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Natural systems evidence for the effects of temperature and the activity of aqueous silica upon montmorillonite stability in clay barriers for the disposal of radioactive wastes

放射性廃棄物処分の粘土バリアにおけるモンモリロナイトの安定性に係る温度及びシリカ活量の影響に関わる天然事例

Savage, D.*; Wilson, J.*; Benbow, S.*; 笹本 広; 小田 治恵; Walker, C.*; 川間 大介*; 舘 幸男

Savage, D.*; Wilson, J.*; Benbow, S.*; Sasamoto, Hiroshi; Oda, Chie; Walker, C.*; Kawama, Daisuke*; Tachi, Yukio

本研究では、モンモリロナイトの安定性における温度及び溶液中のシリカ活量の影響に係る天然事例について評価を試みた。異なる熱力学データベースを用いた熱力学的モデルにより、モンモリロナイトの安定領域は、0$$sim$$140$$^{circ}$$Cの温度領域であると推測された。一方、溶液中のシリカ活量が低い場合、モンモリロナイトの安定領域の一部は、イライトが安定な領域に変わることも示唆された。また、日本の沖合におけるODPサイトで得られた堆積物中の間隙水や鉱物組成に係るデータでは、60$$^{circ}$$C程度の温度までは、モンモリロナイトと非晶質シリカが安定であるが、より高温の条件では、イライトと石英の組み合わせが安定であることも示唆された。一方、百万年を越えるような長期においても、80$$^{circ}$$Cよりも低温の条件では、スメクタイトの一種であるモンモリロナイトは、イライトに変換されないことも示唆された。

Natural systems evidence for the effects of temperature and the activity of aqueous silica upon montmorillonite stability was evaluated. Thermodynamic modeling using three different TDBs shows that stability fields for montmorillonite exist from 0 to 140$$^{circ}$$C, but at low values of silica activity, a stability field for illite replaces that for montmorillonite. Pore fluid chemical and mineralogical data for sediments from ODP sites from offshore Japan show a trend from montmorillonite + amorphous silica stability at temperatures up to 60$$^{circ}$$C to that for illite + quartz at higher temperatures. However, even over very long timescales ($$gg$$ 1 Ma), smectite does not transform to illite under thermodynamically-favourable conditions at temperatures less than 80$$^{circ}$$C.

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