Variations of physico-mechanical, mineralogical and geochemical properties of marble under the influence of weathering

Purpose. To investigate the physico-mechanical, mineralogical and geochemical properties variations of Igbeti marble, south-western Nigeria under the influence of weathering. Methods. About twenty representative samples were collected at a varying depth up to a depth of 30 meters from the study area. The samples represented a group of unweathered, slightly weathered, moderately weathered and highly weathered rocks using weathering classification indices. Thin sections were prepared for textural and mineralogical studies of the rock samples. The chemical composition analyses of the rock samples were conducted using X-ray Fluorescence spectrometry (XRF). The physico-mechanical properties were also evaluated. Findings. The results showed that noticeable mineralogical and chemical changes occur in the rock fabric because of the increase in weathering state. The laboratory tests result also revealed that weathering reduces the strength of the rock. Originality. The transformation of physical and mechanical properties of rocks because of weathering is a major concern to the geotechnical engineers. These properties have been investigated by the researchers, but the majority of the available researches were conducted on weathered sedimentary and igneous rocks while that of metamorphic rock is very scarce. Hence, this study investigates the influence of weathering on physico-mechanical, mineralogical and geochemical properties of Igbeti marble, south-western Nigeria. Practical implications. The obtained results show that the transition of selected rock properties as a result of weathering would significantly affect slope stability and performance of the rock in engineering applications.Мета. Вивчення змін фізико-механічних, мінералогічних і геохімічних властивостей мармуру родовища Ігбеті (південно-Західна Нігерія) під впливом вивітрювання. Методика. Було відібрано 20 репрезентативних зразків на різних глибинах залягання породи (максимум – 30 м) у районі родовища. У відповідності з класифікаційними індексами вивітрювання зразки були розділені на групи: невивітрені, слабо вивітрені, помірно вивітрені, сильно вивітрені. Було виготовлено тонкі стрічки для вивчення текстурних і мінералогічних характеристик. Аналіз хімічного складу зразків проводився із використанням рентгенофлуоресцентної спектрометрії (РФС). Також була проведена оцінка фізико-механічних властивостей зразків. Результати. Результати досліджень показали, що значні мінеральні та хімічні зміни у товщі породи пов’язані з наростанням впливу вивітрювання. Встановлено за даними лабораторних досліджень, що об’ємна щільність, суха щільність, суха та питома вага, збільшуються з підвищенням ступеня вивітрювання, проте зміст води/вологи, водопоглинання, пористість, міцність на одноосьове стиснення, міцність при точковому навантаженні, міцність на розтяг та твердість за Шмідтом зменшуються. Встановлено зв’язок кількості домінуючих компонентів (кальцит і доломит) та інших силікатних і несилікатних мінералів зі ступенем вивітрювання. Наукова новизна. Для умов родовища Ігбеті виявлено характер та особливості впливу ступеня вивітрювання на зміну фізико-механічних і геохімічних властивостей мармурових порід метаморфічного типу, у той час як попередні дослідження присвячені осадовим та магматичним породам. Практична значимість. Результати досліджень необхідно враховувати в архітектурному та інженерному використанні у різних кліматичних зонах. Поняття впливу вивітрювання на властивості гірських порід є важливим критерієм для визначення глибини розробки, конструкції похилого схилу, методу, простоти видобутку та напрямів використання мармуру, що дозволить зменшити вартість і поліпшити роботи з розвідки й видобування.Цель. Изучение изменения физико-механических, минералогических и геохимических свойств мрамора месторождения Игбети (Юго-Западная Нигерия) под влиянием выветривания. Методика. Было отобрано 20 репрезентативных образцов на различных глубинах залегания породы (максимум – 30 м) в районе месторождения. В соответствии с классификационными индексами выветривания образцы были разделены на группы: невыветренные, слабо выветренные, умеренно выветренные, сильно выветренные. Были изготовлены тонкие срезы для изучения текстурных и минералогических характеристик образцов. Анализ химического состава образцов проводился с использованием рентгенофлуоресцентной спектрометрии (РФС). Была также проведена оценка физико-механических свойств образцов. Результаты. Результаты исследований показали, что значительные минералогические и химические изменения в толще породы связаны с нарастающим влиянием выветривания. Установлено по данным лабораторных исследований, что объемная плотность, сухая плотность, сухой вес и удельный вес увеличиваются с увеличением степени выветривания, а содержание воды/влаги, водопоглощение, пористость, прочность на одноосное сжатие, прочность при точечной нагрузке, прочность на растяжение и твердость по Шмидту уменьшаются. Установлена связь количества доминирующих компонентов (кальцит и доломит) и других силикатных и несиликатных минералов со степенью выветривания. Научная новизна. Для условий месторождения Игбети выявлен характер и особенности влияния степени выветривания на изменение физико-механических и геохимических свойств мраморных пород метаморфического типа, в то время как предыдущие исследования посвящены осадочным и магматическим типам пород. Практическая значимость. Результаты исследований необходимо учитывать в архитектурном и инженерном использовании в разных климатических зонах. Понимание влияния выветривания на свойства горных пород является важным критерием для определения глубины разработки, конструкции наклонного склона, метода, простоты добычи и направлений использования мрамора, что в итоге позволит снизить стоимость и облегчить работу по разведке и выемке.The authors appreciate the custodians of rock mechanics laboratory at the Federal University of Technology Akure, Nigeria, geology laboratory at the University of Ibadan, Oyo State, Nigeria and Centre for Energy Research and Development at Obafemi Awolowo University Ile-Ife, Osun State, Nigeria for making the laboratories available for the experiments

Spatio-temporal modeling of soil characteristics for soilscape reconstruction

A

Managing Alaska Soils

This publication is for the gardener who wants to gain a more thorough understanding of soil basics, including soil components, texture, structure, water permeability and chemistry. There is also information on soil fertility and plant nutrients.This publication replaces the following Extension publications: Soil Fundamentals by C.L. Johnson, former Extension Assistant, Palmer Research Station, University of Alaska Fairbanks and Soil Fertility Basics and Soil Sampling and Analysis by J.L. Walworth, former Soil Scientist, Agricultural and Forestry Experiment Station, Palmer Research Center, University of Alaska Fairbanks

Use of remote sensing techniques for geological hazard surveys in vegetated urban regions

The feasibility of using aerial photography for lithologic differentiation in a heavily vegetated region is investigated using multispectral imagery obtained from LANDSAT satellite and aircraft-borne photography. Delineating and mapping of localized vegetal zones can be accomplished by the use of remote sensing because a difference in morphology and physiology results in different natural reflectances or signatures. An investigation was made to show that these local plant zones are affected by altitude, topography, weathering, and gullying; but are controlled by lithology. Therefore, maps outlining local plant zones were used as a basis for lithologic map construction

Rates of sustainable forest harvest depend on rotation length and weathering of soil minerals

Abstract Removals of forest biomass in the northeastern US may intensify over the coming decades due to increased demand for renewable energy. For forests to regenerate successfully following intensified harvests, the nutrients removed from the ecosystem in the harvested biomass (including N, P, Ca, Mg, and K) must be replenished through a combination of plant-available nutrients in the soil rooting zone, atmospheric inputs, weathering of primary minerals, biological N fixation, and fertilizer additions. Few previous studies (especially in North America) have measured soil nutrient pools beyond exchangeable cations, but over the long rotations common in this region, other pools which turn over more slowly are important. We constructed nutrient budgets at the rotation time scale for three harvest intensities and compared these with detailed soil data of exchangeable, organic, and primary mineral stocks of in soils sampled in 15 northern hardwood stands developed on granitic till soils in the White Mountain region of New Hampshire, USA. This comparison can be used to estimate how many times each stand might be harvested without diminishing productivity or requiring fertilization. Under 1990s rates of N deposition, N inputs exceeded removals except in the most intensive management scenario considered. Net losses of Ca, K, Mg, and P per rotation were potentially quite severe, depending on the assumptions used.Biologically accelerated soil weathering may explain the lack of observed deficiencies in regenerating forests of the region. Sites differed widely in the long-term nutrient capital available to support additional removals before encountering limitations (e.g., a fourfold difference in available Ca, and a tenfold difference in weatherable Ca). Intensive short-rotation biomass removal could rapidly deplete soil nutrient capital, but traditional long rotations, even under intensive harvesting, are unlikely to induce nutrient depletion in the 21st century. Weatherable P may ultimately limit biomass production on granitic bedrock (in as few as 6 rotations). Understanding whether and how soil weathering rates respond to nutrient demand will be critical to determining long-term sustainability of repeated intensive harvesting over centuries

Assessment of mapping exposed ferrous and ferric iron compounds using Skylab-EREP data

The author has identified the following significant results. The S190B color photography is as useful as LANDSAT data for the mapping of color differences in the rocks and soils of the terrain. An S192 ratio of 0.79 - 0.89 and 0.93 - 1.05 micron bands produced an apparently successful delineation of ferrous, ferric, and other materials, in agreement with theory and ratio code studies. From an analysis of S191 data, basalt and dacite were separated on the basis of differences in spectral emissivity in the 8.3 - 12 micron region

Studies of a Lacustrine-Volcanic Mars Analog Field Site with Mars-2020-like Instruments

On the upcoming Mars‐2020 rover two remote sensing instruments, Mastcam‐Z and SuperCam, and two microscopic proximity science instruments, SHERLOC and PIXL, will collect compositional (mineralogy, chemistry, and organics) data essential for paleoenvironmental reconstruction. The synergies between and limitations of these instruments were evaluated via study of a Mars analog field site in the Mojave Desert, using instruments approximating the data that will be returned by Mars‐2020. A ground truth dataset was generated for comparison to validate the results. The site consists of a succession of clay‐rich mudstones of lacustrine origin, interbedded tuffs, a carbonate‐silica travertine deposit, and gypsiferous mudstone strata. The major geological units were mapped successfully using simulated Mars‐2020 data. Simulated Mastcam‐Z data identified unit boundaries and Fe‐bearing weathering products. Simulated SuperCam passive shortwave infrared and green Raman data were essential in identifying major mineralogical composition and changes in lacustrine facies at distance; this was possible even with spectrally downsampled passive IR data. LIBS and simulated PIXL data discriminated and mapped major element chemistry. Simulated PIXL revealed mm‐scale zones enriched in zirconium, of interest for age dating. SHERLOC‐like data mapped sulfate and carbonate at sub‐mm scale; silicates were identified with increased laser pulses/spot or by averaging of hundreds of spectra. Fluorescence scans detected and mapped varied classes of organics in all samples, characterized further with follow‐on spatially targeted deep‐UV Raman spectra. Development of dedicated organics spectral libraries is needed to aid interpretation. Given these observations, the important units in the outcrop would be sampled and cached for sample return