イベルライト
図1 SEMで観察したイベルライトのグループ。矢印は渦の位置を示す。

イベルライトは、大気圏（対流圏）で発生し、最終的に地表に落下する微小球晶の一種です（図1）。この名称は、イベリア半島で発見されたことに由来しています。[1]

意味

イベルライトは、軸形状の共会合体 [2] [注 1]であり、明確な鉱物粒子と非結晶性化合物で構成され、スメクタイトの外皮を持つ粗粒の核の周りに構造化され、1つの渦とピンク色がかった色をしています（図1〜2）。対流圏で複雑なエアロゾル-水-ガスの相互作用 によって形成されます。

図2 光学顕微鏡で見たいくつかのイベルライトの様子。

形

これらの微小球晶は、ほとんどが球形（真円度指数0.95）で、モード径は60～90μmですが、中には直径200μmに達する粒子もあります。[3]この真円度指数によれば、これらの微小球晶は実際には極面に沿って2つの軸を持つ細長い回転楕円体であり、典型的には窪みや渦を呈しています。大気中に存在する植物糸状体によって、これらの形状や大きさが歪むことがあります。いずれにせよ、これらは稀な「巨大」エアロゾル粒子です。

構成属性

組成は、X線回折（XRD）と電子顕微鏡法（主にSEM、EDX、HRTEM）の両方で決定できます。断面を見ると、イベルライトの本体は核と外皮に分けられることがわかります。核は主に石英、方解石、ドロマイト、長石の粒子で形成されています。外皮には粘土鉱物、主にスメクタイト（バイデライト、モンモリロナイト）とイライト、および硫酸塩、塩化物、非晶質シリカが含まれています。後者の鉱物群は、イベルライト形成の最終段階で大気中で起こる熟成過程での新形成の結果である可能性があります。硫酸塩がイベルライトの周辺部にのみ現れるのは驚くべきことです。[3]人為的あるいは自然発生的（北大西洋諸島のような火山活動による）[注 2]硫黄放出地域を飛行することで、 SO2がイベルライト表面に吸着されると考えられる。イベリア半島・モロッコ大西洋岸の海洋境界層（MBL）[4] [注 3]まで降下すると、海塩と微生物が取り込まれる。イベルライトは最終的にイベリア半島南部に落下し、そこで発見されている。

図3 エアロゾルの排出と乾性/湿性沈着。

形成

地理的設定

イベルリテスはこれまでイベリア半島南部でのみ発見されています。この地域は地理的に北アフリカに近いため、大気中の全球塵量に対する粒子状物質の最大の供給源であるサハラ砂漠エアロゾルの影響を受けています [5]（図3）。

図4 イベルライトのエピソード数（pl=プルーム、SA=発生源エリア、RA=受容エリア）。

サハラ砂漠の砂塵爆発とイベルライト

イベリア半島南部の大気中のエアロゾル含有量は、北アフリカから到達するエアロゾルの進化と明らかに関連している。[6]パッシブサンプラーを用いた乾燥エアロゾル沈着のモニタリングにより、イベルライトの形成は年間2期に及ぶことが判明した（図4）。主な沈着期は夏季を通して発生し、2番目の沈着期は早春にわずかなピークとして現れる。しかし、イベルライトの形成は、より具体的には、これら2つの特定の期間に発生するサハラ砂漠の砂塵爆発、すなわち砂塵の噴煙（図5）と関連している。[6]

図 5 2005 年 8 月 15 日に発生したサハラ砂漠の砂塵現象。カディス湾の方向への煙の方向の変化に注目してください。

イベルリテスと赤い雨

図6 サハラ砂漠の砂塵現象時の水滴の痕跡。

2004年から2013年にかけてのサハラ砂漠の砂塵発生時には、短期間の湿性沈着（具体的には赤い雨）が観測された[6]。これらの現象をモニタリングした結果、2012年6月6日に対応する一連の液滴衝突（図6）が得られた。この一連の衝突は、多かれ少なかれエアロゾルを多く含んだ水滴（または前駆水滴[7]）の形成から始まったと考えられる（図6A）。エアロゾル含有量は、溶解した塩（この一連の衝突では白っぽいまたは光沢のある沈殿物として検出された）とともに徐々に増加し、最終的に乾燥後に明確なイベルライトを生成したと考えられる（図6E）。これらのサハラ砂漠の砂塵発生が研究対象地を通過した平均期間は5日間であった（図7 ）。その結果、月ごとのイベルライト発生回数とPM10含有量-RHの間に関係性が確立され、 RH>65%の清浄な大気（<5μg•m-3）ではイベルライトの形成に適した条件が整っていないことが判明した。[6]

イベルライトの形成段階

図7 粒子状物質の時間変化 / 相対湿度（RH）と温度の時間変化。

イベルライトは、サハラ砂漠の砂嵐に由来する高塵気団（プルーム）の発達と関連しており、プルームはイベリア半島上空を移動し、しばしば北大西洋東部を横断する。これらのプルームは、イベリア半島に影響を与える高気圧活動の結果として、温暖期（5月から9月）に発生し、春には散発的にしか発生しない。イベルライトと赤色雨現象との関係、そして観察された形態と組成特性に基づき、対流圏におけるイベルライト形成の統一的なメカニズムとして、水相境界層仮説が提唱されている。[1] [3] [6] 水滴とサハラ砂漠のエアロゾルとの相互作用は複雑な流体力学的条件[7]を生み出し、衝突（後流捕捉と前線捕捉） [注 4]の可能性を引き起こし、これがイベルライトの「前駆水滴」の発生源となる。[1] [3] [6] これらの水滴が対流圏下層へ移動する過程は、合体、渦の形成、下降気流といった同時または連続的なプロセスを伴う。この段階でイベルライトは球形と内部構造（核と外皮）を獲得するが、この形状は歪むこともある。

イベルライトの大気熟成には、スメクタイトの外皮上でのみ起こる、より詳細には異質かつ多相反応[注 5]によって起こるイベルライトの鉱物への硫酸の作用で生成される硫酸塩。これにより、一部の一次鉱物が大気新生[注 6]の生成物（二次鉱物）へと急速に変化します。硫酸塩（主に石膏）は、スメクタイトの層間陽イオンへの硫酸の作用によって生成され、八面体および四面体[注 7]の層状珪酸塩シートを徐々に破壊し、混合硫酸塩を形成します。

スメクタイトの外皮に見られる明礬石-ジャロサイトも同様の起源を持つと考えられます。酸による侵食がさらに進むと、層状珪酸塩粒子は完全に破壊され、非晶質シリカが生成され、鉄が放出されます。生物起源の外骨格には腐食の兆候が見られないため、前述の酸による侵食の後、おそらく海塩の取り込みと同時に取り込まれたと考えられます。

参照

注記

  1. ^ 共会合：反応性鉱物相の不均一な混合物。これらの複雑な会合は典型的には自然界で形成され、高い表面積、金属オキシ水酸化物相の少ない存在、そして顕著な鉱物粒子の接合剤または表面コーティングとして機能する有機物質を特徴とする[2]。
  2. ^ 火山性硫黄放出：地球内部から大気中へ硫黄やその他のガスが放出される現象は、火山地域付近で発生します。これらの放出は、明瞭に視認できる（爆発的な）噴火と拡散（または静穏な）放出の両方から発生する可能性があり、後者の相対的な重要性については明確なコンセンサスが得られていません。現在、海底火山の放出は中央海嶺で発生しており、またプレート内火山活動（ホットスポット）としても発生しています。陸上の火山活動は、プレート収束境界（プレートテクトニクス） 、沈み込み帯上部の火山弧など、破壊的なプレート境界と関連しています。
  3. ^ 海洋境界層：対流圏のうち、海面の存在によって直接影響を受ける部分として定義されます。日変化は小さく、厚さは1～2 km（最大3 km）で、ボーエン比は低く、波動状態は顕著です。地球の海洋上にある海洋境界層（MBL）は、表面エネルギーと水分のフラックスを調節し、エネルギーと水分の対流による自由大気への輸送を制御する上で重要な役割を果たしています[4]。
  4. ^ 後流捕獲：これは大気中を落下する液滴を空気力学的に捕獲するモードです。大きな液滴が小さな液滴の間を沈降すると、体積が押し流され、その流体力学的流れ場が、液滴のサイズとエアロゾルのサイズに応じて、後流によってある程度の効率でエアロゾル／液滴を捕獲することを妨げます。後流捕獲は、終端速度と断面積が大きいため、大型および巨大エアロゾルに対して最も効率的です[4]。
  5. ^ 多相反応：これは異なる相にある成分が関与する反応を指し、同時の相変化と、ある物質から他の物質への変換の組み合わせです。一般的な多相反応は、成分の質量源、相間物質移動、相間エネルギー移動という3種類のフラックスを生成します。
  6. ^ 新生：これは、環境条件の変化によって既存の鉱物種から新しい鉱物種が形成されることです。したがって、このように生成された新しい鉱物は、新しい環境下でも安定しています。
  7. ^ 四面体、八面体、層間シート: フィロケイ酸塩の基本的な構造的特徴は、3 種類の層の積み重ねです。四面体シートは SiO 4四面体で形成され、各四面体は頂点の酸素原子 3 つを他の四面体と共有し、Al は Si の最大半分を置換できます。八面体シートは、O および OH アニオンと 6 配位した Al、Fe、Mg 陽イオンで構成されます。四面体シートと八面体シートの組成によって、層は電荷を持たないか、正味の負電荷を持ちます。層が帯電している場合、この電荷は Na +や K +などの層間陽イオンによってバランスが取られます。いずれの場合も、層間に水が含まれることがあります。結晶構造は、層間を挟んだ層の積み重ねから形成されます。

参考文献

  1. ^ abc ディアス・エルナンデス、JL (2000)。地中海での森林火災の発生源を特定します。エストゥディオス ゲオロギコス、56 : 153–161
  2. ^ ab Berstch PM y Seaman JC (1999). 「複雑な鉱物集合体の特性評価：汚染物質の移動と環境修復への影響」Proceedings National Academy of Sciences USA , 96 : 3350–3357
  3. ^ abcd Díaz-Hernández、JL y Párraga (2008) «イベルライトの性質と対流圏形成: ピンクがかった鉱物微小球晶»。Geochimica et Cosmochimica Acta、72 : 3883–3906
  4. ^ abc Kloesel, KA y Albrecht, BA (1989). 「熱帯太平洋上における低層逆転層。境界層の熱力学的構造と逆転層上層の水分構造」. Monthly Weather Review , 117 : 87-101
  5. ^ 田中 TY、千葉 正之 (2006). ダスト源領域の地球ダスト収支への寄与に関する数値的研究. Global Planetary Change 52, 88-104, «[1]»
  6. ^ abcdef Diaz-Hernandez JLとSanchez-Navas A. (2016). サハラ砂漠の砂塵爆発とイベルライト現象. Journal of Geophysical Research: Atmospheres 121, 7064-7078, https://doi.org/10.1002/2016JD024913
  7. ^ ab Pruppacher HR and Klett JD (1997). 雲と降水の微物理学（第2版）. ドルドレヒト: Kluwer Academic Publishers. 954 pp. ISBN 0-7923-4211-9
  • ウィキメディア・コモンズのイベルライト関連メディア
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