Aluminium dis-equilibrium solubility controls in Scottish acidic catchments

Abstract

Soil and stream water aluminium and hydrogen ion data are presented for three Scottish catchments that are both acidic and acid sensitive. Stream waters have pH values ranging from 3.9 to 7.1 and aluminium concentrations in the range 0.07 to 129 μM 1⁻¹. Within the soils H⁺ concentrations decline with depth, being highest in the organic horizons and lowest in the inorganic horizons. Mean H⁺ concentrations vary markedly from site to site (H⁺ ranges from 12 to 111 and from 9 to 72 μM 1⁻¹ in the upper and lower soils respectively). Correspondingly dissolved aluminium varies with depth and from site to site (range from 2 to 21 and from 8 to 17 μM 1⁻¹ in the upper and lower soils respectively). Thermodynamic analysis of these data sets show that simple Al(OH)₃ and Al(OH)SO₄ solubility relationships are inoperative in the stream and soil zones. Dis-equilibrium “weathering” processes are inferred, even in the case where Al(OH)₃ (gibbsite) is found within the catchment.

Résumé

On présente les données des ions aluminium et hydrogène de l'eau dans le sol et les cours d'eau pour trois bassins écossais qui sont à la fois acide et sensibles aux acides. Les eaux des ruisseaux présentent des valeurs de pH variant de 3.9 à 7.1 et des concentrations en aluminium variant de 0.07 à 1.29 μM 1⁻¹. A l'intérieur des sols la concentration en H⁺ décroît avec le profondeur, elle est la plus forte dans les horizons organiques et la plus faible dans les horizons inorganiques. Les concentrations moyennes en H⁺ varient de façon très nette d'un site à un autre (H⁺ varie de 12 à 111 et de 9 à 72 μM 1⁻¹ respectivement dans les couches supérieures et inférieures des sols). Les concentrations correspondants en aluminium dissout varient avec la profondeur et d'un site à l'autre (AI varie respectivement de 2 à 21 et de 8 à 17 μM 1⁻¹ dans les couches supérieures et inférieures des sols). Les analyses thermodynamiques de ces séries de données montrent que les relations simples de solubilité de Al(OH)₃ et Al(OH)SO₄ sont inopérants dans les cours d'eau et les sols. On suppose qu'il existe un diséquilibre par les processus d'alteration même dans le cas où on trouve Al(OH)₃ (gibbsite) dans le bassin.