粘土と環境地質
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(2) 粘土科学. 第31巻. 第2号82‑90(1991). 特集 ・粘土研究― 私の考 え方 と方 法論 粘 土 と環 境 地 質. 田. 崎. 和. 江. 島根大学理学部地質学教室 〒690松 江市西川津町1060 Clays. and Environmental Kazue. Department. Geology. TAZAIU. of Geology, Shimane. Matsue, Shimane. University. Japan 690. Abstract. Our atmosphere, oceans, sediments and soils, all reflect major or minor influences of the biosphere . In the sediments, erosion of the topsoil, complex mixture of clay minerals and carbon compounds, is one of crisis in the world economy. Clay mineralogist concerned with the sediments and mineral deposits must understand weathering processes plus microorganisms in detail. Bacteria must be important in all transport processes of elements between sediments and water systems. In the atmosphere, fine particles, such as clays , loess and fly ash produced by combusion of fossil fuels are biologically and chemically recycling in our planet. The consequences of a massive increase in the use of coal or other fossil carbon sources give the global atomospheric increase of CO2 N2O, acid gases, etc. Modern electron microscopic techniques and the new array of computer surface techniques, ESCA , Auger, SIMS, etc. have made it possible to see A level structures,and chemistry of the fine particles. Examples of such fine mineralogical particles in the surface environment are described in this paper. Key words: clays, environment, soil, atmosphere, bacteria. electron microscopy. 1.. ま. え. が. き. 地 球 温 暖 化 に よ る 海 水 面 の 上 昇,酸. 性 雨,砂. 土 壌 の 消 失 な ど種 々 の 地 球 環 境 問 題 が,地 今 や 世 界 の 総 人 口 は50億 で い く と2000年 る.こ. に は,70億. の ままの勢 い. に達 す る と予 測 され て い. の 爆 発 的 な 人 口増 加 を 支 え る た め の 森 林 伐 採. と耕 地 面 積 の 拡 大,化 圏,水. に達 し,こ. 圏,生. 1991年(平. 石 燃 料 消 費 の 増 大 な ど が,気. 物 圏 に 危 機 的 な 変 化 を 起 こ し て い る.. 成3年)6月6日. 受 付,1991年(平. 漠化 と. 球 に生存. す る す べ て の 生 物 に か か わ っ て き て お り,早 急 に 解 決 が 求 め ら れ て い る.地. 球 規 模 の 変 化 を 正 し く記 録. し,か つ 将 来 を 予 測 す る た め の 基 礎 研 究 が 重 要 な 課 題 と し て と り上 げ ら れ て い る.そ IGBP. 成3年)6月8日. (International 受理. の 大 き な 柱 が,. Geosphere‑Biosphere. Prog‑.
(3) 第31巻. 83. 粘 土 と環 境 地 質. 第2号(1991). ramme‑A study of Global Change)で あ り,地 球 圏 ‑生 物 圏 国 際 協 同 研 究 計 画‑地 球 変 化 の 研 究‑と 訳. 互 作 用 を行 な い,全. さ れ て お り,地. い る.. 球 圏 と生 物 圏 に お け る 相 互 作 用 と地. は,大. 気‑土. 壌‑水‑生. 物 の す べ て と結 び つ き,相. 地 球 シ ス テ ム に 影 響 を 及 ぼ して. 球 の 変 化 を解 明 す る こ と をめ ざ した研 究 計 画 で あ る.こ. の 国 際 プ ロ ジ ェ ク トは,1980年. が 始 め ら れ,1990年 (物理 的,化. 学 的,生. に,各. 代 初 め に検 討. 国 で,予. 2.. 大気 中の微 細粒 子. 測 可 能 な部 分. 物 的 過 程 とそ れ らの 相 互 作 用). 大 気 中 の 二 酸 化 炭 素(CO2),一. を 優 先 さ せ て 研 究 が 始 め られ た(Fyfe,1981,1985a. 化 二 窒 素(N2O)な. and b).. て 地 球 規 模 で 増 加 し,温. 筆 者 は,カ 上 生 物 圏‑大. ナ ダ で こ の 研 究 計 画 に 参 加 し,特 気 圏 の 相 互 作 用,生. 研 究 を行 っ て き た.カ. に陸. 物 と土壌 の領 域 で. ナ ダ で の 成 果 に 加 え,日. 本 に. 然 界 の収 支 のバ ラ ン. ス を 崩 し て い る が,こ. の 収 支 量 に つ い て の 知 見 は,. る 酸 性 降 下 物 は,雪,雨,河. しい粘土 鉱 物. 地 球 環 境 の 問 題 は,従 な い,有. 来 の 研 究 分 野 の わ くに 入 ら 物 と生 物 の 間,農. 学 と地. 質 学 の 間 と い う よ う に 境 界 領 域 の 仕 事 で あ る.し が っ て,そ. の 課 題 は,せ. ま い 地 域 に 限 らず,地. 体 に あ て は ま る場 合 が 多 い.ま. た,従. 学 の 考 え 方 や 手 法 と大 分 異 な り,取 石 油 ・ガ ス に 関 す る も の,深 壌,石. 炭 の す す や 浮 遊 塵,ラ. 物,石. 墨,現. な ど,空. 生 微 生 物,化. The. earth's. components. outer of. Fyfe,. 1985). ン ク リ ー ト建 造 物 の 老 朽 化 を. 気 中 の 微 細 浮 遊 粒 子 の 詳 しい 記. 載 や そ の 挙 動 に つ い て の 情 報 は 乏 し い. イ ン ドのTalchir発. 電 所 か ら採 集 し た 石 炭 の す す. た. 球全. 河土. ン酸 塩 鉱. 山 ガ ラ ス,合 の 中 で,微. 成物. 細 な粘 土. system.. water,. atmosphere are all connected and mass and energy. Life is associated hydrosphere-atmosphere. 壌 を酸性 化. 球 の 微 細 な もの は,す. layer soil,. 川 の 水,土. り扱 う試 料 も,. 海 底 堆 積 物,氷. 石,火. か ら 海 の 底 ま で,地. 石燃 料 の燃 焼 に よっ て生 ず. 来 の粘土 鉱 物. テ ラ イ ト,リ. べ て 研 究 対 象 で あ る(Fig.1).こ. Fig.1. し,植 物 を 枯 ら し,コ 促 進 し て い るが,大. 機 と 無 機 の 間,鉱. 温上 昇 な どの気. 炭 ・石 油 の 化 石 燃 料. 為 的 な 要 因 で,自. 極 め て 限 ら れ て い る.化. の 課 題 と解 決 方 法 を 通 して,新. 室 効 果,気. の 燃 焼 は,人. し,粘 土 鉱 物 学 が 環 境 問 題 に どの よ う に 貢 献 で き る か,そ. 酸. 間 活動 の 影響 に よ っ. 候 の 変 調 を 引 き起 し て い る.石. 帰 国 した 後 に 行 な っ た 研 究 成 果 の 一 部 を こ こ に 紹 介. 学 の あ り方 を 考 え て み た.. 酸 化 炭 素(CO),一. どの 濃 度 は,人. The. ash,. and. exchange with the. system.(After. Fig.2. Fly ash from coal combustion now makes a massive contribution to global aerosols. Transmission electron micrographs of fly ash before (B) and after (C) electron exposure for few minutes. Stable coal fly ash with sillimanite (4.46A) (A)..
(4) 田崎和江. 84. は,球. 粒 で,し. ば しば 表 面 と内 部 と で 化 学 組 成 が 異. な っ て い る(Powell. et aL.,1989).一. 部 は,Al,Si,Fe,S,Mn,Znが 2).球. 粒 物 質 は,電. (Fig.2B,C)が. 般 に,粒. 子の 内. 多 く 結 晶 質 で あ る(Fig. 子線. あ り,後. に 強 い 物(Fig.2A)と 者 は,数. 弱 い物. 秒 の 電 了線 照 射 に よ. り,脱. Scanning dusts. collected. 10 April, loess. electron. 1990,. particulates.. micrographs. at Shimane showing. of airbone. University, coal. fly. ash. on 9with. 水. ・脱 ガ ス が 生 じ,イ. ル メ ナ イ ト,ヘ. ト な ど の 結 晶 質 の 核 が 残 る(Fig.2C).こ は,石 上,微. 炭 の す す が,人 細 粒 子(鉱. し た(Tazaki. Fig.4 Fig.3. 粘 土科 学. マ タ イ. の観 察結 果. 体 の 粘 膜 や 肺 に 付 着 しや す い. 物)が. 人 体 に蓄積 す る危 険性 を示. et al,.1989).. Morphology. of. concrete-icicle. terrace. of building. electron. micrograph. of concrete-icicle calcite;. Small. toward. the rim.. (A) and (B). shows. grains. under the. The crystal. in the. a. scanning. cross. section. growth center. of grew.
(5) 第31巻. 85. 粘 土と環 境 地 質. 第2号(1991). イ ン ドの み な らず,中. 国 も多量 の化 石 燃 料 を消 費. し,大 都 市 で 深 刻 な 大 気 汚 染 を引 き起 こ し,気 障 害 が 問 題 に な っ て い る.中. 管支. 国 の 汚 染 され た 大 気 が. 偏 西 風 に 乗 り,日 本 上 空 に 飛 来 す る こ と は よ く知 ら れ て い る(石 坂 他,1981;岩 1989;田. 崎 他,1990).偏. 坂 他,1989;向 西 風 は,ゴ. マ カ ン砂 漠 の 砂 の 成 分(い く,凝. 井 他,. ビ砂 漠,タ. わ ゆ る 黄 砂)だ. クラ. けでな. 集 した 石 炭 の す す を 日本 上 空 に運 ん で くる. (Fig.3).山. 陰 地 方 に は,偏. 西 風 に乗 っ て,石. す が 付 着 し た黄 砂 が 飛 来 し,pH4.6〜4.9の. 炭のす. 酸性 雨 が. 降 る(山 口 他,1991;原,1991).1990年4月9日. 〜. 10日 に,松. 英. 江 市 で 採 集 し た 黄 砂 の 鉱 物 成 分 は,石. と長 石 を 主 と し,方 解 石,雲 物 と少 量 の14A鉱. は,SO2‑4,NO‑3,Cl‑を く,特. 母 類 鉱 物,カ. 物 が 認 め られ た.当 は じめFeの. 上Feの 含 有 量 は,他. オ リ ン鉱. 日の 浮 遊 粉 じん. 含有量 が非 常 に高. の 月 に比 較 し て,一. 桁高. い7.2μg/m3を 記 録 した(田 崎 他,1990). 大 気 汚 染 の 発 生 源 の ほ と ん ど な い松 江 市 上空 に, 黄 砂 に と も な っ て 汚 染 物 質(酸. 性 降 下 物)が. て き て い る こ と は 明 か で あ る.酸 (酸 性 雨)は,松. や 芝 を 枯 死 させ る 要 因 の 一 つ で あ. る ば か り で な く,コ か し て,つ. ン ク リ ー ト建 造 物 の 石 灰 分 を溶. ら ら状 の 物 体 を 作 っ て い る(Fig.4).い. ゆ る コ ン ク リー トの つ ら ら の 生 成 は,築 係 な く,雨. 飛来 し. 性 降下 物 を含 む 雨. わ. 後年数に関. 水 の 酸 性 度 が 高 い ほ ど コ ン ク リ ー トの 石. 灰 分 を強 く溶 解 す る の で,結. 晶 化 が 促 進 さ れ る.こ. の つ ら ら の 成 分 は 主 に カ ル サ イ トで あ り,中 状 を して い る(Fig.4A)が,そ 滴 が 落 ち,地. 上 面 に は,し. 形 成 して い る.こ. 空 の管. の 管 か らは,常. に水. ば しば石筍 状 の 沈 で ん を. の 水 滴 は,pH11で,NO2やSO4を. 検 出 す る こ と か ら,酸 性 雨 が コ ン ク リ ー ト を 腐 食 し て い る と い え る.コ. ン ク リ ー トつ ら ら の 断 面 を 走 査. 型 電 子 顕 微 鏡 で 観 察 す る と,管. の 中 央 付 近 に は,微. 細 な カ ル サ イ トの 結 晶 が 見 ら れ,結 て,徐. 晶 は外 側 に 向 っ. 々 に 大 き な 長 柱 状 〜 立 方 体 へ と成 長 して い る. (Fig.4B).コ. ン ク リー トつ ら ら は,大. 気汚 染や 地球. 環 境 汚 染 へ の 警 告 で あ り,最 近 で は,屋 粕 薬 が 酸 性 雨 に よ っ て,有. 根 が わ らの. 害 物 質 を溶 出 させ る こ と. が 問 題 に な っ て い る. コ ン ク リ ー トは,バ 進 さ れ る.チ. Scanning. electron. thiooxidans. isolated. was. cultivated. AT. オ バ チ ル ス属(Thiobacius)は,硫. 化. ン ク リ ー トを 腐 食. ン ク リ ー トや モ ル タ ル生 成 時 に. crystals,. of. 30•Ž. crystals. is. thiooxidans press). for. 2. weeks. by. similar. ways. in. connecting to. shown. the in. using. electron size. both. T.. concrete. Transmission. The. as. of. corroded. embryonic. growing (B).. in. micrograph from. (A).. vertical. al.,. at. medium. micrograph. クテ リア に よ って も腐 食 が促. 水 素 を酸 化 し,硫 酸 に 変 え て,コ させ る(Fig.5A).コ. Fig.5. of. way fission Fig.5A.. gypsum. parallel. and of. way (Tazaki. these of. T et.
(6) 田崎和江. 86. は,セ. メ ン トの 水 和 鉱 物,エ. が み と め ら れ る が,腐. ト リ ン ガ イ ト(初 生). イ ト,ジ プ サ ム,方 解 石,バ. ラ イ トが 生 成 し,pHも の 腐 食 部 分 を透 過. 型 電 子 顕 微 鏡 で 観 察 す る と,極. る.細. 微小 の ジ プサ ムの結. オ バ チ ル ス と 似 た 形 態 と連 結 方 法 で 存 在 す. 胞 分 裂 と増 殖 を 思 わ せ る ジ プ サ ム の 結 晶 成 長. は 興 味 深 い(Fig.5B,Tazaki 述 べ た,石. et al.,in press).以. 炭 の す す‑黄. の つ ら ら‑コ は,微. A. 食 が 進 む と,二 次 エ ト リ ン ガ. 5以 下 と な る(田 崎 他1990a,b).こ. 晶 が,チ. 粘土科学. 砂‑酸. 性 雨‑コ. 上. ンク リー ト. ン ク リ ー トの 微 生 物 腐 食 の 一 連 の 関 係. 細 な 粒 子 が 鉱 物 学 的,微. 生 物 学 的 に地球 環境. B. に 影 響 を及 ぼ す と い う一 例 で あ る.. 3.. 微 生 物 と微 細 物 質 の 循 環 と 相 互 作 用. 異 な る 環 境 下 で,バ. クテ リア の生体 鉱物 化 作 用 に. よ っ て 生 成 さ れ る 鉱 物 は,250種 り,大. き く分 け る と,炭. 酸 塩 鉱 物,水. 以 上 も認 め ら れ て お. 酸 塩 鉱 物,硫. 酸 化 鉄 鉱 物,珪. 酸 塩 鉱 物,燐. 酸 塩 鉱 物,そ. して グ ロ. コ ナ イ トや シ ャ モ サ イ トな どの 粘 土 鉱 物 に 関 係 す る も の に 区 別 で き る 。 バ ク テ リ ア は,微. 量 元 素 を結 合. C. あ るい は蓄積 す る役割 や可 溶 性 の 金属 イ オ ン を多量 に吸 着 す る 能 力 が あ る(Mann aL.,1989a. and b;Tazaki. et al.,1987;Ferris. et. et al.,1991).. バ ク テ リ ア に よ る生 体 鉱 物 化 作 用 を 解 明 す る こ と は,地. 球 の 歴 史 の 中 で,陸. 地 や 海洋 の 環 境 変化 にバ. ク テ リ アの は た す 役 割 を 明 ら か に す る こ とで もあ る.例. え ば,カ. ナ ダ の ガ ン フ リ ン ト層 に み ら れ る,. 縞 状 鉄 鉱 床 は,鉱. 床 の で き方 に バ クテ リア が関 与 し. た こ と を 示 し,そ. の バ ク テ リ ア は,大. 形 成 に も関 与 した ら し い.ガ. 気 中 の酸 素 の. ン フ リ ン ト層 の 赤 色 チ. ャ ー ト中 に は 藻 類 の 化 石 が 多 数 認 め ら れ る(Fig. 6A).バ. ク テ リ ア の細 胞 壁 を エ レ ク トロ ン マ イ ク ロ プ. ロ ー ブ で 分 析 す る と,Si,O,Al,Mg,Cの Feが 認 め ら れ る(Fig.6B).こ. 他,多. のFeは,ヘ. 量の. マタイ ト. や レ ピ ドク ロサ イ トな ど の酸 化鉄 鉱 物 を作 っ てお り,ま. た カ ー ボ ン は,し. ば し ば,グ. ラ フ ァ イ トに 変. 化 して い る の が,高. 分 解 能 電 子 顕 微 鏡 に よ り確 か め. ら れ て い る(Tazaki. et al.,1990,1991).オ. 子 分 光 に よ る こ の 細 胞 の100,400,900Aの は,カ. ー ボ ン の 存 在 とAl/Si比. (Fig.6C).こ. れ らの 結 果 は,細. 胞 壁(被. Optical micrograph of a thin section of the red chert showing a silicified coccoid (A). Arrow shows iron-loaded cell wall. Electron microprobe analysis (B) and Auger electron spectroscopy (C) of the coccoid indicated iron-rich cell wall of carbon-rich cell. (Tazaki. et.,. 1991). ー ジ ェ電 深 度分 布. の 変 化 を 示 して い る. 本 体 との 化 学 組 成 の 差 異 を あ ら わ し,か. Fig.6. 膜)と. 細胞. つ バ クテ リ. ア の マ イ ク ロ オ ル ガ ニ ズ ム に よ る鉄 鉱 物 の 生 成 を 示 唆 して い る. 先 カ ン ブ リ ア 代 の ガ ン フ リ ン ト層 に み ら れ る バ ク テ リ ア の み な らず,現. 生 バ ク テ リ ア も同 じ く,細 胞.
(7) 第31巻. 粘 土と環 境 地 質. 第2号(1991). 壁 に 重 金 属 を 濃 集 す る(Mann Mann ダ,オ. et al.,1987;Ferris. 7A),ゲ. et. 物 は,水. ナ. ドベ リ ー の 鉱 山 の 排 水 溝 に生. sp.は,細. 胞 壁 に マ グ ヘ マ イ ト(Fig.. ー サ イ ト(Fig.7B),レ. (Mann. Fyfe,1985).ま. Fyfe,1985;. et al.,1989a,b).カ. ン タ リ オ 州,サ. 棲 す るEuglena. and. al.,1987)を. ピ ドク ロ サ イ ト. 形 成 し て い る.こ. れ らの 鉱. や 水 和 プ ロ トン に よ っ て 容 易 に 置 換 さ れ な. い の で,細. 胞 壁 は,鉱. 供 す る.各. 種 の バ クテ リア を用 いた 実験 結 果 に よれ. ば,燐 1〜3ヶ. 酸 塩,硫. 物 生 成 の た め の 重 要 な場 を提. 酸 塩,珪. 87. 殖 す る こ と が 知 られ て お り,ウ. ラ ン鉱 石 の 形 成 に も. バ ク テ リ ア が 関 与 して い る こ と を 示 唆 して い る.パ イ ラ イ トや グ ロ コ ナ イ トの 生 成 に つ い て,従. 来バク. テ リアが 関 与 した可 能性 を指 摘 され る こ とは あ っ た が,具. 体 性 に 欠 け て お り,今. 後 バ クテ リ アの 役割 を. 明 ら か に し て い く必 要 が あ る.. 4.. 酸 塩 な ど を 含 む 微 結 晶 が,. 月 で 細 胞 壁 に 生 成 す る(Beveridge. た あ る 種 の 鉄 還 元 バ ク テ リ ア は,鉄. だ け で な く,水 溶 性 の ウ ラ ン を も摂 取 して 急 速 に 増. 土 壌 と地球 環境. and. 第 二次 世 界 大 戦 以 後,と 然 資 源,特. く に こ こ2〜30年. に 豊 か な熱 帯 雨 林 が,伐. 間の自. 採 に よ り急 激 に. 減 少 し,気 候 ・ 土壌 ・生 物 群 集 に 大 き な 変 化 を与 え て い る.植. Fig.7. Transmission. electron. microorganism encapsulated. of cell envelope by maghemite (A).. micrograph. area electron diffraction pattern maghemite is inset in lower left Transmission electron remains of microorganism (B). The surrounding. 生 域 ・岩 石 ・砂 漠 な ど の 陸 地 表 面 は,大. showing heavily Selected of the corner.. micrograph of from Sudbury. microcrystalline aggregate the cell wall is goethite.. Fig.8. Cryo-transmission. high-resolution. micrograph of frozen-hydrated and the selected-area electron. electron Na-smectite diffraction. pattern showing the deformation of the basal spacing (arrow) and the shrinkage to 11.6A from 12.5A and 17A around an ice crystal.(Tazaki et al., 1988).
(8) 田崎和 江. 88. 気 圏 と活 発 な 熱 交 流 を行 な っ て い る が,森. 林乱伐に. A. よ り二 酸 化 炭 素 吸 収 源 は急 速 に 減 少 しつ つ あ る.そ の 結 果,人 い る.そ. 類 は,雨,水. 粘土科学. そ して土 壌 まで変 化 させ て. の一 つ が 雨量 分布 の変 化 と土壌 侵 食 で あ る. (Fyfe,1989).土 に 対 応 して,乾. 壌 は,季. 節 に よ る 水 と気 相 の 変 化. ・湿 状 態 を く り か え す 複 雑 な シ ス テ. ム の 中 に あ る.土. 壌 中 の 微 細 粒 子 は,大. きな比 表面. 積 を持 ち,生 物 の 根 との 相 互 作 用 に 大 き な 役 割 を は た し て い る.こ. の 乾‑湿,温. 暖‑寒. 冷 の ダ イナ ミ ッ. ク ス を ミ ク ロ ン ス ケ ー ル で 明 ら か に す る こ と が,土 壌 保 全 に とっ て 必 要 で あ る. カ ナ ダや ア メ リ カ な どの 穀 倉 地 帯 で は,表. 層土壌. の 消 失 や 侵 食 が 深 刻 な 問 題 と な っ て き て お り,大 模 農 業 は破 局 に 向 い つ つ あ り,こ よ び 経 済 問 題 に も発 展 す る,凍 し,か. の こ と は,食. 結‑溶. 規. 料お. 解 を く りか え. つ風 に よ る 侵 食 の 影 響 を受 け る 北 極 圏 の 表 層. 土 壌 消 失 の メ カ ニ ズ ム も早 急 に 解 明 し な け れ ば な ら な い.こ. の よ う な 問 題 意 識 の も と に,ひ. ル と し て ス メ ク タ イ トの 湿 潤‑凍 状 態 を,ク. 結‑溶. とつ のモ デ 解‑乾. 燥の. ラ イ オ シス テム や 大気 ホ ル ダー のつ い た. 特 殊 な 電 子 顕 微 鏡 で 観 察 し た.そ. の 結 果,湿. 潤 なス. メ ク タ イ トは,凍. 結 す る こ と に よ り,隙. 晶 が 形 成 さ れ,そ. の周 辺 の粘 土 の層 間 隔が せ ば め ら. れ た り,氷 の 結 晶 が 大 き く な る と,ス 薄 膜 は,風. 間 に氷 の結 Fig.9. Transmission. メ ク タ イ トの. 察 結 果 は,北. 米,北. et al.,1988).こ. の観. after. 14. micrographs showing. kaolinite. and. of smectite days. at. of. hexagonal. Mg(OH)2(A) rimming. and kaolinite. 160•Ž(B).(Imasuen. et. al.,. 1989). 解 サ イ ク ル との相 乗 作 用 であ. る こ とを示 唆 し た. 一方 ,熱 帯 雨 林 に お い て は,森 の 侵 食 が 進 む と,珪. of. development. 極 圏 に お け る表層 土 の 消 失 が風. に よ る侵 食 と凍 結‑溶. material. crystals. に 飛 び や す い 大 き さ に 破 砕 さ れ る こ とが. 観 察 され た(Fig.8)(Tazaki. electron. starting. ネ ル ギ ー を計 算 す る と,100℃ 林 伐 採 に よ り土 壌. 酸 の 溶 脱 が 強 く な り,粘 土 鉱 物. 年 間,25℃. で は54年 間 で,カ. 度 は,21〜38℃. リ ナ イ トや ギ ブ サ イ トを 主 成 分 と す る よ う に な る.. 土 壌 は,40〜45℃. こ の 典 型 的 な 土 壌 が ラ テ ラ イ トで あ り,農. て も,そ. 産 性 が 非 常 に 低 い.そ. こ で,高. 温 多湿 の 熱 帯地 域 に. 型 的 な熱 帯土 壌 の 温. で あ る が,5〜7月. に は,砂. に も上 昇 す る の で,自. う長 い 時 間 を か け ず に,ス. 成 され る で あ ろ う(Imasuen. で15. オ リ ナ イ トが ス メ ク タ. イ トに 変 化 す る こ と に な る.典. も水 分 や 陽 イ オ ン を 保 持 ・吸 着 す る能 力 の な い カ オ. 作物 の生. で 一 年 間,45℃. の多 い. 然 界 にお い. メ ク タ イ トが 生. et al.,1989).実. 験室 で. お け る土 壌 改 良 が 大 き な 課 題 と な る.農 作 物 を 作 る. の 結 果 を ラ テ ラ イ ト土 壌 に 応 用 す る こ と も 可 能 で あ. 場 合,多. る.そ. 量 の 肥 料 を 入 れ る か わ り に,土. 壌 の若返. り,土 壌 の 質 を 変 え る方 が 長 い 目 で 見 る と 得 策 で あ る.そ. の 解 決 法 の 一 つ が,1〜10年. の 間 に,カ. オリ. の 場 合,Mg(OH)2の. ル,ス. リ ラ ン カ,ナ. イジ ェ リ ア にお いて 成果 を上 げ. て い る.こ. る.実 験 室 で は,カ. した よ い 例 で あ る.人. 160℃. に加 熱 す る と,14日. に,ス. メ ク タ イ トが 生 成 した(Fig.9).こ. 加 え,. 間 で カ オ リ ナ イ トの ふ ち の 反応 エ. 末 に した 玄. 武 岩 や蛇紋 岩 を農 耕 地 に加 え る方法 がす で に ブ ラ ジ. ナ イ トを ス メ ク タ イ トに 変 え る ア イ デ ィ ア ー で あ オ リ ナ イ トにMg(OH)2を. か わ り に,粉. の 例 な ど は,地. を認 識 した 上 で,対 ば な ら な い.. 球環 境 に粘 土 鉱物 が 貢献. 間活 動 に よる環境 変化 の 実態. 応 手 段 と環 境 保 全 を 考 え な け れ.
(9) 第31巻. 粘 土 と環境 地質. 第2号(1991). 89. 6.. 5. 粘 土鉱 物生 成の初 期 過程 一 次 鉱物 の風 化 の 初期 過 程 で は. ,鉱 物 の 表 面 に,. 新 しい研 究 課 題. 自然 環 境 の 研 究 は 広 範 な研 究 領 域 が 複 雑 に か ら ま. 水 和 あ る い は 酸 化 に よ り新 しい 物 質 が 形 成 し て い る. り 合 っ て い る た め,他. こ とが 認 め られ る.こ. 細粒子が. 識,技. 化が始 ま. 地 球 レベ ル の 視 野 に 立 っ た 課 題 や 国 際 協 力 と共 同 研. の 新 しい 物 質 は,微. 集 ま っ た 薄 膜 で あ る.カ る と,ま. リ長 石 の 場 合,風. ず カ リの 溶 脱 が 起 り,外 部 の 溶 液 か ら水 酸. 化 鉄 が 表 面 に 沈 着 し,初 10)(Tazaki 土 は,非. and. Fyfe,1987a. 常 に 薄 く,直. 14‑20Aの. 生 粘 土 が 生 成 さ れ る(Fig. and. b).こ. 径 は,150‑200Aの. 層 間 隔 を も つ.電. 分 野 の 研 究 者 との 交 流 や 知. 術 の 交 換 とそ の 統 合 化 が 必 要 で あ る.ま. 究 を推 進 す べ きで あ る.地 と,当. 然,土. 球 レ ベ ル で 環 境 を考 え る. 壌 の 問 題 は,世. の初生 粘. か か わ っ て く る.我. 球 粒 で,. な お さ な け れ ば な ら な い.特. 子 線 回 折 で は,プ. ロー. 々 は,土. 界 の食 料 と人 口問 題 に 壌 を 新 し い視 点 か ら 見 に,生. ミ ク ロ レ ベ ル で の 詳 細 な 研 究 は,将 解 決 し,コ. 物 学 的 な視 野 と 来,土. 壌問題 を. ン トロ ー ル す る こ と が で き る よ う に な る. で あ ろ う.電 物,ち. た,. 子 顕 微 鏡 レベ ル の 繊 細 さ で 粘 土,微. りな ど の 微 細 な もの を 取 り扱 い,地. 変 化 を 記 録 し,将. 来 を予 測 す る こ と は,粘. 生. 球環境の 土鉱物学. の 新 しい あ り方 の 一 つ で は な い で あ ろ う か.現. 在,. 私 が 取 り組 ん で い る研 究 テ ー マ の 一 部 を 紹 介 し て, こ の 項 に変 え る. (1)偏西 風 に よ り飛 来 す る黄 砂 と浮 遊 塵 の特 性 (2)北極 に お け る 大 気 汚 染 と 氷 河 中 に 記 録 さ れ た 大 気 の歴史 (3)コ ン ク リー トの 微 生 物 腐 食 (4)活性 汚 泥 とバ ク テ リ ア に よ る 重 金 属 の 濃 集 (5)深 海 底 堆 積 物 中 の バ ク テ リ ア と 鉱 物 の 生 成 メ カ ニ ズム (6)K‑T境 界 に お け る粘 土 鉱 物 と化 石 (7)考古 学 と粘 土 鉱 物 学 の接 点 (8)ア ンモ ナ イ ト中 の 鉄 鉱 物 の 生 成 Fig.10. Transmission. electron. data. of well-developed. with. duplicate. images net. and the. 1987a. clay. K-feldspar.. and b). 結 晶 性 と無 配 列 が 特 徴 で あ. ら に 風 化 が 進 行 す る と,こ. の 初 生粘 土 は減 少. し,長 管 状 の ハ ロ イサ イ トや 六 角 板 状 の ギ ブ サ イ ト が カ リ長 石 の 表 面 に 生 成 す る.こ 石 や 角 閃 石,黒. 雲 母 な ど,Mg,Feを. る か を追 跡 す る の が,火 化 す る 上 で,今. 後,重. (9)一次 鉱 物 の 粘 土 鉱 物 化 に お け る 初 期 過 程 の 解 明. clay circles. of primitive. of weathered. and Fyfe,. and EDX. 文. 14 A lattice. thickening. ドな リ ン グ を 示 し,低 る.さ. primitive. or triplicate. structures. (Tazaki. micrograph. の 初 期 過 程 が,輝 含 む場 合 どうな. 成 鉱物 の粘 土 化 過程 を一般. 要 な 基 礎 的 課 題 で あ る.. 1) Beveridge,. 献. T.J.and. Fyfe, W.S.(1985). Earth Sci., 22, 1893-1898. 2) Ferris, F.G., Tazaki, K.and. Can. J.. Fyfe,. W.S.. (1989a) Chemical Geology, 74, 321-330. 3) Ferris, F.G., Schultze, S., Witten, T.C., W.S. and Beveridge,. T.J.(1989b). Fyfe,. Applied and. environmental microbiology, 55, 1249-1257. 4) Fyfe, W.S.(1981) Science, 213, 105-110. 5) Fyfe,. W.S.(1985a). Malone, and J.G. by Cambridge. Global Roederer,(eds.). University. 6) Fyfe, W.S.(1985b). change,. T.F.. ICSU press. Press, pp.499-506.. Transactions. of the Royal.
(10) 田崎和江. 90. Society. of Canada,. 7). Fyfb,. 8). 原. 9). Imasuen, O.I.. XXIII,. W.S.(1989) 宏 (1991). 193‑199.. Episodes,. 1985,. 12, 249‑254.. 17). 大 気 汚 染 学 会 誌, 26, 1‑8. Tazaki,. Kohyama,. N.(1989). K.,. Fyfe,. Applied. W.S.. Clay. and. Science,. (1981). 天 気,. 18). 12). Mann,. ‑45. ・笹 野 泰 弘 (1989). レ ー ザ ー 研 究, 17, 39. . Flyfe, W.S.(1985). Can.. J.Earth. Mann,. H.,. Tazaki,. J.and. Humphrey,. 22) K., Fyfe,. W.S.,. R.(1987). Beveridge,. Chemical. T.. Geology,. 23). 14). 向 井 人史. ・安 部 喜 也. ・椋. 達 則. ・竹 下 和 男. 間 常 夫 ・高 橋 順 一 ・溝 田 真 司 (1989). ・福. Powell, 28th. M.A.,. Fyfe. Inter.Geological. W.S.and. Tazaki,. Congress,. K.(1989). Abstract,. 24) 2‑. 630. 16). Tazaki, of the. K.and. Fyfe,W.S.(1987a). Intemational. Clay. Proceedings. Conference,. Denver. Sahu,. Tazaki,. ・森. 忠 洋. ・森. ・森 川 真 理 子. K.,. Ferris,. W.S.(1991). and. Powell,. ・野 田 修 司. 忠 洋. ・中 尾. F.G.,. ・野 田 修 司. 允. Tokyo, K.,. in. ・富 田 克 利. biological. R.G.,. and. phylogeny systems,. S.. Springer‑. pp.351‑355. Mori,. T.and. 田 中 文 夫,. 第5回. and. (eds.),. mineralogist,. 山 口 幸 祐,. Wiese,. Mechanisms. H.Nakahara. Tazaki,. 11.. ・野 中 資 博. ・野 中 資 博. Vbrlag,. (1991). K.C.and. 68, 727‑734.. 島 根 大 学 地 質 学 研 報, 9, 17‑27.. Canadian 25). M.(1988). 粘 土 科 学, 30, 178‑186.. 田崎 和 江. Suga. 研 報, 123,7‑42. 15). FUEL,. of mineralization. 国立公 害研. Iwatsuki,. K., Fyfe,W.S.,. 田 崎 和 江. Fyfe,. W.S.and. 粘 土 科 学, 30, 91‑100.. (1990). 63, 39‑43.. Can.J.. 333, 245‑247.. 田 崎 和 江. (1990b). Sci., 22, 1899‑1903. 13). Tazaki,.. (1990a) 21). H.and. Fyfe,W.S.(1987b). K., Fyfe,. M.(1989) 20). 岩坂泰信. Tazald,. Nature,. 28, 47‑. 61. 11). K.and. Sci., 24, 1987.. 4, 19). 石 坂 隆 ・小 野 晃 ・角 脇 怜. 53‑58.. Tazaki, Earth. 27‑41. 10). 粘土科学. Nonaka,. T.(1991). inpress. 多 田 納 力,. 中 尾 允,. 原. 宏. 衛 生 公 害 研 研 究 発 表 会 抄 録 集, 10‑.
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