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Clays and Clay Minerals

, Volume 19, Issue 6, pp 375–382 | Cite as

Trace Element Concentration in Amorphous Clays of Volcanic Ash Soils in Oregon

  • G. A. Borchardt
  • M. E. Harward
  • E. G. Knox
Article

Abstract

Clay fractions in soils from a transect of the Mazama ash deposit (6600-yr-old) contained more than 80% amorphous material. Instrumental neutron activation analysis was used to compare the trace element composition of the soil clay with the unweathered volcanic glass. The clay fractions had only 10% as much Na as the volcanic glass. Conversely, the rare earth element concentrations were about three times greater and the transition metal concentrations were up to nine times greater in the clay than in the glass. The < 2µ size fraction therefore contained mostly weathering products rather than fine glass.

The abundances of Cr, Co, Sc, and Fe in the clay fraction decreased with depth. The Sc/Fe ratio was approximately 4 × 10−4 for both clay and the unweathered glass. The relationship between elemental concentration in clay and fine sand size separates from the same soil horizons indicated that the clay exists in association with the larger size particles, probably as coatings.

Dilute nitric acid removed about 80% of the rare earth elements La, Nd, Sm, Eu, Tb, Yb, and Lu from the clay. Deferration was necessary to remove Ce, a rare earth element that forms insoluble oxides upon oxidation to the Ce4+ state. The residue of the KOH dissolution treatment contained 2:1 layer silicates that may be derived from primary biotite.

Résumé

Les fractions argileuses des sols provenant d’un transect du dépôt de cendres de Mazama (âge: 6600 ans) contiennent plus de 80% de matériau amorphe. L’analyse par activation neutronique a été utilisée pour comparer les compositions en éléments traces de l’argile de sol et du verre volcanique non altéré. La teneur en Na des fractions argileuses n’atteint seulement que 10% de celle du verre volcanique. Par contre, dans l’argile, les concentrations en éléments de la série des terres rares sont environ trois fois plus grandes que dans le verre, et les concentrations en métaux de transition, jusqu’à neuf fois plus grandes que dans le verre. Ainsi, la fraction inférieure à 2µ contient essentiellement des produits d’altération plutôt que du verre finement divisé.

Les teneurs de la fraction argileuse en Cr, Co, Sc et Fe diminuent avec la profondeur. Le rapport Sc/Fe est environ 4 × 10−4, à la fois pour l’argile et le verre non altéré. La comparaison entre les concentrations en éléments chimiques dans les fractions argile et dans les fractions sable fin provenant des mêmes horizons de sol montre que l’argile existe en association avec des particules de plus grande taille, probablement sous forme de revêtement.

L’acide nitrique dilué fait disparaître de l’argile environ 80% des éléments de la série des terres rares, La, Nd, Sm, Eu, Tb, Yb et Lu. La déferrification est nécessaire pour enlever Ce, un lanthanide qui forme des oxydes insolubles par oxydation à l’état Ce4+. Le résidu du traitement de dissolution par KOH contient des phyllosilicates 2:1 qui peuvent éventuellement provenir de la biotite primaire.

Kurzreferat

Tonfraktionen in Böden aus einer Durchschneidung des Mazama-Aschelager (6600 Jahre alt) enthielten mehr als 80% amorphes Material. Es wurde Neutronenaktivierungsanalyse verwendet zum Vergleich der Spurenelementzusammensetzung des Bodentones mit unverwittertem, vulkanischem Glas. Die Tonfraktionen wiesen nur 10% des Na-Gehaltes des vulkanischen Glases auf. Umgekehrt waren die Konzentrationen an seltenen Erden etwa dreimal so hoch und die Konzentrationen an Übergangsmetallen waren bis zu neunmal grösser im Ton als im Glas. Die Fraktion < 2µ Grösse enthielt daher in erster Linie Verwitterungsprodukte eher als feines Glas.

Die grossen Mengen von Cr, Co, Sc und Fe in den Tonfraktion nahmen mit der Tiefe ab. Des Sc/Fe Verhältnis war ungefähr 4 × 10−4 sowohl für Ton als auch für unverwittertes Glas. Das Verhältnis zwischen Elementkonzentrationen in Ton- und Feinsandabscheidungen aus den gleichen Bodenniveaus zeigt an, dass der Ton in Verbindung mit Teilchen höherer Grössenordnung vorhanden ist, vermutlich als Belag.

Verdünnte Salpetersäure entfernte etwa 80% der seltenen Erden La, Nd, Sm, Eu, Tb, Yb und Lu aus dem Ton. Enteisenung war erforderlich zur Entfernung des Ce, eines Elements aus den seltenen Erden, das bei der Oxydation unlösliche Oxyde zur Ce4+ Stufe bildet. Der Überrest nach der Lösungsbehandlung mit KOH enthielt 2:1 Schichtsilikate, die aus primärem Biotit entstanden sein könnten.

Резюме

Глинистые фракции почв из разреза пепловой залежи Мазама (возраст 6600 лет) содержат более 80% аморфного вещества. Для сравнения содержания рассеянных элементов в глинистых почвах и в невыветрелом вулканическом стекле использовался инструментальный нейтронно-активационный анализ. Глинистые фракции содержали лишь 10% Na от его количества в вулканическом стекле. Напротив, концентрация редкоземельных элементов в глинистых фракциях примерно в 3 раза, а концентрация переходных металлов до 9 раз больше, чем в вулканическом стекле. Фракция < 2 мк содержала больше продуктов выветривания, чем тонкодисперсное стекло.

Содержание Cr, Co, Sc и Fe в глинистой фракции уменьшается с глубиной; Sc/Fe составляет примерно 4 × 10−4 как в глине, так и в невыветрелом стекле. Соотношение между концентрацией элементов в глине и размерами частиц тонкого песка, выделенного из тех же почвенных горизонтов, указывает на то, что глина ассоциируется с частицами большего размера, вероятно, в виде пленок.

При обработке разбавленной азотной кислотой из глины удалялось около 80% редкоземельных элементов (La, Nd, Sm, Eu, Tb, Yb, и Lu). Для удаления Се, образующего нерастворимые окислы при окислении до Се4+, необходимо освобождение от железа. Остаток после обработки КОН содержал слоистые силикаты типа 2:1, которые могут быть производными первичного биотита.

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References

  1. Borchardt, G. A. (1970) Neutron activation analysis for correlating volcanic ash soils: Ph.D. Thesis, Oregon State Univ. Diss. Abstr. 30, 4870B.Google Scholar
  2. Borchardt, G. A. and Harward, M. E. (1971) Trace element correlation of volcanic ash soils: Soil Sci. Soc. Am. Proc. 35, 626–631.CrossRefGoogle Scholar
  3. Borchardt, G. A., Harward, M. E. and Schmitt, R. A. (1971) Correlation of Cascade volcanic ash deposits by activation analysis of glass separates: Quat. Res. 1, 247–260.CrossRefGoogle Scholar
  4. Chichester, F. W. (1967) Clay mineralogy and related chemical properties of soils formed on Mazama pumice: Ph.D. Thesis. Oregon State Univ., Diss. Abstr. 27, 3749B.Google Scholar
  5. Chichester, F. W., Youngberg, C. T. and Harward, M. E. (1969) Clay mineralogy of soils formed on Mazama pumice: Soil Sci. Soc. Am. Proc. 33, 115–120.CrossRefGoogle Scholar
  6. Gordon, G. E., Randle, K., Goles, G. G., Corliss, J. B., Beeson, M. H. and Oxley, S. S. (1968) Instrumental activation analysis of standard rocks with high-resolution γ-ray detectors: Geochim. Cosmochim. Acta 2, 369–396.CrossRefGoogle Scholar
  7. Haskin, L. A., Frey, F. A., Schmitt, R. A. and Smith, R. H. (1966) Meteoritic, solar and terrestrial rare earth distributions. In Physics and Chemistry of the Earth, Vol. 7, pp. 167–321, Pergamon Press, Oxford.CrossRefGoogle Scholar
  8. Jackson, M. L. (1956) Soil Chemical Analysis-Advanced Course: Madison, Wisconsin, author, 991 pp.Google Scholar
  9. Jenne, E. A. (1968) Controls on Mn, Fe, Co, Ni, Cu and Zn concentrations in soils and water: The significant role of hydrous Mn and Feoxides: In: Trace Inorganics in Water: A symposium, American Chemical Society, Washington, D.C.Google Scholar
  10. Kline, J. R., Foss, J. E. and Brar, S. S. (1969) Lanthanum and scandium distribution in three glacial soils of western Wisconsin: Soil Sci. Soc. Am. Proc. 33, 287–291.CrossRefGoogle Scholar
  11. Moore, J. R. (1963) Bottom sediment studies, Buzzards Bay, Massachusetts: J. Sed. Pet. 33, 511–558.Google Scholar
  12. Robinson, W. O., Bastron, H., and Murata, K. J. (1958) Biogeochemistry of the rare-earth elements with particular reference to hickory trees: Geochim. Cosmochim. Acta 14, 55–67.CrossRefGoogle Scholar
  13. Roth, C. B., Jackson, M. L., de Villiers, J. M., and Volk, V. V. (1966) Surface colloids on micaceous vermiculite: In Soil Chemistry and Fertility: Trans. Intern. Soc. Soil Svi., Aberdeen, Scotland, pp. 217–221.Google Scholar
  14. Soil Survey Staff (1967) Supplement to Soil Classification System (7th Approximation): Soil Conservation Service, U.S. Dept. Agri. U.S. Gov’t Printing Office, Washington, D.C.Google Scholar
  15. Taylor, S. R. (1965) The application of trace element data to problems in petrology: In Physics and Chemistry of the Earth, Vol. 6, pp. 133–213, Pergamon Press, Oxford.CrossRefGoogle Scholar
  16. Vinogradov, A. P. (1959) The Geochemistry of Rare and dispersed Chemical Elements in Soils: Consultants Bureau, New York.Google Scholar

Copyright information

© The Clay Minerals Society 1971

Authors and Affiliations

  • G. A. Borchardt
    • 1
  • M. E. Harward
    • 1
  • E. G. Knox
    • 1
  1. 1.Department of SoilsOregon State UniversityCorvallisUSA

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