凝灰 岩表 面 で の塩 類 集 積 現 象 に見 られ る
アル ノー ゲ ンの 産状 お よび生 成 過 程
埼 玉 県 吉 見 丘 陵 を例 と して
堀 口 隆 士
・中 田 正 隆
・鹿 園 直 建
・本 間 久 英
Occurrence and Formation Process of Alunogen and Salt Accumulation
on the Surface of Tuff in Yoshimi Hills, Saitama Prefecture, Japan
Takahito HORIGUCHI,
Masataka NaKATA,
Naotatsu SHIKAZONO
and Hisahide HONMA
Abastract:On the wall of a tunnel dug in sandy tuff of Fukuda formation of Neogene system southwest of Yoshimi hill in Yoshimi Town, Hiki County of Saitama Prefecture, sulfate minerals have crystallied on the surface due to weathering of rocks . Amount of crystallization changes considerably between dry and wet periods, and distribution and mineral species also vary .
Minerals confirmed with results of XRD as surface crystals are mostly alunogen, jarosite and gypsum, accompa-nied with halotrichite, epsomite, thenardite, tamarugite, and sodium alum as well.
Crystallization of these minerals, particularly of alunogen, on the weathering process of rocks indicates that this weathering is advancing in strongly acidic environment compared with that of ordinary weathering . Alunogen is a mineral that is originally formed inconcern with water vaporization in a strongly acidic environment as a secondary mineral main-ly of volcanic sublimate, sinter and sulfide deposit. At this site of study, alunogen crystallizes at ordinary temperature by covering rack surface in skinny shell, and in paragenesis with jarosite. It is regarded by observing formation process of the crystallization and its distribution that alunogen crystallized with action of water strongly acidified by the formation of jarosite and oxidation of pyrite and H2S.
1.は じ め に 岩e石の風 化 過 程 にお け る二 次 鉱 物 の 生 成 は,現 在 の地 球 表層 環境 で の水 一 岩 石 反応 に よる元 素 の移 動,濃 集 の 結 果 で あ り,二 次 鉱物 の生 成 が環 境 中で の元 素 の挙 動 を コ ン トロ ー ルす る と して注 目 され て い る1)一3).その た め, 二次 鉱 物 の生 成 過 程 を観 察 し記 載 す る こ と は,地 球 表 層 に お け る物 質 循 環 を知 る上 で の 基礎 とな る. 本 研 究 で は 二 次 鉱 物 の 一例 と して,埼 玉 県 吉 見 町 に分 布 す る 凝 灰 岩 の風 化 過 程 で 生 成 す る 表 面 析 出物 を扱 う. 表 面 析 出 物 は気 象 条 件 等 に よ り表 面 か ら剥 離 して 消 失 し,再 び生 成 す る こ と を繰 り返 して い る.こ の よ うな 過 程 で 生 成 す る表 面 析 出 物 は,岩 石 表 面 の 風 化 を促 進 し破 壊 に つ な が る と考 え られ る.そ の た め,風 化 へ の 対 策 と い う観 点 か ら住 宅 基 礎 にお け る研 究4)・5),磨崖 仏 な どの 文 化 財 にお け る研 究6)一8)がな され て きた.い ず れ の 事 例 に お い て も,水 一岩 石 反 応 に よ って 堆 積 岩 に含 まれ る黄 鉄 鉱 が 酸 化,溶 解 した結 果 生 じた硫 酸 や 天 水 起 源 の 硫 酸 が 岩 石 な ど と反 応 し,そ の表 面 にCa, Na, Mgな どの 硫 酸 塩 鉱 物 で あ る セ ッコ ウ,テ ナ ル ダ イ トお よ びエ プ ソマ イ トが 生 成 した と考 え られ て い る.ま た,本 調 査 地 域 の 北 600m地 点 に お い て,千 葉 ほ か9)は,凝 灰 岩 の 表 面析 出物 と して セ ッ コ ウ,テ ナ ル ダ イ トお よび エ プ ソマ イ トを 記 載 して い る. こ れ らの研 究 に よ り記 載 され た 析 出物 と本 調査 地域 で 見 られ た 析 出 物 を比 較 して み る と鉱物 種 に違 い が見 られ た.本 調 査 地 域 で もセ ッ コ ウ,テ ナ ル ダイ トお よびエ プ ソマ イ トが析 出 物 と して確 認 され たが,そ の ほ か に一般 には 溶 出 され に くい元 素 で あ るAlの 硫 酸 塩 鉱 物 で あ る ア ル ノー ゲ ンが 多 く産 出 した.ま た,表 面 析 出物 が 見 ら れ る 岩 石 表 面 か ら しみ 出 す 水 のpHは2前 後 と,一 般 的 な 風 化 過 程 で み られ る値 よ りか な り低 く,こ こで 進 行 して い る風 化 過 程 の解 明が 地 球 表 層 でのAlの 挙 動 を知 る上 で 1999年12月25日 受 理 * 東 京学芸 大学 地学 教室
Department of Astronomy and Earth Science, Tokyo
Gakugei University, Nukui-kitamachi, Koganei, Tokyo
184-0015,Japan
**慶 應義 塾大 学理 工学 部
Faculty of Science and Engineering, Keio University,
Hiyoshi, Yokohama 223-8522, Japan
4 凝灰 岩表 面 での塩 類集 積現 象 に見 られ るア ル ノーゲ ンの産状 お よび生成 過程
Fig.1 Locality and geological map of the investigation area. (quote from a map by a digital map"Utsunomiya"
,1/25000 in scale published by the Geographical Survey Institute . Geological map wasbased on Matumaru and Hayashi: 1980)
Legend★
: investigation tunnel, a:Metamorphic Rocks,b:Acldic Tuff, c:Kosono Formation, d:Fukuda Formation, e:Arakawa Formation , f:Monomiyama Gravel Bed F:fauk(assumed fault ,Fl∼F3) 重 要 で あ る と考 え た. 本 研 究 は岩 石 表 面 に生 成 す る表 面析 出物,特 に ア ル ノ ー ゲ ンの 生 成過 程 を 明 らか に す る こ とを 目 的 に ,産 状 の 観 察 ・記 載 を 中心 に行 い,成 因 につ い て若 干 の 考 察 を行 う.
2.観
察 お よ び測 定 方 法
調査 地域 は埼 玉県 の ほ ぼ 中央,比 企 郡 吉 見 町 の 吉 見 丘 陵 で あ る(Fig..1).吉 見丘 陵 は東 西 約25km,南 北 約3㎞, 海 抜 高 度50∼80mで,松 丸 ・林 に よる と丘 陵 中 央 部 に は 角 閃 岩,超 塩 基 性 岩 お よび 結 晶 片 岩 な どの 変成 岩類 が 分 布 し,北 東 部 に は 新 第 三系 小 園層 の砂 岩,礫 岩,泥 岩 お よび 凝灰 岩 が 分 布,南 西 部 に は新 第 三系 福 田層 の凝 灰 岩,泥 岩,砂 岩 が 分布 して い る.北 東 部,南 西 部 の新 第 三 系 は 変 成 岩類 とは断 層 で接 し,さ らに,こ れ ら を 第四 系 物 見 山礫 層 が 不 整 合 に覆 って い る(Fig.1). 調 査 は 丘 陵南 西 端,新 第三 系 福 田層 の 凝 灰 岩 の 岩 体 に, 第 二 次 大 戦 中 に地 下 軍 需 工 場 と して 使 用 され た トン ネル で 行 っ た(Fig.1,Fig.2a).ト ン ネ ル は,国 指 定 の 史 跡 「吉 見 百 穴 」 と 呼 ば れ る 古 墳 時 代 の 横 穴 墓 群 付 近 に 掘 ら れ た も の で,掘 削 か ら 約50年 が 経 過 し,ト ン ネ ル の 壁 面 は 凝 灰 岩 が 露 出 し て い る.な お,本 研 究 で は,ト ン ネ ル 内 の 通 路 に つ い て 入 口 に 向 か っ て 北 側 か ら左,中 央,右 と し,南 北 方 向 の 通 路 は 手 前 を 第 一,奥 を 第2通 路 と し た(Fig.3). 2.1表 面 析 出 物 表 面 析 出物 の 種 類,分 布,析 出 量 の 変 化 を明 らか に す る た め に1991年4月 か ら1999年1月 まで の 間,10回 現 地 を 調査 した.試 料 は,ト ンネ ル 内 で析 出量 の多 い部 分 を 中 心 に 肉 眼 で 産 状 や 色 の 異 な る 部 分 を一 つ の 単 位 に し て,分 布,産 状 の観 察,採 取 を行 っ た.採 取 後 の 試 料 は 粉 末X線 回 折 法(以 下XRD)に よ り鉱物 同 定 を行 った.析 出物 の分 布 面 積 か ら 肉眼 で 求 め た 析 出 量 は,気 象 条 件 等 に よ り大 き く変 化 し,析 出 量 と気 象 条 件 の 関 係 を調べ る ため に,析 出 量 が 多 い 時 期 と少 な い 時 期 を選 び トンネ ル 内 外 の 数 ヶ所 で 相 対 湿度 を測定 した.ま た,一 部 の硫 酸Fig.2The external appearance of the tunnel and occurrence of sulfates. a:appearance of the tunnel. b:occurrence of alunogen. c:same spot of b. alunogen disappeared. d:alunogen crystallized on jarosite. e:occurrence of jarosite(assembled crystals like peel with gypsum). f:ocwrrence of jazosite. g:occurrence of gypsum. h:occurrence of halotrichite. i: occurrence of tamarugite.
塩 鉱 物 試料 に つ い て 硫黄 同位 体 比 を測 定 した. 2.2ト ンネ ル を構 成 す る岩 石 表 面 析 出 物 の 生 成 環 境 を調 べ る た め,ト ン ネル 壁 面 の 岩 石 につ い て,そ の 構 成 鉱 物,全 岩 化 学 組 成,表 面 pH,水 可 溶 性 成 分 につ い て 調 査 を 行 っ た.な お,試 料 は トン ネ ル付 近 が 史 跡 に 指 定 さ れ て い る た め,ト ン ネ ル の状 態 が 変 化 しな い 程 度 の 少 量 の 採 取 や 自 然 に崩 落 した 岩 片 を用 い た. 岩 石 を構 成 す る鉱 物,岩 石 中 の粘 土 鉱 物 につ い てXRD に よ り同 定 した.全 岩 化 学 組 成 は,試 料 を粉砕 後,ガ ラ ス ビー ド法 に よ り均 質 化 し蛍 光X線 分 析 法 に よ り分 析 し た.岩 石表 面 のpHは, pH試 験 紙 に よ り岩 石表 面 に滲 み 出 た 水 を測 定 した.岩 石 か らの 水 可 溶性 成 分 は,試 料 約2g を200mlメ ス フ ラ ス コ を用 い て 蒸 留水 中 で超 音 波 浸 出 し,
6 凝 灰岩表 面 での塩 類 集積現 象 に見 られ る アル ノー ゲ ンの 産状お よび生成 過程
Fig.3 A sketch lithofacies, sampling point and distrib-ution of pH on the face of wall rocks. Symbols: ■, measured on 27/10/1993(surface water);○, measured
on 23/01/l994; ◆, measured on 03/06/1996;◎, mea-sured on 12/01/1999. map of investigated tunnel.
固 液 を 遠 心 分 離 後,液 相 中 の 元 素 を 比 色 法(Fe2+, Fe3+,
Mn2+, A13+, SO4-2, NO3-, SiO2),滴 定 法(Ca2+, Mg2+, Cl-,
CO2),原 子 吸 光 光 度 法(Na+, K+)を 用 い て 測 定 し た.
3.観 察 お よび 測 定 結 果
3.1表 面 析 出 物 採 取 した 表 面 析 出 物 をXRDに よ り分 析 した 結 果 をFig. 4,Table lに 示 す.分 析 の結 果,調 査 期 間 全 体 を通 じ8 種 類 の 硫 酸 塩 鉱 物 が 表 面 析 出 物 と して 確 認 され た.確 認 さ れ た 鉱 物 をTable 2に 示 す.ま た,硫 酸 塩 鉱 物 以 外 の 二 次 鉱物 で は ゲ ー サ イ ト(α一FeOOH)が 確 認 さ れ た . 大 ま か な 傾 向 と し て,ジ ャ ロ サ イ ト(MFe3(SO4)2 (OH)6)(た だ しMは 一 価 の 陽 イ オ ン,以 下,本 論 文 中 でTable l X-ray powder data for alunogen and
tamaru-gite Crystallized on the wall of the tunnel.
Table 1-1(cont.) ジ ャ ロサ イ トとい う場 合 は,明 ば ん 石 グル ー プ の 仲 間 と い う 意 味 で あ る)が 網 目状 に 分布 す る岩 石 の 表 面 に は 析 出物 が 見 られ,析 出 量 は入 り口 付 近 ほ ど多 く,奥 に行 く に従 い減 少 す る.ま た,岩 石 表 面 を地 衣 類 が被 っ て い る 部 分 に は析 出物 は見 られ ず,そ の よ う な場 所 で も地 衣 類 の はが れ た部 分 に は析 出物 が 見 られ た.ジ ャ ロサ イ トを 除 く表 面 析 出物 の 析 出 量 は季 節 に よ り変 化 し,乾 燥 した 時 期 と湿 潤 な時 期 とで は量 だ けで な く,分 布,析 出 す る 鉱 物 の種 類 も異 な っ て い た.析 出 物 が 大 量 に存 在 して い た トンネ ル 中央 入 口か ら奥 にか けて の 析 出 物 の 種 類,分 布,気 象 条 件 をFig.5に 示 す.ま た,最 も乾 燥 した 時 期 の析 出鉱 物 の分 布 と して1998年2月1日 の トン ネル 全 体 の析 出物 分 布 をFig.6に 示 す. 乾 燥 期 で あ る1992年10月 に最 も多 く見 られ た析 出物 は ア ル ノ ー ゲ ン(Al2(SO4)3・17H2O),次 い で セ ッ コ ウ (CaSO4・2H20)で 他 の 鉱 物 は 限 られ た 部 分 に少 量 分 布 す る の み で あ っ た.析 出物 は,一 見 岩 石 表 面 に吹 き付 け処 理 を施 した か の よ う に 一 面 に 分 布 す る.湿 潤 期 で あ る 1993年7月 に は,ア ル ノ ー ゲ ンは壁 面 か ら剥 離,落 下 し 入 口付 近 に堆 積 して い る の み で,全 体 の析 出量 も減 少 し セ ッ コ ウ以外 の析 出物 は見 られ な か っ た.ジ ャ ロサ イ ト Table 1-2
8 凝灰 岩 表面 での塩 類 集積現 象 に見 られ る アル ノーゲ ンの 産状 お よび生成 過程
Table 2 Minerals on the wall of a tunnel identified by XRD and amount of sulfates in dry and wet sea-son. Symbols◎:large quantities;○, medium quantities;△, small quantity
は乾 燥 期,湿 潤 期 を 問 わ ず 一 様 に 分 布 して い た.表 面 析 出 物 は色,結 晶 集 合 形 態,岩 石 表 面 へ の付 着 の仕 方 な どに 鉱 物 の 違 い に よ る特 徴 が 見 られ た.鉱 物 ご と に 形 態,分 布 な ど を ま とめ る と次 の よ うに な る. ア ル ノ ー ゲ ン は灰 白色,灰 色,淡 黄 色 で,岩 石 表 面 に付 着 す る 長 さ0.5∼1mm程 度 の 結 晶 が 球 状 に集 合 した もの,厚 さ1∼2mmの 中 が 空 洞 の 皮 殻 を つ く り,岩 石 表 面 か ら浮 き上 が っ た もの(Fig.2b)が 観 察 され た.ア ル ノ ー ゲ ン は主 に 中 央 と左 の トン ネ ル の 入 り口付 近 に分 布 す る が,析 出 量 は気 象 条 件 に よ り大 き く変 化 し乾 燥 期 に は 多 量 に析 出 す る.乾 燥 が 続 く と通 常 全 く析 出物 が 見 ら れ な い 右 トン ネ ル奥 に もア ル ノー ゲ ンが 見 られ た. ア ル ノ ー ゲ ンの 結 晶 集 合 は析 出 し始 め は柔 らか く,手 で ふ れ る と水 分 が 多 い 感 触 で,乾 燥 が 続 く と よ り強 く 固 結 す る.ア ル ノ ー ゲ ン は 湿 潤 期 に な る と壁 面 との 接 触 部 分 が溶 解 し,壁 面 か ら剥 離,あ るい は 自重 で 落 下, 堆 積 す る.堆 積 した ア ル ノ ー ゲ ン は,床 や 空 気 中 の 水 分 に よ り溶 解 し消 失 して し ま う(Fig.2c).新 た な 結 晶 は 次 の 乾 燥 期 にな っ て現 れ る. ア ル ノー ゲ ン は ジ ャ ロ サ イ トと常 に共 生 関係 に あ り, 析 出 開 始 時 に は ジ ャ ロサ イ ト表 面 か ら結 晶 成 長 が 開 始 され る もの が 観 察 され た(Fig.2d).ジ ャロ サ イ ト表 面 か ら成 長 した ア ル ノ ー ゲ ン の な か に は,網 目状 の ジ ャ ロ サ イ トに沿 っ て ジ ャ ロサ イ トの 色 で あ る黄 色 く着 色 し た もの も観 察 され た.ア ル ノ ー ゲ ンは ハ ロ トリ カ イ ト (FeAl2(SO4)4・22H2O)や ソー ダ ミ ョウバ ン(NaAl(SO4)・ 12H2O)と も共 生 し,肉 眼 で 純 粋 な ア ル ノー ゲ ン と して 採 取 した もの の 中 に もXRDで 分 析 す る と,そ れ らの 鉱 物 が 混 入 して い た. ジ ャ ロサ イ トは トン ネ ル 全 体 に広 く分 布 す る.色 は 淡 黄 色 か ら黄 色,黄 褐 色 で,緻 密 な 粉 状 結 晶 が 集 合 し 厚 さ1∼2mmの 皮 殻 を つ く り岩 石 表 面 か ら浮 き上 が った もの(Fig.2e),岩 石 中 に 二 次 的 に生 成 した と思 わ れ る 黄 色 粉 状 結 晶 が 集 合 し幅 数mm∼5mmの 網 目状 に 岩 石 中, 岩 石 の割 れ 目 を充 填 し た も の(Fig.2f)が 観 察 さ れ た.ジ ャ ロ サ イ トの 分 布 は 季 節 に よる 変 動 が ほ とん ど見 られ ず,乾 燥 期 も湿 潤 期 も同 様 に析 出 して い た.皮 殻 を つ く り岩 石 表 面 か ら浮 き上 が っ た ジ ャ ロサ イ トに は セ ッ コ ウが 共 生 して い た. セ ッ コ ウ は灰 白色,灰 色,淡 黄 色 で,長 さ0.5∼1mm の 結 晶 が 緻 密 な 球 状 集 合 を 形 成 し岩 石 表 面 に 直 接 付 着 した も の(Fig.2g),白 色 粉 状 結 晶 が 集 合 し岩 石 表 面 に 直 接 付 着 し た もの が 観 察 さ れ た.乾 燥 期 に は トン ネ ル の 入 り口 付 近 に は 分 布 せ ず,比 較 的 奥 に 入 っ た と こ ろ に 分 布 して い た(Fig.5).乾 燥 した 時 期 ほ ど析 出 量 は増 加 し,中 央 と右 トン ネ ル を結 ぶ 第 一 通 路 中 程 で は,3mm 程 度 の 長 さ に成 長 した 針 状 結 晶 も観 察 され た. ハ ロ ト リ カ イ トは 白色 で,細 粒 結 晶 が 緻 密 な球 状 集 合 を形 成 し,岩 石 表 面 に か さ ぶ た 状 に 付 着 し て い た (Fig.2h).ハ ロ トリ カ イ トは乾 燥 期 に の み見 られ,ト ン ネ ル入 り口付 近 で は ア ル ノ ー ゲ ンに 伴 い 少 量 分 布 した. 入 り口 付 近 に 比 べ 第 一 通 路 に 比 較 的 多 く分 布 し,中 央 と右 トン ネ ル を結 ぶ 第 一通 路 で は,限 ら れ た 範 囲 で 一 面 に 分 布 して い た.ま た,少 量 の エ プ ソマ イ トと共 生 す る もの も見 られ た. タマ ル ガ イ ト(NaAl(SO4)・6H2O)は 白色 で,長 さ3∼ 5mmの 結 晶 が 緻 密 に集 合 し,乾 燥 期 にの み綿 状 に岩 石 表 面 に直 接 付 着 して い た(Fig.2i).入 り口付 近 か ら第 一 通 路 に か け て 所 々分 布 し,壁 面 全 体 を覆 う よ う な分 布 は見 られ な か っ た.湿 潤 期 に は 消 失 し基 本 的 に は次 の 乾 燥 期 に再 び析 出 す る が,1998年2月 に は タ マ ル ガ イ トが 確 認 さ れ た 場 所 に,タ マ ル ガ イ トに代 わ りそ れ よ り水 和 す る水 が6つ 多 い ソ ー ダ ミ ョ ウバ ンが 分 布 して い た. エ プ ソ マ イ ト(MgSO4・7H2O)は 白 色 半 透 明 で,乾 燥 期 の 第 一 通 路 に お い て ハ ロ ト リ カ イ トや ソ ー ダ ミ ョ ウ
Fig.4-1 X-ray powder diffraction patterns of deposits on the wall of tunnel and JCPDS charts. Symbols A:alunogen, G:gyp-sum, H:halotrichite, Th: thenardite.
10 凝灰 岩表 面 での塩 類集 積現 象 に見 られ るア ル ノーゲ ンの産状 お よび生成 過程
Fig.4-2 X-ray powder diffraction patterns of deposits on the wall of tunnel and JCPDS charts. Symbols J: jarosite, E: ep-somite, T:tamarugite, S:sodium alum.
Fig.5 Distribution
of sulfates(except
jarosite)on
the wall of a tunnel
and weather
condition
of a tunnel. Symbols A:
alunogen,
G: gypsum, T: tamarugite
バ ン と共 生 し,少 量 分 布 した.中 央 と 右 トン ネル を結 ぶ 第 一 通路 右 よ りで は,2Cm程 度 の長 さに 成 長 した 毛 状 結 晶 集 合 も観察 され た. テ ナ ル ダ イ ト(Na2SO4)は 白色 綿 状 の結 晶集 合 で,乾 燥 期 に 少 量 が右 トンネ ル の 入 り口付 近 の床 面 に のみ 分 布 し て い た. 以 上 の よ う に表 面 析 出物 は鉱 物 種 ご とに あ る程 度 分 布 域 が 決 まっ て お り,乾 燥 ・湿 潤 に対 応 して生 成 ・消 失 を 繰 り返 して い る.ま た,肉 眼 に よ る観 察 にお い て 表 面 析 出物 は淡 黄 色 か ら黄 褐 色 の 細脈(ジ ャ ロサ イ ト),ま た は, 赤 褐 色 の細 脈(ゲ ー サ イ ト)が見 られ る壁 面 に の み 生 成 し てい た. ま た,表 面 析 出 物 の う ち ア ル ノ ー ゲ ン と セ ッ コ ウ に つ い て 硫 黄 安 定 同 位 体 比(δ34S)を 測 定 し た .そ の 結 果 を Table 3に 示 す.ア ル ノ ー ゲ ン と セ ッ コ ウ の δ34Sは+24∼ +41%と 非 常 に 大 き な 値 で あ る.ま た,ア ル ノ ー ゲ ン と セ ッ コ ウ の δ34Sは 明 ら か に 異 な り,ア ル ノ ー ゲ ン に 比 べ セ ッ コ ウ は 十 数%。大 き い 値 で あ る, 3.2ト ンネ ル を構成 す る岩 石 トン ネ ル内 の 岩 相 は一 様 で は な く,粒 度,構 成 鉱 物 な どに 違 い が 見 られ た.左,中 央 の トンネ ル は 中粒 凝 灰 岩 で 出 入 り口付 近 で は黒 色 の ス コ リア を含 むが,奥 に向 か
Table 3 δ34S of sulfates. No. 1 and No.5 sampling on O6/04/1991.No.2 sampling on O6/10/1992. No .3 and No.6 sampling on O1/02/1998.
っ て次 第 に粒 径 が 細 か くな りス コ リ ア も見 られ な くな る.右 の ト ンネ ル を構 成 す る 岩 石 は粗 粒 でlcm大 の ス コ リ ア を含 む.こ の ス コ リア を採 取 し観 察 した とこ ろ.角 閃 石 な どの マ フ ィ ッ ク鉱 物 を 含 む岩 片 で あ っ た.右 の ト ン ネル も奥 に 向 か っ て次 第 に 粒 径 が 細 か くな り,第2通 路 付 近 か らは,左 や 中央 の トンネ ル の 入 り口付 近 を構 成 す る 岩 石 と同様 の岩 石 が 見 られ た(Fig.3). ス コ リ ア を含 む 凝灰 岩 を構 成 す る鉱 物 は,主 に,石 英, 長 石 で,そ の他 に 火 山 ガ ラ ス や ジ ャ ロサ イ トも含 まれ て い た.ま た,主 に トン ネ ル 奥 に分 布 す る 細 粒 の 凝 灰 岩 は ス コ リア を含 まず,火 山 ガ ラ ス を主 体 と し,少 量 の 石 英 や長 石 を含 んで お り,粘 土 鉱 物 と してス メ ク タ イ トを 含 ん で い た.右 トン ネ ルの 入 り口付 近 には,方 解 石 を主
12 凝 灰岩 表面 で の塩類 集積 現象 に見 られる アル ノーゲ ンの 産状 お よび生成 過程
Table 4 Rock forming minerals determined by XRD. Symbols◎: primary;○, secondary;△, exist;c, calcite;j,jarosite; a, albite or anorthite;sm, smectite.
Table 5 Chemical analyses of rocks.
体 と し た 岩 石 が 確 認 さ れ た(Table 4). 分 析 し たす べ て の 岩 石 試 料 に 肉 眼 で,あ る い はXRD に よ る 分 析 に お い て も黄 鉄 鉱 は 認 め られ な か っ た.し か し,大 山 ほ か11)が本 調 査 地 域 と 同 一 岩 体 で 北 側 に 隣 接 す る トン ネ ル にお い て,坑 壁 を利 用 した 凝 灰 岩 の 風 化 特 性 の解 明 を 目 的 と した研 究 を行 った.そ の結 果,表 面 か らの 水 平 ボ ー リ ン グに よ り,表 面 か ら数 十cm内 部 の 黄 鉄 鉱 が酸 化 溶 解 し,硫 酸 の 生 成 と硫 酸 に よる鉱 物 の 溶解 が生 じてい る こ とが 明 らか に され た.こ の こ とか ら, 本 調 査 地 域 にお い て も同様 に,表 面 か ら数 十cm内 部 に は 黄 鉄 鉱 が存 在 し,同 様 の プ ロセ ス で硫 酸 の生 成 と硫 酸 に よる鉱 物 の 溶 解 が生 じてい る こ とが予 想 され る. 全 岩 化 学 組 成 はNo.1の 試 料 を 除 きSiO269∼78wt%で, ス コ リア を含 む 岩 石 と火 山 ガ ラ ス を主 体 とす る 岩 石 で は そ の値 が若 干 異 な り,ガ ラス 主 体 の 岩 石 の 方 がSiO2含 量 が 高 く,Al203含 量 は低 くな って い た(Table 5). 水 可 溶 成 分 は析 出 物 が 見 られ た岩 石 で は多 く,pHは4 台.析 出 物 が 見 られ な か っ た 岩 石 で は溶 存 成 分 が 少 な く,特 にSO42一に つ い て はNo.1の 試 料 を除 き0(mg/1)であ っ た.pHは5.3∼7.1と 高 く,析 出 物 の 見 られ た 部 分 と見 られ な か っ た 部 分 と で は大 き く異 な っ て い た.ま た, トンネ ル奥 か らの 表 流 水 の 溶 存 成分 は,特 にSiO2:72.9, Cl':25.6(mg/1)と 岩 石 か ら の 溶 出 量 に 比 べ 高 く,Alは 0(mg/l)で あ っ た(Table 6). 岩 石 表 面 は 岩 石 中 か ら に じみ 出 す 水 で 湿 っ て い た. 特 に 左,中 央 の トン ネ ル 入 り口付 近 は水 分 が 多 く,湿 潤 期,乾 燥 期 の 初 期 に はpH試 験 紙 が 貼 り付 く程 度 で あ っ た.乾 燥 が 続 く と岩 石 表 面 も乾 燥 し,手 で 湿 り気 を 感 じ な い ほ ど に な って い た.ト ンネ ル 奥 は 湿 潤 期,乾 燥 期 を通 じ空 気 中の 水 分 は 多 く湿度 は高 い が(Fig.5),入 り口付 近 に比 べ 岩 石 表 面 は 常 に 乾燥 して い た. 岩 石 表 面 で のpHは,表 面 析 出 物 の 産 状 や 地 衣 類 な ど の植 生,岩 石 自体 の 色 な どの 異 な る部 分 につ いて 測 定 し たが,乾 燥 期 には 水 分 が 少 な く測 定 で きな い場 合 が あ っ た.ジ ャ ロサ イ トが 存 在 し表 面析 出物 が 見 られ る部 分 で pHは 低 く,pHl∼3,粉 状 の セ ッ コ ウ以 外 に は析 出物 が 見 られ ない 部分 で はpH4∼5,右 の トンネ ル奥 か らの 表 面 流 水 はpH6∼7で あ っ た.こ の 流 水 は 乾燥 期 に は見 られ ず, 床 面 が や や 湿 っ てい る程 度 だ っ た.そ の と きの床 面 のpH は2で,表 面流 水 に比 べ,酸 性 度 が 強 か った(Fig.3). 4.考 察 本 調 査 地 域 の 特 徴 は,表 面 析 出 物 と して ジ ャ ロサ イ トが 析 出 し,ま た,ジ ャ ロ サ イ トに伴 っ て様 々 な硫 酸
Table 6 Chemical analyses of water reacted to rock pieces. 塩 鉱 物 が 析 出 して い る こ とで あ る.な か で も,Alの 硫 酸 塩 鉱 物 で あ るア ル ノー ゲ ン につ い て は,堆 積岩 の風 化 過 程 で の生 成 環 境 や 産 状 を 記 載 し議 論 した事 例 が 少 な い. そ こで,こ れ まで に報 告 され て い る ア ル ノ ー ゲ ンの生 成 過 程 と本 調 査 地 域 で の 産状 を比 較 し,本 地域 で の ア ル ノ ー ゲ ンの 生 成 過程 に つ い て考 察 して み る. Nordstromは,天 然水 中 で のAlの 挙 動 につ い て ま とめ, アル ノー ゲ ンな どのAl硫 酸 塩 鉱 物 の存 在 が,水 質環 境 中 のAl濃 度 に大 きな 影 響 を与 え る こ とを示 した.ま た,ア ル ノ ー ゲ ンの 安 定 領 域 が 一 般 的 な天 然 水 のpH一 硫 酸 イ オ ン活 動 度 の 領域 に 入 らな い こ とか ら,ア ル ノ ー ゲ ン は 強 酸性 環境 下 で の水 分 蒸 発 の結 果,岩 石 表 面 析 出物 と し て の み 生 成 す る事 を示 した.Nordstrom1)は ア ル ノ ー ゲ ン の 産状 に つ い て,温 泉作 用,金 属 鉱 床 の二 次 帯 にみ ら れ る こ とを示 して い る. 一 方,ア ル ノー ゲ ンの 産 状 に つ い て は,以 下 の よ う な 報 告 が あ る.(1)硫 黄 泉 地 帯 に お い て硫 化 水 素,炭 酸 ガ ス な どを含 む蒸 気 が,安 山岩 や そ の分 解 に よ って 生 じた 粘 土 へ 作 用 した 結 果,メ ラ ンテ ラ イ ト(Feの硫 酸 塩)や ハ ロ トリ カ イ トと共 に粘 土 表 面 に生 成 す る12).(2)酸 性 噴 気 孔 か らの ガ ス や 強 酸 性 温 泉 水 が 周 囲 の 岩 石 と反応 し, ハ ロ トリカ イ トや セ ッコ ウ と共 に噴 気 孔,源 泉 付 近 の 地 表 面 に生 成 す る13).(3)火 山 ・温 泉 地 帯 の 安 山岩 質 岩 石 に,そ の未 風 化 部 分 に含 ま れ る黄 鉄 鉱 の 酸 化 に よ り生 じ た硫 酸 や火 山起 源 の 硫 酸 と岩 石 の 反 応 に よ り,ハ ロ トリ カ イ トと共 に岩 石 表 面 に生 成 す る14).い ず れ の 場 合 で も ア ル ノ ー ゲ ンは,火 山や 温 泉 地 帯 の 強 酸 性 水 と岩 石 が 反 応 し,Fe, Alを 溶 存 した硫 酸 酸性 水 が 蒸 発 す る こ とに よ り表 面 析 出 物 と して 生 成 して い る. 吉 見 丘 陵 で は,丘 陵 北 東 部 の 凝 灰 岩 中 に,CuやAg, Auな ど を 産 出 した吉 見 鉱 山 で の 硫 化 鉱 物 の 鉱 化 作 用 が 見 られ,そ の北 西 の 「ぽ ん ぽ ん 山」 で は凝 灰 岩 の 山体 に 珪 化 作 用 が見 られ る.ま た,丘 陵 中央 部 の 変 成 岩 中 にお い て も,黄 鉄 鉱,閃 亜 鉛 鉱 な どの 硫 化 物 の 濃 集 部 が み ら れ,こ の地 域 に かつ て熱 水 活 動 が あ っ た こ と を示 唆 して い る(Fig.1).し か し,本 調査 地域 を含 む丘 陵 南 西 部 に は, 熱 水 活 動 の痕 跡 や現 在 活 動 中 の火 山 や 強 酸 性 温 泉 は 存 在 せ ず,調 査 地 域 の トン ネ ル 内部 か ら流 出 す る 水 のpHは6 ∼7と ,こ の地域 に地下水 として強酸性水が もた らされ て い る可 能 性 は低 い. ま た,千 葉 ほ か9)は 丘 陵 南 西 部,本 調 査 地 域 の 北 方 600m地 点 に産 出 す る酸 性 凝 灰 岩 の構 成物 質 の記 載 を 目的 に調 査 を行 っ た.そ の 記 載 に よ る と,酸 性 凝 灰 岩 は 肉 眼 で は苦 鉄 質 鉱 物 や 岩 片 は全 く認 め られ ず,乾 燥 期 には 露 頭 表 面 は 白色 粉 末 状 の セ ッ コ ウ,エ プ ソマ イ トお よび テ ナ ル ダ イ トの 硫 酸 塩 鉱 物 で 覆 わ れ 白色 を呈 す る.ま た, 千 葉 ほか9)は硫 酸 塩 鉱 物 を生 成 した硫 酸 の起 源 と して は, 硫 酸 ミス トを含 む 天 水 を考 え て い る.千 葉 ほ か9)が記 載 した酸 性 凝 灰 岩 は本 調 査 地 域 の トンネ ル 奥 に 分布 す る ス コ リ ア を含 ま ない 岩 石 に類 似 す る が,ア ル ノー ゲ ンや ジ ャ ロサ イ トは記 載 され て お らず,ま た,ア ル ノー ゲ ンが 生 成 す る よ うな強 酸 性 環境 も報 告 され て い な い. 一 方,本 調 査 地 域 の 南200m地 点 の,多 量 に ス コ リア を含 む 粗 粒 凝 灰 岩 に掘 られ た トンネ ル か らは,乾 燥 期 の 岩 石 表 面 にエ プ ソマ イ トが 生 成 して い た.こ の地 点 の岩 石 は,ト ンネ ル 内 で 最 も粗 粒 な右 入 り口付 近 の岩 石 と類 似 し,岩 石 の 割 れ 目に 沿 っ て ゲ ー サ イ ト脈 が生 成 して い た.こ こで もア ル ノ ー ゲ ンや ジ ャ ロサ イ トは 認 め られ ず.
14 凝 灰 岩表面 で の塩類 集積 現象 に見 られる アル ノー ゲ ンの 産状 お よび生 成過程 硫 酸 塩 鉱 物 の 生 成 か ら考 え る と硫 酸 酸 性 環境 で は あ る が,ア ル ノー ゲ ンが 生 成 す る よ う な 強 酸 性 環 境 で は な い. 以 上 の よ う に,本 調 査 地 域 を含 む 吉 見 丘 陵 南 西 部 に お い て 乾 燥 期 に 表 面析 出 物 が 見 ら れ る 地 域 を 比 較 した が,ア ル ノ ー ゲ ン の 分 布 は 中 央,左 トン ネ ル の 入 り口 付 近 な ど,中 粒 の 凝 灰 岩 中 に ジ ャロ サ イ ト脈 が 発 達 し, 岩 石 表 面pHが1∼3の 強 酸 性 環 境 の 部 分 に 限 られ て い た (Fig.3, Fig.6).ア ル ノ ーゲ ンが 分 布 す る 岩 石 の表 面 は, 乾 燥 期 に お い て 岩 石 表 面 が 湿 る程 度 に水 分 が 含 まれ て お り,ト ン ネ ル 内 部 や 右 トン ネ ル の 入 り口 付 近 に 比 べ 水 分 が 多 か っ た.ま た,ア ル ノ ー ゲ ン は ジ ャ ロ サ イ ト と共 生 関係 にあ る が,他 の 硫 酸 塩 鉱 物 は,ジ ャ ロ サ イ トと の共 生 が 見 られ ない 場 合 に も生 成 して い た, また,ア ル ノ ー ゲ ンが 析 出 して い る トンネ ル入 り口 付 近 で も,ト ン ネル に 隣接 す る 百穴 の壁 面 に は析 出 物 が ほ とん ど見 られ な か っ た.岩 体 に多 数 存 在 す る百 穴 は どれ も,ト ン ネル に 比べ 奥 行 きが数m程 度 と短 く開 口 部 も狭 い.さ らに,百 穴 の 壁 面 は 乾燥 して お り,こ の こ とか ら, 岩 体 に開 け られ た トンネ ル は,岩 石 中 を移 動 す る水 の 出 口 と して働 い て い る もの と考 え られ る.つ ま り,本 地 域 で は トンネ ル を掘 削 した こ と に よ り,表 面析 出物 が生 成 され る よ う な風 化 が 開始 され た もの と考 え られ る. 一 方,堆 積 岩 の風 化 過 程 にお け る酸 性 環 境 の形 成 につ い て は,黄 鉄 鉱 や 硫 化 水 素 の 酸 化 に と もな う硫 酸 の生 成 で説 明 され る3)IS).石 坂15)は,岩 石 の風 化 に よ り酸 性 水 溶 液 を生 成 す る,い わ ゆ る 「酸性 泥 岩 」 の分 布 や 化 学 的 特 徴 を調 査 した.泥 岩 と水 とを反 応 させ,反 応 後 の 水 の pHを 測 定 した 結 果, pHは3.2∼6.7で あ っ た.さ ら にそ の 岩 石 に過 酸 化 水 素 水 を反応 させ,岩 石 中の 黄 鉄 鉱 な どの 硫 化 物 を強制 的 に酸 化 させ た後 のpHを 測 定 した.そ れ に よ る と,水 との 反応 で は弱 酸 性 で あ った 試 料 も,硫 化物 を強 制 的 に酸 化 させ た後 で はpH2前 後 と い う強 酸 性 を示 した.ま た,関 ・酒 井 は 表 面 析 出 物 が 形 成 さ れ た凝 灰 岩 と蒸 留 水 や雨 水 な ど との 反 応 実験 を行 っ た.反 応 後 の 水 のpHは 蒸 留水 との 反 応 が 最 も低 く,pH約3.5で あ った. こ の よ う に,岩 石 中 の 黄 鉄 鉱 な ど の 硫 化 物 が 酸 化 溶 解 し硫 酸 が 生 じる と酸 性 環 境 が 形 成 さ れ る.本 研 究 で も トン ネ ル 内 で 採 取 した 岩 石 試 料 と蒸 留 水 と を 反 応 さ せ た 後 の 水 につ い て 溶 存 成 分 等 を 測 定 した と こ ろ,蒸 留 水 は 硫 酸 酸 性 水 に変 化 し,そ のpHは 表 面 析 出物 が 生 成 して い た部 分 の 岩 石 の場 合 で低 く,pH4程 度 で あ った (Table 6).こ こで 測 定 され たpHは 岩 石 と水 との 反 応 後 の 水 のpHで,岩 石 表面pHと 直 接 は 比 較 で き ない.し か し, ア ル ノ ー ゲ ンが 産 出 す る 部 分 の 岩 石 表 面pHが1∼3と い
Fig.6 Sulphates crystallized area on the wall of a tun-nel.Observed on O1/02/1998. う値 で あ る こ と は,岩 石 中 を通 過 した 水 は 岩 石 表 面 部 分 で さ ら に強 酸性 化 した もの で あ る と考 え た. 本 研 究 で は 岩 石 表 面 で の 強 酸 性 環 境 の 形 成 は,次 の 2つ の プ ロ セ ス か らな る と考 え た.1つ は 岩 石 中で 生 じ た 硫 酸 酸 性 水 が,岩 石 表 面 で の 水 分 蒸 発 に と もな い 表 面 へ 移 動 ・濃 縮 され る もの で あ る.岩 石 表 面 で の 濃 縮 に よ り,ど の 程 度pHが 低 下 す る の か 定 量 的 に検 討 し て は い な いが,調 査 地 域 の 岩 石(Fig,3:No.8, No. 10な ど) と蒸 留 水 を 用 い て 予 察 的 に 行 っ た 実 験 に よ る と,岩 石 を浸 した 水 と岩 石 表 面 のpHを 比 較 す る と岩 石 表 面 のpH は水 に比 べ1∼2低 い 値 で あ っ た.ま た,単 純 に硫 酸 酸 性 水 を蒸 発 した 場 合 を考 え る と,蒸 発 後 の硫 酸 酸 性 水 の 濃 度 は,蒸 発 前 に比 べ て 蒸 発 後 の 水 溶 液 が1/rと な っ た とす る と,H+濃 度 はr倍 とな る は ず で あ る.こ の 場 合 , 周 りの 岩 石 と水 溶 液 が 反 応 す る と,pHは 上 昇 す る が, 急 激 か つ 蒸 発 量 が か な り多 け れ ば,pHは 蒸発 に よ り低 くな る で あ ろ う, 強 酸 性 環 境 形 成 の も う一 つ の プ ロ セ ス は,岩 石 中 を 移 動 す る水 か らの ジ ャ ロ サ イ トの 生 成 で あ る.硫 化 鉱
物 の 酸 化 に続 い て 起 こる ジ ャロ サ イ トの生 成 は,以 下 の 反 応 に よ り,Feの 加 水 分 解 に よ り生 じる水 素 イ オ ンが系 のpHを 低 下 させ 強酸 性 環 境 を作 り出 す2)・3). (た だ し,M+は 一 価 の 陽 イオ ンを示 す) ジ ャ ロサ イ トは水 に は不 溶 な 鉱 物 で,本 調査 地 域 で は 岩 石 中 に網 目状 に生 成 して い る(Fig.2f).産 状 か ら,ジ ャ ロサ イ トは岩 石 に 生 じた ク ラ ッ ク(水の 通 路)を 通 過 し た 水 か ら沈 澱 した もの と考 え られ る.本 調 査 地 域 に お い て ア ル ノ ー ゲ ン は常 に ジ ャ ロサ イ トと共 生 して 存 在 し (Fig.2b, c),ま た,肉 眼 に よる観 察 にお い て,ア ル ノ ー ゲ ンは ジ ャ ロサ イ ト表 面 か ら生 成 し始 め る こ とな ど か ら (Fig.2d),ア ル ノー ゲ ンの 生 成 に は 黄鉄 鉱,硫 化 水 素 の 酸 化 に よっ て 生 じた硫 酸酸 性 水 が岩 石 中 を移 動 し,そ の 水 か ら ジ ャ ロサ イ トが 生成 した こ とに よ り強酸 性 化 した 水 が 関 与 して い る と考 え た.ま た,ト ンネ ル 内で ジ ャ ロ サ イ トが 生 成 す る 岩 石 に は特 徴 が あ り,岩 相 との 相 関 が 見 られ た.す な わ ち,ジ ャロ サ イ トは トンネ ル内 の岩 石 の うち,入 り口付 近 か奥 か に は 関 わ らず 中粒 ∼細 粒 で ス コ リア を含 む 岩 石 中 に の み生 成 して お り,粗 粒 な岩 石 や 細 粒 で ス コ リア を含 ま な い 岩 石 中 に は生 成 して い ない. そ れ は,最 も乾 燥 す る 時期 の析 出物 の分 布 域 と ほ ぼ一 致 して い る(Fig.3, Fig.6). ま た,析 出 物 の 分 布,岩 石 表面 の酸 性度 の変 化 は,季 節 に よる気 候 の変 化,そ れ に伴 う岩 体 へ の水 の 供 給 量 が 変化 す る こ とに よ り影 響 され て い る と考 え られ る.そ の 顕 著 な例 と して,右 トンネ ル奥 で の ア ル ノ ー ゲ ンの 生 成 が あ げ られ る.右 トンネ ル奥 で は春 か ら夏 にか け て床 に 流 水 が見 られ る場 合 が あ る.1992年10月 と1993年10月 に 測 定 した 流 水 のpHは い ず れ も7付 近 で 中性 だ っ た.そ の と き壁 面 に は ジ ャ ロサ イ ト以 外 の 析 出物 は見 られ ず,そ の後 乾 燥 が続 き流 水 が 消 え,最 も乾 燥 した時 期 に な る と ア ル ノ ー ゲ ンが 生 成 す る.こ の過 程 で は表 流 水 の よ う な 中性 に近 い水 の供 給 に よ り,岩 体 内 部 で 生 じた硫 酸 は希 釈 さ れ蒸 発 開始 後 しば ら くは岩 石 表 面 で の 強 酸 性 化 は 進 行 せ ず,乾 燥 期 に入 り水 の 供 給 が 減 少 した後,徐 々 に岩 石 表 面 の 乾 燥 が 進 行 し酸 性 度 が 強 くな り鉱 物 の 析 出 が 見 られ る もの と考 え られ る. ア ル ノ ー ゲ ンや セ ッ コ ウ の硫 黄 の 起 源 と して は岩 石 中 の 硫 黄,黄 鉄 鉱,硫 酸 塩 が 考 え や す い が,今 の と こ ろ 岩 石 中 の 硫 黄 同 位 体 デ ー タ が 得 ら れ て い な い の で, は っ き り とは 断 言 で きな い.降 水 の 同 位 体 デ ー タ と比 較 す る と,日 本 の 降水 のδ34Sは1960∼70年 代 の もの で 一 5∼+20%。 の 範 囲 で16),本 研 究 に よ り得 ら れ た硫 酸 塩 鉱 物 の硫 黄 同位 体 組 成(Table 3)よ り低 く,降 水 起 源 の 硫 酸 が直 接 硫 酸 塩 鉱 物 の生 成 に 関与 した とは考 え に くい. 岩 石 表 面 に 生 じ た硫 酸 塩 鉱 物 の 硫 黄 起 源 を考 察 した 研 究 と して は佐 々 木 ・神 山17)の もの が あ る.佐 々 木 ・ 神 山17)は,栃 木 県 大 谷 町付 近 に分 布 す る大 谷 石 に析 出 した硫 酸 塩 鉱 物(ミ ラ ビ ラ イ ト,セ ッ コ ウ)や岩 石 中 の 黄 鉄 鉱,地 下水 お よび 地 表 水 のδ34Sを測 定 した.結 果 は 硫 酸 塩 鉱 物 の δ34S:-20.2∼-16.4%。,黄 鉄 鉱:-34.7 ∼-25 .0%。,地 下水:-19.5∼+7.6%。,地 表 水:+4.5%。 で あ っ た.佐 々木 ・神 山17)は硫 酸 塩 鉱 物 と硫 化 物 の δ34S が ほ ぼ 等 しい こ とか ら,硫 酸 塩 鉱 物 は 岩 石 中 に微 量 に 存 在 す る黄 鉄 鉱 な どの 硫 化 物 の 酸 化 に よ り生 じたSO42. か らつ く られ,硫 化 物 の δ34Sが海水 起 源 のSO漁 の値 に 比 べ 小 さ い こ とか ら,硫 化 物 中 の 硫 黄 は 母 岩 の 凝 灰 岩 層 堆 積 時 に海 水 硫 酸 塩 の バ ク テ リ ア還 元 に よっ て供 給 され た の で あ る と考 え た. 次 に,本 研 究 に よ り得 られ た硫 酸 塩 鉱 物 の 硫 黄 同位 体 組 成 か ら,ア ル ノ ーゲ ンや セ ッ コ ウの 生 成 過 程 を考 察 し て み る.セ ッコ ウ のδ34Sは平 均+41%。 で か な り大 きい値 を示 した.こ れ につ い て は,海 水 の δ34S(≒+20%。)か ら, 低 いδ34Sを持 つ 硫 化 水 素 が 閉鎖 系 で と られ,硫 酸 イ オ ン の還 元 が か な り進 み,溶 液 中 のδ34Sが大 き くな っ たSO42 -か らの 寄 与 が考 え られ る.一 方,ア ル ノー ゲ ンのδ34Sは, セ ッコ ウの 値 よ りか な り低 く,平 均+29%。 で あ る.こ れ は,黄 鉄 鉱 や 硫 化 水 素 が,こ れ く らい のδ34S値(+29%。)を 持 って い る な らば,こ れ らの酸 化 に よ り生 じたSO42-か ら の寄 与 の 可 能 性 が あ る.こ の 酸 化 反 応 で は,黄 鉄 鉱 と SO42-の δ34Sの同位 体 分 別 は ほ とん どお こ らず,こ の 反応 に よ り,硫 酸 酸 性 水 が 生 じ る.し か し,こ の 黄鉄 鉱 や硫 化 水 素 のδ34S値が こ の よ うな値 で あ る の か が今 の と ころ は っ き りして い ない の で,今 後 デ ー タ を得 る必 要 が あ る. こ の+29%。 とい うδ34S値は,海 水 の 値 よ り大 きい の で, この 場 合 も,低 いδ34S値を持 つ硫 化 水 素 が と られ る プ ロ セ ス が 働 い た こ とが 考 え ら れ る.こ の 大 きい δ34S値は 佐 々木 ・神 山17)の大谷 石 に 析 出 した硫 酸 塩 のδ34S値とは 全 く異 な る の で,異 なる硫 酸 塩 の 生 成 プ ロセ ス,ま た は, 凝 灰 岩 の 異 な る堆 積 環 境 を考 え る必 要 が あ る.こ の 生成 プ ロセ ス と堆 積 環 境 につ い て は今 後 の 検 討 課 題 で あ る. 5.ま と め (1)埼 玉 県 吉 見 丘 陵 南 西 部 の 凝 灰 岩 に掘 られ た ト ンネ ル 壁 面 に,風 化 過 程 で 生 成 した 表 面析 出物 と して,8種 類 の 硫 酸 塩 鉱 物 を確 認 した.そ れ ら は,ア ル ノー ゲ ン, セ ッ コ ウ,ジ ャ ロサ イ ト,ハ ロ トリカ イ ト,タ マ ル ガ イ ト,ソ ー ダ ミ ョウバ ン,エ プ ソマ イ トお よび テ ナ ル ダ イ トで あ る.ま た,表 面 析 出 物 の種 類,分 布,析 出量 は気
16 凝灰 岩表 面 での塩 類集 積現 象 に見 られ るア ル ノーゲ ンの産状 お よび生成過 程 象 条 件 に よ り大 き く変 化 し,乾 燥 期 に は 増 加 し湿 潤 期 には 減 少,あ る い は消 失 す る. (2)岩石 の 風 化 過 程 で 表 面 析 出物 と して大 量 に析 出す る ア ル ノー ゲ ンの 生 成 環 境,産 状 を記 載 し た.ア ル ノ ー ゲ ンの 生 成 は ,ジ ャロサ イ ト脈が発達 した中粒 岩石 の う ち,乾 燥 期 に お い て 岩 石 表 面 が 湿 る 程 度 に 水 分 を 含 む 部分 とい う 限 られ た条 件 で 行 わ れ る. (3)ア ル ノ ー ゲ ンが 存 在 す る部 分 で は,岩 石 表 面 が 強 酸 性 環 境 で あ っ た.岩 石 表 面 の 強 酸 性 環 境 の 形 成 は, 黄 鉄 鉱,硫 化 水 素 の 酸 化 に よ る 強 酸 性 硫 酸 酸 性 水 の 生 成,岩 石 表 面 で の水 分 蒸 発 に と も な う硫 酸 酸 性 水 の 濃 縮,岩 石 中 を移 動 す る水 か らの ジ ャ ロ サ イ トの 生 成 に よる と考 え た. 謝 辞:本 研 究 開始 時 に,現 地 調 査 を快 く許 可 して く だ さ っ た吉 見 町 役 場,都 市 計 画 課,公 園 係 の 方 々 に 感 謝 い た し ます.ま た,小 坂 丈 予 教 授(玉 川 大 学)か らは ア ル ノ ー ゲ ン に関 す る 一 連 の 文 献 を,神 山宣 彦 博 士(労 働 省 産 業 医 学 総 合 研 究 所)か らは 硫 酸 塩 鉱 物 の 硫 黄 同位 体 組 成 に 関 す る文 献 を,大 山 隆 弘 氏(電 力 中 央研 究 所),朽 津 信 明氏(東 京 国立 文 化 財 研 究 所)か らは 吉 見 の 凝 灰 岩 の 風 化 と硫 酸 塩 鉱 物 ・黄 鉄 鉱 に 関 す る 文 献 を お 送 り して い た だ い た.ま た,匿 名 の 査 読 者 の 方 々 か らは 論 文 を 改 善 す る上 で 非 常 に建 設 的 な コ メ ン トを頂 い た.こ れ ら の 方 々 に深 く感 謝 い た し ます.
文
献
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2) 笹 木 圭 子(1997): Thiobacillus ferrooxidans の 介 在 に よ り 生 成 し た ジ ャ ロ サ イ ト群 の 形 態 的 特 徴.鉱 物 学 雑 誌, 26, 47-50. 3) 笹 木 圭 子(1998): 黄 鉄 鉱 の 常 温 酸 化 溶 解 に 関 す る実 験 地 球 化 学 的 研 究.鉱 物 学 雑 誌, 27, 93-103. 4) 高 谷 精 二(1983): 束 石 崩 壊 の 発 生 した 地 域 に見 ら れ る 塩 類 集 積 現 象 に つ い て.土 と基 礎, 33, 101-104. 5) 落 合 英 俊 ・松 下 博 通 ・林 重 徳(1986): 硫 酸 イ オ ン を含 む 地 盤 に お け る 住 宅 基 礎.土 と基 礎, 34, 45-50. 6) 関 陽 太 郎 ・平 野 富 雄 ・渡 辺 邦 夫(1987): 福 島 県 小 高 町 薬 師 堂 石 仏 群 の 劣 化 と 水 ・岩 石 相 互 作 用.岩 石 鉱 物 鉱 床 学 会 誌, 82, 269-279. 7) 関 陽 太 郎 ・酒 井 均(1987): 千 葉 県 館 山 市 船 形 磨 岩 仏 十 一 面 観 音 像 の 劣 化 と 水 ・岩 石 相 互 作 用.岩 石 鉱 物 鉱 床 学 会 誌, 82, 230-238. 8) 朽 津 信 明(1992): 博 物 館 明 治 村 で 観 察 さ れ た 蒸 発 岩.岩 石 鉱 物 鉱 床 学 会 誌. 87, 388-391. 9) 千 葉 と き 子 ・斉 藤 靖 二 ・松 原 聡(1975): 埼 玉 県 吉 見 丘 陵 の 酸 性 凝 灰 岩. Bull. Natn. Sci. Mus., Ser, C(Geol),1, 111-117. 10) 松 丸 国 照 ・林 明(1980): 関 東 山 地 東 縁 の 新 第 三 系 の 層 序.地 質 学 雑 誌, 86, 4, 225-242. 11) 大 山 隆 弘 ・佐 々 木 和 裕 ・千 木 良 雅 弘(1999):素 掘 り ト ン ネ ル 坑 壁 の 堆 積 性 軟 岩 の 風 化(そ の2)凝 灰 岩 の 風 化 速 度 と 微 生 物 の 影 響-.電 力 中 央 研 究 所 研 究 報 告, U98046,1-23. 12) 菅 沼 市 蔵(1929): 日本 の 温 泉 地 帯 に 産 す る 数 種 の 鉱 物 の 成 分 及 び成 因 に つ い て.地 質 学 雑 誌, 35, 412-423. 13) 南 英 一 ・小 坂 知 子 ・小 坂 丈 予(1966):本 邦2,3の 火 山,温 泉 に お け るHalotrichite, Alunogen鉱 物 の 生 成 と 母 岩 の 変 朽 現 象 に つ い て.温 泉 科 学, 17, 28-35.
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