The dependence of albite feldspar dissolution kinetics on fluid saturation state at acid and basic pH: Progress towards a universal relation

Here we report on two separate ongoing, multi-year investigations on the dependence of the dissolution rate (R) of albite feldspar on fluid saturation state, as defined by the Gibbs free energy of reaction (ΔGr) for dissolution. The investigations are based on dissolution at pH 9.2, 150 °C and pH 3.3, 100 °C. Both studies reveal that the R–ΔGr relation is highly non-linear and sigmoidal. The kinetic data from the first study, being the most complete, can be fitted with a sigmoidal rate curve that is composed of two separate, parallel rate laws that represent distinct mechanisms of dissolution. The switch between one dominant mechanism and the other may be controlled by a critical free energy. The fact that in both studies the same type of sigmoidal R–ΔGr relation exists for dissolution at different pH and temperature condition suggests that this behavior may be universal for albite and other feldspars. Moreover, the experimental data contradict the commonly used R–ΔGr relation that is loosely based on transition state theory (TST). This has important implications with respect to the accuracy of geochemical codes that model water–rock interactions at near-equilibrium conditions.

RésuméCette étude compare les résultats de deux séries d’expériences en cours sur la cinétique de dissolution de l’albite (R), en fonction de l’enthalpie libre de cette réaction (ΔGr). La première a été conduite à 150 °C et à un pH de 9,2, la seconde à 100 °C et à un pH de 3,3. Chacune des deux études révèle que la relation entre R et ΔGr est sigmoïdale. Le jeu de données de la première série d’expériences peut être reproduit à l’aide d’une courbe paramétrée. La formulation de cette courbe repose sur deux lois cinétiques parallèles, décrivant deux mécanismes de dissolution distincts. Le basculement d’un mécanisme prédominant par rapport à l’autre est probablement contrôlé par une valeur critique de ΔGr. L’existence d’une relation sigmoïdale unique en dépit des différences de conditions expérimentales suggère que ce comportement est caractéristique et universel pour l’albite et probablement plus généralement pour les feldspaths. De plus, les données expérimentales sont en contradiction avec la formulation classique des relations R–ΔGr basée sur la théorie de l’état de transition (TST), qui est implémentée dans la plupart des codes géochimiques. Elle serait donc une source importante d’imprécision proche des conditions d’équilibre chimique lors des simulations numériques.