce a hyperalkaline leachate and so it is necessary to understand the reaction mechanisms that will control the behavior and fate of anionic radionuclides under these hyperalkaline conditions. An excellent natural analogue site to study relevant reaction mechanisms is provided in Oman where hyperalkaline spring waters (pH 11) from serpentinized peridotites discharge into moderately alkaline rivers. Aragonite was found in all secondary mineral samples, with accessory minerals of calcite, layered double hydroxide (LDH) and brucite. LDH was observed at the high Al concentration springs and brucite at the low Al concentration springs. Calcite was only found close to the springs. Distal calcite formation was inhibited due to high Mg concentrations in the river water. The spatial distribution of minerals therefore implicates the importance of the mixing ratio of spring to river water and the relative chemical compositions of the spring and river waters. Supporting mixing model calculations could successfully reproduce the precipitation of aragonite and LDH. The observed decrease in Ca concentration could be explained by aragonite precipitation. pH exerted a strong control on the precipitation of LDH and so too, therefore, on Al concentration. In the mixing water experiments containing up to 40% river water, LDH and brucite were both oversaturated, but brucite was not always identified by XRD. The possible inhibition of brucite by LDH precipitation was an unexpected result.