マグネサイトは化学式Mg C Oの鉱物である。
3（炭酸マグネシウム）。鉄、マンガン、コバルト、ニッケルが混入することもあるが、その量はわずかである。

発生

マグネサイトは、接触変成帯および広域変成帯の両方において、超塩基性岩石、蛇紋岩、その他のマグネシウムを豊富に含む岩石中に、あるいはそれらの変質生成物として鉱脈として産出する。これらのマグネサイトは、しばしば隠微結晶質であり、オパールまたはチャートの形でシリカを含む。

マグネサイトは、超塩基性岩の上の表土内にも、土壌および土底の二次炭酸塩として 存在し、地下水中の二酸化炭素によってマグネシウム含有鉱物が溶解した結果として堆積します。

隠微結晶質マグネサイトと結晶質マグネサイトの違い。

結晶質マグネサイトと隠微結晶質マグネサイトは、鉱物構造が大きく異なります。結晶質マグネサイトは結晶構造が発達しているのに対し、隠微結晶質マグネサイトは非晶質で、主に微粒子の集合体です。

形成

マグネサイトは、ペリドタイトやその他の超塩基性岩石のタルク炭酸塩 交代作用によって生成されます。マグネサイトは、緑色片岩相に特徴的な高温高圧下で、水と二酸化炭素の存在下でカンラン石が炭酸化反応を起こすことで生成されます。

マグネサイトは、次の反応によりマグネシウム蛇紋石（リザーダイト）の炭酸化によっても生成されます。

2 Mg 3 Si 2 O 5 (OH) 4 + 3 CO 2 → Mg 3 Si 4 O 10 (OH) 2 + 3 MgCO 3 + 3 H 2 O

しかし、この反応を実験室で行えば、室温で三水和炭酸マグネシウム（ネスケホナイト）が形成される。 [6]この観察結果から、無水炭酸マグネシウムの低温生成には「脱水障壁」が関与しているという仮説が立てられた。[7]水に似た液体であるホルムアミドを用いた実験室実験では、そのような脱水障壁は存在しないことが示された。この非水溶液を用いる場合、無水炭酸マグネシウムの核形成における根本的な困難は依然として残る。マグネサイトの低温核形成において障壁となるのは、陽イオンの脱水ではなく、炭酸アニオンの空間配置である。[8]

マグネサイトは現代の堆積物、洞窟、土壌中に発見されています。その低温（約40℃ [104°F]）生成には、沈殿と溶解の周期が交互に繰り返される必要があることが知られています。[9] [10] [11]マグネサイトの低温生成は、大規模な炭素隔離にとって重要な意味を持つ可能性があります。[12]大気圧、316Kの温度でのマグネサイトの工業生産に向けた大きな進歩は、ヴァンデギンステによって報告されました。[13] [14]これらの実験では、少量の塩酸と炭酸ナトリウム溶液を定期的に交互に添加しました。また、溶解と沈殿の周期がわずか数時間という非常に短い時間であったことも新しい点です。

マグネサイトはALH84001隕石 と火星自体で発見されました。火星では、衛星軌道からの赤外線分光法によってマグネサイトが確認されました。 [15]ジェゼロクレーター付近では、マグネシウム炭酸塩が検出され、そこに広がる湖沼環境で形成されたと報告されています。[16]これらの炭酸塩の生成温度については依然として議論が続いています。火星起源のALH84001隕石由来のマグネサイトは低温で形成されたと示唆されています。[17] [18]

マグネシウムを多く含むオリビン（フォルステライト）は、ペリドタイトからマグネサイトの生成を促進します。鉄を多く含むオリビン（ファイアライト）は、マグネタイト、マグネサイト、シリカの複合岩の生成を促進します。

マグネサイトは、スカルン鉱床、ドロマイト質 石灰岩、珪灰石、ペリクレース、タルクと関連した交代作用によっても形成されることがあります。

マグネサイトは高温に強く、高圧にも耐えられるため、地球のマントルの主要な炭酸塩相の一つであると考えられており[19] 、深部の炭素貯留層の担い手となる可能性もある[20]。同様の理由から、マグネサイトはスイスの中央アルプスの変成ペリドタイト岩[21]や中国の天山の高圧エクロジャイト岩にも見られる[22] 。

マグネサイトはバクテリアの存在下では水和炭酸マグネシウムまたはマグネサイトとして湖沼に沈殿することもある。[23] [24]

同位体証拠

CO 2と MgCO 3の同位体構造。CO 2の単一置換種と二重置換種を示しています。

凝集同位体は、マグネサイトの形成条件や沈殿流体の同位体組成を解釈するために用いられてきた。超塩基性複合岩体においては、マグネサイトは鉱脈やストックワークス内に隠微晶質の形で、また炭酸塩ペリドタイトユニット内に結晶質の形で存在する。これらの隠微晶質は、大部分が風化の程度が異なり、生成温度が低い。[25]一方、粗粒マグネサイトは非常に高温を示し、熱水起源であることを示唆している。粗粒高温マグネサイトはマントル起源の流体から形成されるのに対し、隠微晶質マグネサイトは循環する天水によって沈殿し、溶存無機炭素プールや土壌炭素から炭素を吸収し、非平衡同位体効果の影響を受けていると推測されている。

湖沼やプラヤで形成されるマグネサイトは、蒸発やCO2の脱ガス作用により、一般的にCとOの重同位体に富んでいます。これは、凝集した同位体由来の温度が非常に低いことに反映されています。これらはpH効果、生物活性、そして脱ガスに伴う運動論的同位体効果の影響を受けます。マグネサイトはこのような条件下では表層鋳型として形成されますが、より一般的には、沈殿が運動論的に有利であるため、含水炭酸マグネシウムとして生成します。多くの場合、マグネサイトはDICまたは近隣の超塩基性複合岩体（例えば、カナダ、ブリティッシュコロンビア州のアルティンプラヤ[26]）からCを供給されます。

一方、変成岩中のマグネサイトは、生成温度が非常に高かったことを示しています。母岩の流体の同位体組成も重く、一般的に変成岩流体です。これは、流体包有物から得られる温度測定と、共沈する石英マグネサイトを用いた従来の酸素同位体温度測定によって検証されています。

マグネサイトは、しばしば、付随するドロマイトや方解石よりも凝集同位体温度が低い。[27]その理由は、方解石やドロマイトが（マントル状の流体から）より高温で早期に形成されるため、流体中のMg/Ca比が十分に高くなり、マグネサイトが沈殿するためと考えられる。時間の経過とともにこの現象が起こると、流体は冷却され、他の流体と混合して進化し、マグネサイトが形成される際に温度が低下する。したがって、付随する炭酸塩の存在がマグネサイトの同位体組成を制御していると考えられる。

火星の炭酸塩岩の起源は、凝集同位体を用いて解析できる[要説明] 。これらの岩石から、火星のCO2の起源や気候・水文学的条件を評価できる可能性がある。最近の研究では（凝集同位体温度測定法を用いて）、ALH84001の炭酸塩岩は、低温蒸発条件下で地下水から形成され、火星大気からCO2が生成されたことを示唆している。 [ 28]

用途

耐火物

研磨・染色されたマグネサイトビーズ
セーラムのマグネサイト

石灰の製造と同様に、マグネサイトは木炭の存在下で燃焼させることでMgOを生成することができます。MgOは鉱物としてペリクレースとして知られています。大量のマグネサイトは酸化マグネシウムの製造に使用されます。酸化マグネシウムは、高炉、窯、焼却炉のライニング材として使用される重要な耐火性（耐熱性）材料です。

焼成温度によって、結果として得られる酸化物製品の反応性が決まり、軽度燃焼と完全燃焼の分類は、製品の表面積と結果として得られる反応性によって決まります (これは通常、ヨウ素価という業界の指標によって決定されます)。

「軽焼成」製品とは、一般的に 450 °C で始まり、上限の 900 °C まで焼成されたものを指し、その結果、良好な表面積と反応性が得られます。

900 °C を超えると、材料は反応性結晶構造を失い、化学的に不活性な「完全燃焼」生成物に戻ります。これは、炉のライニングなどの耐火材料に使用するのに適しています。

火砕分析では、マグネサイト キューペルは高温に耐えられるため、 灰吹分析に使用できます。

その他の用途

マグネサイトは床材（マグネサイトスクリード）のバインダーとしても使用される。[29]さらに、合成ゴムの製造やマグネシウム化学薬品および肥料の製造において、触媒および充填剤としても使用されている。

温室効果ガスである二酸化炭素をマグネサイトに大規模に隔離する実用性を評価する研究が進められている。 [30]この研究は、オフィオライト（地殻にオブダクションされたマントル岩石）のペリドタイトに焦点を当てており、これらの岩石と二酸化炭素を反応させることでマグネサイトを生成できる。オマーンのオフィオライトでは、ある程度の進展が見られている。[31]しかし、大きな問題は、これらの人工的なプロセスには、流体が流れるのに十分な多孔性と透水性が必要であるが、ペリドタイトではこれがほとんど満たされていないことである。

アートワーク

マグネサイトは、カット、穴あけ、研磨によってビーズ状に加工することができ、ジュエリー製作に用いられます。マグネサイトビーズは、ターコイズを模したライトブルーなど、幅広い鮮やかな色に染色することができます。

日系アメリカ人芸術家のイサム・ノグチは、いくつかの作品の彫刻材料としてマグネサイトを使用しました。[32]

労働安全衛生

職場では、吸入、皮膚接触、目接触によりマグネサイトにさらされる可能性があります。

アメリカ合衆国

労働安全衛生局（OSHA）は、職場におけるマグネサイトへの曝露に関する法的限度（許容曝露限界）を、 8時間労働で総曝露量15mg/m 3、呼吸曝露量5mg/m 3と定めています。米国国立労働安全衛生研究所（NIOSH）は、推奨曝露限界（REL）を、8時間労働で総曝露量10mg/m 3、呼吸曝露量5mg/m 3と定めています。[33]

参考文献

  1. ^ Warr, LN (2021). 「IMA–CNMNC承認鉱物記号」. Mineralogical Magazine . 85 (3): 291– 320. Bibcode :2021MinM...85..291W. doi : 10.1180/mgm.2021.43 . S2CID  235729616.
  2. ^ http://rruff.geo.arizona.edu/doclib/hom/magnesite.pdf 鉱物学ハンドブック
  3. ^ http://www.mindat.org/min-2482.html マインドアット
  4. ^ http://webmineral.com/data/Magnesite.shtml Webmineralデータ
  5. ^ クライン、コーネリス、コーネリアス・S・ハールバット・ジュニア著『鉱物学マニュアル』ワイリー社、第20版、332ページISBN 0-471-80580-7
  6. ^ Leitmeier, H. (1916): Einige Bemerkungen über die Entstehung von Magnesit und Sideritlagerstätten, Mitpeilungen der Geologischen Gesellschaft in Wien、vol.9、pp. 159–166。
  7. ^ Lippmann, F. (1973): 堆積性炭酸塩鉱物. Springer Verlag, ベルリン, 228ページ.
  8. ^ Xu, J; Yan, C.; Zhang, F.; Konishi, H., Xu, H. & Teng, HH (2013): Ca – Mg- CO3系の結晶化に対する陽イオン水和効果の検証．Proc. Natl. Acad. Sci. US, vol.110 (44), pp.17750-17755.
  9. ^ Deelman、JC (1999): 「マグネサイトとドロマイトの低温核生成」、Neues Jahrbuch für Mineralogie、Monatshefte、289–302 ページ。
  10. ^ Alves dos Anjos et al. (2011): 低温でのマグネサイトの合成. Carbonates and Evaporites, vol.26, pp.213–215. [1]
  11. ^ Hobbs, FWCおよびXu, H. (2020): ラグーンおよびプラヤ環境の指標としての温度およびpHサイクルによるマグネサイト形成. Geochimica et Cosmochimica Acta, vol.269, pp.101–116.
  12. ^ Oelkers, EH; Gislason, SRおよびMatter, J. (2008): CO2の鉱物炭酸化。Elements, vol.4, pp.333–337。
  13. ^ V. Vandeginste (2021): pHサイクルと亜鉛イオンが低温における生理食塩水中の炭酸カルシウムおよび炭酸マグネシウムの形成に及ぼす影響。鉱物誌、第11巻、pp.723–734。
  14. ^ V. Vandeginste, V.; Snell, O.; Hall, MR; Steer, E. and Vandeginste, A. (2019): 塩水における亜鉛によるドロマイト化の促進. Nature Communications, vol.10, 1851.
  15. ^ Ehlmann, BL et al. (2008): 火星における炭酸塩含有岩石の軌道識別．Science, vol.322, no.5909, pp.1828–1832.
  16. ^ Horgan, Briony HN; Anderson, Ryan B.; Dromart, Gilles; Amador, Elena S.; Rice, Melissa S. (2020年3月). 「ジェゼロ・クレーターの鉱物多様性：火星に湖成炭酸塩が存在する可能性の証拠」. Icarus . 339 113526. Bibcode :2020Icar..33913526H. doi : 10.1016/j.icarus.2019.113526 . ISSN  0019-1035.
  17. ^ McSween Jr, H. YおよびHarvey, RP(1998): 火星隕石ALH84001中の炭酸塩形成に関する蒸発モデル．国際地質学評論第49巻，774–783頁．
  18. ^ Warren, PH (1998): ALH84001隕石中の炭酸塩が低温起源、おそらく洪水蒸発岩起源であることを示す岩石学的証拠。Journal of Geophysical Research, vol.103, no.E7, 16759-16773.
  19. ^ 一色、舞子;入船哲夫。広瀬 圭;小野重明；大石康雄；綿貫哲；西堀英治高田正樹；坂田誠（2004年1月） 「最下部マントルにおけるマグネサイトの安定性とその高圧形態」。自然。427 (6969): 60–63。書誌コード:2004Natur.427...60I。土井：10.1038/nature02181. ISSN  0028-0836。PMID  14702083。S2CID 4351925  。
  20. ^ Marcondes, ML; Justo, JF; Assali, LVC (2016-09-23). 「高圧下の炭酸塩：地球下部マントルの深部炭素貯留層における可能性のあるキャリア」 . Physical Review B. 94 ( 10) 104112. Bibcode :2016PhRvB..94j4112M. doi :10.1103/PhysRevB.94.104112.
  21. ^ フェリー, ジョン・M.; ランブル, ダグラス; ウィング, ボズウェル・A.; ペニストン＝ドーランド, サラ・C. (2005-04-22). 「浸透駆動型変成反応の進行におけるセンチメートルスケール変動の新たな解釈：スイス、中央アルプス、ヴァル・デフラの炭酸塩メタペリドタイトの事例研究」. Journal of Petrology . 46 (8): 1725– 1746. doi :10.1093/petrology/egi034. ISSN  1460-2415.
  22. ^ Zhang, Lifei; Ellis, David J.; Williams, Samantha; Jiang, Wenbo (2002年7月). 「中国天山西部における超高圧変成作用：第2部 エクロジャイト中のマグネサイトからの証拠」. American Mineralogist . 87 (7): 861– 866. Bibcode :2002AmMin..87..861Z. doi :10.2138/am-2002-0708. ISSN  0003-004X. S2CID  101814149.
  23. ^ Mavromatis, Vasileios; Pearce, Christopher R.; Shirokova, Liudmila S.; Bundeleva, Irina A.; Pokrovsky, Oleg S.; Benezeth, Pascale; Oelkers, Eric H. (2012-01-01). 「シアノバクテリアの有無にかかわらず、水和炭酸マグネシウム沈殿中のマグネシウム同位体分別」 . Geochimica et Cosmochimica Acta . 76 : 161– 174. Bibcode :2012GeCoA..76..161M. doi :10.1016/j.gca.2011.10.019. ISSN  0016-7037. S2CID  15405751.
  24. ^ シロコバ, リュドミラ S.; マヴロマティス, ヴァシレイオス; ブンデレヴァ, イリーナ A.; ポクロフスキー, オレグ S.; ベネゼス, パスカル; ジェラール, エマニュエル; ピアース, クリストファー R.; エルカーズ, エリック H. (2013-01-01). 「アルカリ湖におけるシアノバクテリア媒介炭酸マグネシウム沈殿の追跡のためのマグネシウム同位体の使用」.水生地球化学. 19 (1): 1– 24.書誌コード:2013AqGeo..19....1S. doi :10.1007/s10498-012-9174-3. ISSN  1573-1421. S2CID  129854388.
  25. ^ クイネル、ブノワ;ブルヴェ、フィリップ。ゴーティエ、ピエール。カトリーノー、ミシェル。ジョン、セドリック M.マロリー・ディーリック。アグリニエ、ピエール。マキシム・ドルイエ（2016年6月）。 「ニューカレドニアかんらん岩ナッペのマグネサイトおよびシリカ鉱脈の対安定同位体 (O、C) および凝集同位体温度測定」(PDF)。Geochimica et Cosmochimica Acta。183 : 234–249。ビブコード:2016GeCoA.183..234Q。土井：10.1016/j.gca.2016.03.021。hdl : 10044/1/33108。ISSN  0016-7037。
  26. ^ Power, Ian M.; Harrison, Anna L.; Dipple, Gregory M.; Wilson, Siobhan A.; Barker, Shaun LL; Fallon, Stewart J. (2019年6月). 「カナダ、ブリティッシュコロンビア州アトリン付近のプラヤ環境におけるマグネサイト形成」. Geochimica et Cosmochimica Acta . 255 : 1– 24. Bibcode :2019GeCoA.255....1P. doi :10.1016/j.gca.2019.04.008. ISSN  0016-7037. S2CID  146307705.
  27. ^ Streit, Elisabeth; Kelemen, Peter; Eiler, John (2012-06-17). 「オマーン、サマイルオフィオライトにおける炭酸塩含有蛇紋岩ペリドタイト由来の蛇紋石と石英の共存」. Contributions to Mineralogy and Petrology . 164 (5): 821– 837. Bibcode :2012CoMP..164..821S. doi :10.1007/s00410-012-0775-z. ISSN  0010-7999. S2CID  12595278.
  28. ^ Halevy, Itay; Fischer, Woodward W.; Eiler, John M. (2011-10-11). 「火星隕石Allan Hills 84001中の炭酸塩は地表付近の水性環境において18 ± 4 °Cで形成された」. Proceedings of the National Academy of Sciences . 108 (41): 16895– 16899. doi : 10.1073/pnas.1109444108 . ISSN  0027-8424. PMC 3193235. PMID 21969543  . 
  29. ^ マグネサイトフローリングに関する情報、West Coast Deck Water Proofing
  30. ^ 「科学者ら、大気中のCO2を除去できる鉱物の製造方法を発見」phys.org/news . 2018年8月15日閲覧。
  31. ^ Kelemen, Peter B.; Matter, Juerg; Streit, Elisabeth E.; Rudge, John F.; Curry, William B.; Blusztajn, Jerzy (2011-05-30). 「ペリドタイトにおける鉱物炭酸化の速度とメカニズム：自然プロセスと強化された原位置CO2回収・貯留のためのレシピ」 Annual Review of Earth and Planetary Sciences . 39 (1): 545– 576. Bibcode :2011AREPS..39..545K. doi :10.1146/annurev-earth-092010-152509. ISSN  0084-6597.
  32. ^ 「ニューヨーク万国博覧会のためのフォード噴水」ノグチ美術館. 2022年1月2日閲覧。
  33. ^ 「CDC – NIOSH 化学物質の危険性に関するポケットガイド – マグネサイト」www.cdc.gov . 2015年11月19日閲覧。