Chemical Models of Solute Acquisition in Glacial Melt Waters

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Abstract
Chemical models for the evolution of bulk melt waters can be constructed by assuming that rock mineral weathering and solute acquisition are controlled by carbonate equilibria. Different open- and closed- system models are defined by variations in the rates of weathering relative to the rate of hydrogen-ion supply by the dissolution and dissociation of CO2, and can be recognized by characteristic pH and ∑+ relationships. The observed and inferred compositions of englacial and subglacial melt suggest that mixing is unlikely to be conservative and that closed-system conditions result where post-mixing weathering reactions occur. The final composition of bulk melt waters is determined by the mixing ratio between englacial and subglacial melt, the extent of post-mixing evolution, and opportunity for mixing with ground waters or re-equilibration with the atmosphere. Résumé On peut construire des modèles chimiques reproduisant l’évolution des eaux de fusion résurgentes en partant de l’hypothèse que l’attaque des minéraux des roches et l’acquisition de matière dissoute sont contrôlés par l’équilibre des carbonates. Différents systemes modèles ouverts ou fermés sont définis par des variations dans les vitesses d’attaque selon le taux de dissolution du gaz carbonique issu de l’atmosphere, et peuvent être distingués par des pH caractéristiques et des relations Σ+. Les compositions observées et déduites des eaux intraglaciaires et sous-glaciaires font penser que les mélanges ne sont probablement pas durables et que les conditions d’un Systeme clos se produisent lorsque les réactions d’attaque aprés le mélange surviennent. La composition finale des eaux de fonte à la sortie du glacier est déteminée par le taux de mélange des eaux de fusion intra et sous-glaciaires, l’importance de l’évolution après mélange, et les possibilités de mélange avec des eaux souterraines ou de rééquilibrage avec l’atmosphere. Zusammenfassung Chemische Modelle für die Entwicklung von Massen-Schmelzwassern können aus der Annahme hergeleitet werden, dass die Verwitterung von Felsmineralen und die Anreicherung mit Lösungen durch Carbonat-Gleichgewichte kontrolliert wird. Verschiedene Modelle für offene und geschlossene Systeme sind durch Veränderungen in der Verwitterungsrate relativ zur Aufnahme von Kohlendioxid aus der Atmosphäre gekennzeichnet und können durch charakteristische pH- und Σ+-Beziehungen erkannt werden. Die beobacheten und angenommenen Zusammensetzungen von inner- und subglazialem Schmelzwasser lassen vermuten, dass der Mischvorgang nicht konservative ist und dass sich Bedingungen eines geschlossenen Systems einstellen, wenn Verwitterungsreaktionen nach der Mischung auftreten. Die endgültige Zusammensetzung von Massen-Schmelzwassern ist durch das Mischungsverhältnis zwischen inner- und subglazialem Schmelzwasser, durch das Ausmass der Entwicklung nach der Mischung und die Möglichkeit der Einmischung von Grundwasser oder des Austausches mit der Atmosphäre bestimmt.