蛇紋岩

フランスアルプス、サヴォワ県、モーリエンヌ渓谷産の蛇紋岩
アメリカ合衆国カリフォルニア州ゴールデンゲート国立保養地の蛇紋岩のサンプル
オーストリア、シュタイアーマルク州、クロム質蛇紋岩（直径7.9cm（3.1インチ） 。原岩は原生代から古生代初期にかけての上部マントルダナイトかんらん岩であり、デボン紀、ペルム紀、そして中生代にかけて複数回の変成作用を受けた。
オーストリア、トゥクスアルプス産の密に折り畳まれた蛇紋岩。クローズアップ画像：約30cm×20cm（12インチ×8インチ）。

蛇紋岩は、主に蛇紋石鉱物からなる変成岩で、苦鉄質岩または超苦鉄質岩の蛇紋岩化作用によって形成されます。この名称の古代の起源は定かではありませんが、その質感や色が蛇の皮に似ていることに由来すると考えられています。[ 1 ]ギリシャの薬理学者ディオスコリデス（西暦50年）は、蛇に噛まれるのを防ぐため、この岩石の使用を推奨しました。[ 2 ]

蛇紋岩は、特に古い地質学文献やより広い文化的背景において、蛇紋石または蛇紋岩と呼ばれてきました。 [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]

生命の基本的な生化学的経路に不可欠なアセチルCoAの合成に必要な化学反応のほとんどは、蛇紋岩化作用の過程で起こります。そのため、蛇紋岩の熱水噴出孔は地球上の生命の起源の候補と考えられています。

形成と鉱物学

蛇紋岩は、塩基性岩または超塩基性岩がほぼ完全に蛇紋岩化して形成されます。[ 8 ]蛇紋岩は、海底下の深いところで岩石に圧入された二酸化炭素の少ない海水によって水和された塩基性岩から形成されます。 [ 9 ]これは、中央海嶺と沈み込み帯の前弧マントルで発生します。[ 10 ] [ 11 ]

蛇紋岩の最終的な鉱物組成は、通常、アンチゴライト、リザーダイト、 クリソタイル（蛇紋岩亜群の鉱物）、磁鉄鉱（Fe 3 O 4）が主成分であり、ブルーサイト（Mg(OH) 2）はまれにしか含まれません。リザーダイト、クリソタイル、アンチゴライトの化学式はいずれもMg 3 (Si 2 O 5 )(OH) 4または(Mg 2+ , Fe 2+ ) 3 Si 2 O 5 (OH) 4ですが、微量成分や形状が異なります。[ 10 ]少量含まれる副鉱物には、アワライト、その他の天然金属鉱物、硫化鉱物などがあります。[ 12 ]

ニューファンドランド、グロス・モーン国立公園のオフィオライト。オフィオライトは蛇紋岩成分を持つのが特徴である。

水素製造

水によってファイアライト（オリビンの鉄端成分）が磁鉄鉱と石英に変化する蛇紋岩化反応でも、次の反応に従って 分子状水素H 2が生成されます。

3鉄2SiO4+2H2お⟶2鉄3お4+3SiO2+2H2{\displaystyle {\ce {3 Fe2SiO4 + 2 H2O -> 2 Fe3O4 + 3 SiO2 + 2 H2}}}

この反応はシコール反応によく似ており、水の陽子H +によってFe 2+イオンがFe 3+イオンに酸化され、水素ガスが発生します。その後、2つのH +がH 2に還元されます。

3鉄（おお）2⟶鉄3お4+2H2お+H2{\displaystyle {\ce {3 Fe(OH)2 -> Fe3O4 + 2 H2O + H2}}}

シコール反応では、2 つのH + がH 2に還元され、2 つのOH −アニオンから生成され、その後 2 つの酸化物アニオン ( O 2− ) に変換されて磁鉄鉱結晶格子に直接組み込まれ、一方、過剰な水は反応副産物として放出されます。

蛇紋岩化反応によって生成される水素は、深部地下環境における 微生物の活動の燃料となるため重要です。

熱水噴出孔と泥火山

ロストシティ熱水地帯の白い炭酸塩岩の尖塔

中央海嶺の軸に近い蛇紋岩にある深海熱水噴出孔は、一般に玄武岩にあるブラックスモーカーに似ているが、複雑な炭化水素分子を放出する。大西洋中央海嶺のレインボー熱水フィールドは、こうした熱水噴出孔の一例である。蛇紋岩化作用だけではこれらの噴出孔に熱を供給することはできず、主にマグマ活動によって駆動されているに違いない。しかし、大西洋中央海嶺の軸から外れた場所にあるロスト シティ熱水フィールドは、蛇紋岩化作用の熱によってのみ駆動されている可能性がある。その噴出孔はブラックスモーカーとは異なり、比較的低温の流体（40～75 °C（104～167 °F））を放出しており、これはアルカリ性が強く、マグネシウムが多く、硫化水素の少ない流体である。噴出孔は、炭酸塩鉱物とブルーサイトからなる、高さ60メートル（200フィート）にも及ぶ非常に大きな煙突を形成している。豊富な微生物群集は、これらの噴出孔と関連している。噴出孔自体は蛇紋岩で構成されているわけではないが、約200℃（392℉）の温度で形成されたと推定される蛇紋岩中に存在している。[ 13 ]中央海嶺のセピオライト堆積物は、蛇紋岩によって引き起こされた熱水活動によって形成された可能性がある。[ 14 ]しかし、地質学者たちは、蛇紋岩化作用だけでロストシティ油田からの熱流束を説明できるかどうかについて議論を続けている。[ 13 ]

マリアナ沈み込み帯の前弧には、大規模な蛇紋岩泥火山が点在し、その下層の蛇紋岩化した前弧マントルから断層を通って上昇する蛇紋岩泥を噴出する。これらの泥火山の研究は沈み込み過程に関する知見をもたらし、火山から噴出する高pH流体は微生物群集を支えている。[ 15 ] [ 11 ]中央海嶺付近の海洋地殻の斑れい層 への実験的掘削により、炭化水素分解細菌がまばらに存在することが実証されている。これらの細菌は、下層の超塩基性岩の蛇紋岩化によって生成された炭化水素を餌としている可能性がある。[ 16 ] [ 17 ]

潜在的な「生命のゆりかご」

蛇紋岩の熱水噴出孔は、地球上の生命が誕生した環境の候補の一つです。[ 15 ]生命の基本的な生化学的経路に不可欠なアセチルCoAの合成に必要な化学反応のほとんどは、蛇紋岩化作用の間に起こります。[ 18 ]多くの酵素を活性化する硫化物金属クラスターは、蛇紋岩化作用の間に形成される硫化鉱物に似ています。[ 19 ]

生態学

ニューカレドニア南部の蛇紋岩生態系

蛇紋岩の基盤岩を覆う土壌は、薄いか全く存在しない傾向がある。蛇紋岩を含む土壌は、カルシウムやその他の主要な植物栄養素が乏しいが、クロムやニッケルなど植物に有毒な元素が豊富である。[ 20 ] Clarkia franciscanaや特定のマンザニタ種など、一部の植物種は蛇紋岩の露頭に適応している。しかし、蛇紋岩の露頭は少なく孤立しているため、その植物群落は生態学的な島であり、これらの特異な種はしばしば高度に絶滅の危機に瀕している。[ 21 ]一方、ニューカレドニアの蛇紋岩の露頭に適応した植物群落は、この環境にあまり適応していない外来種による置換に抵抗する。[ 22 ]

蛇紋岩は地球上に広く分布しており、オフィオライトなどの蛇紋岩の分布と部分的に一致しています。 [ 23 ]蛇紋岩はバルカン半島、トルコ、キプロス島、アルプス山脈、キューバ、ニューカレドニアに露頭があります。北米では、アメリカ東部の アパラチア山脈東斜面、およびオレゴン州とカリフォルニア州の太平洋山脈にも、小規模ながらも広く分布する地域に蛇紋岩が存在します。

発生事例

蛇紋岩の注目すべき産地は、ケベック州セットフォード鉱山、ニュージャージー州ヴァルハラ湖、アリゾナ州ヒラ郡、コーンウォール州リザードポイントのリザード複合岩体、ギリシャ、イタリア、その他のヨーロッパの地域で発見されています。[ 24 ]蛇紋岩を含む著名なオフィオライトには、オマーンのセマイユオフィオライト、キプロスのトロードスオフィオライト、ニューファンドランドのオフィオライト、ニューギニアのメインオフィオライトベルトなどがあります。[ 25 ] 蛇紋岩の別の産地は、ペンシルベニア州チェスター郡です。

用途

エルツ山地のツェーブリッツ産の蛇紋岩旋盤加工品であるコップ
ペンシルベニア大学のカレッジホール

建築と芸術における装飾石

蛇紋岩グループの鉱物はモース硬度が2.5から3.5なので、彫刻しやすい。[ 26 ]方解石の含有量が多い蛇紋岩や、ヴェルド・アンティーク（蛇紋岩の角礫岩）は、大理石のような性質を持つことから、歴史的に装飾石として使われてきた。例えば、ペンシルベニア大学のカレッジ・ホールは蛇紋岩で建てられている。アメリカ大陸と接触する前のヨーロッパでは、イタリアの山岳地帯のピエモンテとギリシャのラリサが主な産地だった。[ 27 ] 蛇紋岩は芸術や工芸品の様々な用途に使われている。例えば、ザクセン州のツェーブリッツでは、この岩石が数百年にわたって旋盤加工されてきた。[ 28 ]

イヌイットによる

イヌイットをはじめとする北極圏の先住民（南部では比較的少数）は、クルリクまたはクドゥリクと呼ばれる蛇紋岩で作られた彫刻ランプを用いて、油脂を燃やして暖房、照明、調理に使用していました。また、イヌイットは蛇紋岩を道具の製作にも使用し、近年では商業用の動物の彫刻にも使用しました。[ 29 ]

  • 磁性蛇紋岩セイウチ
    磁性蛇紋岩セイウチ
  • 蛇紋岩で作られた儀式用の石油ランプ、クリクの手入れをするイヌイットの長老。
    蛇紋岩で作られた儀式用の石油ランプ、クリクの手入れをするイヌイットの長老。

オーブンストーンとして

アルプスの蛇紋岩に関連する緑泥石タルク片岩の一種がスイスのヴァル・ダニヴィエで発見され、鋳鉄製ストーブの下に置かれる彫刻された石の台座である「オーブンストーン」（ドイツ語：Ofenstein ）の製造に使用されました。[ 30 ]

原子炉の中性子シールド

蛇紋岩には相当量の結合水が含まれているため、弾性衝突（中性子熱化過程）によって中性子を減速させることができる水素原子が豊富に含まれています。このため、蛇紋岩はいくつかの原子炉設計において鋼製ジャケット内部の乾式充填材として使用することができます。例えば、チェルノブイリのRBMKシリーズでは、漏れ出る中性子から作業員を守るための上部放射線遮蔽に使用されました。 [ 31 ]蛇紋岩は、原子炉遮蔽に使用される特殊なコンクリートに骨材として添加され、コンクリートの密度（2.6 g/cm 3（0.094 lb/cu in））と中性子捕獲断面積を増加させることもできます。[ 32 ] [ 33 ]

CO2隔離​

蛇紋岩は二酸化炭素を容易に吸収するため、大気中の二酸化炭素を隔離するのに役立つ可能性があります。[ 34 ]反応を加速するために、炭酸化反応器で高温で蛇紋岩を二酸化炭素と反応させることができます。二酸化炭素は、蛇紋岩鉱床からのアルカリ性鉱山廃棄物と反応させるか、地下の蛇紋岩層に直接二酸化炭素を注入することもできます。[ 35 ]蛇紋岩は、 CO2除去用の電解セルと組み合わせてマグネシウム源としても使用できます。[ 36 ]

文化的参照

蛇紋石はアメリカ合衆国カリフォルニア州の州石であり、カリフォルニア州議会は蛇紋石を「公式の州石および岩石学上の象徴」と定めました。[ 4 ] 2010年には、蛇紋石にクリソタイルアスベストが含まれている可能性があるため、州の岩石としての特別な地位を剥奪する法案が提出されました。[ 37 ]この法案は、存在するクリソタイルが粉塵として空気中に放出されない限り有害ではないと指摘したカリフォルニアの一部の地質学者から抵抗を受けました。[ 38 ]

参照

参考文献

  1. ^ショーンハー、アラン・A.（2017年7月11日）『カリフォルニアの自然史：第2版』カリフォルニア大学出版局、pp.35–、ISBN 978-0-520-29511-7. 2017年5月6日閲覧。
  2. ^ Faust, George T.; Fahey, Joseph J. (1962). 「The Serpentine-Group Minerals」(PDF) . USGS Numbered Series (384–A): 3. Bibcode : 1962usgs.rept....4F . doi : 10.3133/pp384A . 2024年9月27日閲覧. 「Serpentine」という用語
  3. ^ "serpentine" . Merriam-Webster.com Dictionary . Merriam-Webster . 2022年3月6日閲覧。
  4. ^ a bカリフォルニア州政府法典 § 425.2; 「CA Codes (Gov:420-429.8)」を参照。2009年6月28日時点のオリジナルよりアーカイブ。2009年12月24日閲覧。
  5. ^ Oakeshott, GB (1968). 「カリフォルニア州ディアブロ山脈のダイアピル構造」 . AAPG特別号M8: ダイアピリズムとダイアピル. 153 : 228–243 .
  6. ^ Flett, JS (1913). 「トカゲの地質学」 .地質学者協会紀要. 24 (3): 118– 133. Bibcode : 1913PrGA...24..118F . doi : 10.1016/S0016-7878(13)80008-9 .
  7. ^ González-Mancera, G.; Ortega-Gutiérrez, F.; Nava, NE; Arriola, HS (2003). 「メキシコ南部テウイツィンゴの超塩基性岩体における蛇紋石鉱物のメスバウアー分光法による研究」 .超微細相互作用. 148 ( 1–4 ): 61– 71. Bibcode : 2003HyInt.148...61G . doi : 10.1023/B:HYPE.0000003765.32151.3b . S2CID 96761317 . 
  8. ^ Haldar, Swapan Kumar (2020年7月27日).鉱物学と岩石学入門. エルゼビア・サイエンス. ISBN 978-0-12-820585-3. 2022年11月20日閲覧。
  9. ^ムーディー 1976、136ページ。
  10. ^ a bロバーツ, BA; プロクター, J. (2012年12月6日).蛇紋岩地域の生態学：世界的な視点. シュプリンガー・サイエンス＆ビジネス・メディア. p. 8. ISBN 978-94-011-3722-5。
  11. ^ a b Albers, Elmar; Bach, Wolfgang; Pérez-Gussinyé, Marta; McCammon, Catherine; Frederichs, Thomas (2021). 「大陸分裂から中央海嶺拡大までの蛇紋岩化作用による水素生産：西イベリア半島縁辺における予想外の高生産率」 . Frontiers in Earth Science . 9 : 487. Bibcode : 2021FrEaS...9..487A . doi : 10.3389/feart.2021.673063 . ISSN 2296-6463 . 
  12. ^ムーディー、ジュディス・B. (1976年4月). 「蛇紋岩化：レビュー」.リソス. 9 (2): 125– 138. Bibcode : 1976Litho...9..125M . doi : 10.1016/0024-4937(76)90030-X .
  13. ^ a b Allen, Douglas E.; Seyfried, WE (2004年3月). 「蛇紋岩化と熱発生：ロストシティとレインボー熱水系からの制約 1 1 共同編集者：JC Alt」. Geochimica et Cosmochimica Acta . 68 (6): 1347– 1354. doi : 10.1016/j.gca.2003.09.003 .
  14. ^メヴェル、カトリーヌ (2003 年 9 月)。「中央海嶺における深海かんらん岩の蛇紋岩化」。レンダス地球科学をコンテスします。335 ( 10–11 ): 825– 852。Bibcode : 2003CRGeo.335..825M。土井：10.1016/j.crte.2003.08.006。
  15. ^ a bフライヤー、パトリシア（2012年1月15日）. 「蛇紋岩泥火山活動：観察、プロセス、そして示唆」. Annual Review of Marine Science . 4 (1): 345– 373. Bibcode : 2012ARMS....4..345F . doi : 10.1146/annurev-marine-120710-100922 . ISSN 1941-1405 . PMID 22457979 .  
  16. ^ Mason, Olivia U.; Nakagawa, Tatsunori; Rosner, Martin; Van Nostrand, Joy D.; Zhou, Jizhong; Maruyama, Akihiko; Fisk, Martin R.; Giovannoni, Stephen J. (2010年11月5日). 「海洋地殻の最深層における微生物学の初調査」 . PLOS ONE . 5 (11) e15399. Bibcode : 2010PLoSO...515399M . doi : 10.1371/journal.pone.0015399 . PMC 2974637. PMID 21079766 .  
  17. ^マーシャル、マイケル（2010年11月17日）「生命は地球の地殻の最深層で発見される」ニューサイエンティスト誌。 2021年12月3日閲覧。
  18. ^ウィリアム・マーティン、マイケル・J・ラッセル（2007年10月29日）「アルカリ性熱水噴出孔における生化学の起源について」王立協会哲学論文集B：生物科学. 362 (1486): 1887–1926 . doi : 10.1098 / rstb.2006.1881 . PMC 2442388. PMID 17255002 .  
  19. ^ McCollom, TM; Seewald, JS (2013年4月1日). 「蛇紋岩、水素、そして生命」 . Elements . 9 (2): 129– 134. Bibcode : 2013Eleme...9..129M . CiteSeerX 10.1.1.852.2089 . doi : 10.2113/gselements.9.2.129 . 2021年9月5日閲覧。 
  20. ^「CVO Website - Serpentine and serpentinite」Wayback Machineに2011年10月19日アーカイブ、 USGS/NPS Geology in the Parks Website、2001年9月、2011年2月27日にアクセス。
  21. ^ 「Serpentinite」サンフランシスコ・プレシディオ、国立公園局。 2021年9月3日閲覧。
  22. ^ “La flore de Nouvelle-Calédonie – プレミア パーティー” . Futura-sciences.com。 2004 年 8 月 18 日。2013 年1 月 30 日に取得。
  23. ^ Alexander, Earl B.; Coleman, Roger G.; Keeler-Wolfe, Todd; Harrison, Susan P. (2007). 「6 蛇紋岩土壌の分布と環境への影響」 . academic.oup.com . doi : 10.1093/oso/9780195165081.003.0010 . ISBN 978-0-19-516508-1. 2022年11月20日閲覧。
  24. ^シンカンカス、ジョン (1964).アマチュアのための鉱物学. プリンストン、ニュージャージー州: ヴァン・ノストランド. pp.  149– 480. ISBN 0-442-27624-9。{{cite book}}:ISBN / 日付の非互換性（ヘルプ）
  25. ^ Philpotts, Anthony R.; Ague, Jay J. (2009). Principles of igneous and metamorphic petrology (第2版). Cambridge University Press, UK. p. 371. ISBN 978-0-521-88006-0。
  26. ^ネッセ、ウィリアム・D. (2000).鉱物学入門. ニューヨーク: オックスフォード大学出版局. p. 239. ISBN 978-0-19-510691-6。
  27. ^アシュースト、ジョン. ダイムズ、フランシス・G.建築石材と装飾石材の保存. エルゼビア・バターワース・ハイネマン、1990年、51頁。
  28. ^エヴァ・マリア・ホイヤー: Sächsischer Serpentin: ein Stein und seine Verwendung。ライプツィヒ版、ライプツィヒ、1996 年、20 ～ 22 ページ。
  29. ^ Kerr, A.; Squires, GC 「ホープデール近郊の蛇紋岩とそれに伴う岩石：職人による彫刻用石材資源の可能性」（PDF）地質調査報告書19 ( 1) ニューファンドランド・ラブラドール州天然資源局：39-57。2021年9月3日閲覧。
  30. ^ヴァレー州産タルコース片岩。トーマス・ボニー著（地質学雑誌、1897年、NS、[iv]、4、110--116）抄録
  31. ^リトアニアエネルギー研究所 (2011年5月28日). 「構造、部品、機器、システムの設計」 .イグナリナソースブック. 2011年10月9日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2011年5月28日閲覧。
  32. ^ Aminian, A.; Nematollahi, MR; Haddad, K.; Mehdizadeh, S. (2007年6月3日～8日).モンテカルロ法による各種コンクリートの遮蔽パラメータの決定(PDF) . ICENES 2007: 新興原子力システムに関する国際会議. セッション12B: 放射線影響. イスタンブール, トルコ. p. 7.オリジナル(PDF)から2016年3月3日時点のアーカイブ。 2011年5月28日閲覧。
  33. ^ Abulfaraj, Waleed H.; Salah M. Kamal (1994). 「原子炉遮蔽材としてのイルメナイト蛇紋石コンクリートと通常のコンクリートの評価」.放射線物理化学. 44 ( 1– 2): 139– 148. Bibcode : 1994RaPC...44..139A . doi : 10.1016/0969-806X(94)90120-1 . ISSN 0969-806X . 
  34. ^ Farhang, F.; Oliver, TK; Rayson, MS; Brent, GF; Molloy, TS; Stockenhuber, M.; Kennedy, EM (2019年3月). 「CO2隔離のための熱活性蛇紋岩の溶解：異なる温度およびpH値におけるシリカ沈殿の影響」. Journal of CO2 Utilization . 30 : 123–129 . doi : 10.1016 /j.jcou.2019.01.009 . S2CID 104424416 . 
  35. ^ Power, IM; Wilson, SA; Dipple, GM (2013年4月1日). 「CO2隔離のための蛇紋岩炭酸化」 . Elements . 9 (2): 115– 121. Bibcode : 2013Eleme...9..115P . doi : 10.2113/gselements.9.2.115 .
  36. ^ Li, Wenzhi; Li, Wen; Li, Baoqing; Bai, Zongqing (2009年2月). 「鉱物炭酸化によるCO2隔離を促進する電気分解および加熱前処理法」.化学工学研究設計. 87 (2): 210– 215. Bibcode : 2009CERD...87..210L . doi : 10.1016/j.cherd.2008.08.001 .
  37. ^ピーター・フィムライト（2010年7月16日）「地質学者、州の岩石撤去法案に抗議」サンフランシスコ・クロニクル。 2018年4月17日閲覧。
  38. ^フレイゼル、ジュリー、エルキンス、アンソニー・オギーン、ロバート・レイノルズ、ジェームズ・マイヤーズ。「カリフォルニア州のアスベスト含有蛇紋岩と土壌に関する事実」（PDF） 。ANRカタログ。カリフォルニア大学農業・天然資源学部。 2018年4月17日閲覧。
ウィキメディア コモンズには、蛇紋岩に関連するメディアがあります。
「 https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=蛇紋岩&oldid= 1326384275」より取得