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この記事は、東北地方、特に山形県に見られるグリーンタフについて解説しています。グリーンタフは、約2000万年前の日本海開裂時に、火山灰や土砂が海底に堆積し、それが熱水変質を受けて緑色になった凝灰岩です。東北地方は、かつて島々が点在する海域でしたが、火山活動と堆積によって陸地化しました。この記事では、グリーンタフの成因と、それが東北地方の地質に与えた影響について詳しく解説しています。また、関連情報として、緑泥石や青い石が出る園地とミカン栽培の関係についても触れています。
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ミカン栽培の上級者は、良いミカンができる土地には青い石（結晶片岩）が多いことに気づき、土壌と母岩の関係に関心を寄せている。
しかし、素人が岩石を見分けるのは難しく、良い図鑑が求められていた。
「くらべてわかる岩石」は、似た岩石の見分け方が豊富で、結晶片岩も多数掲載。栽培技術向上に役立つこと間違いなし。
土壌の物理的特性を理解するには、岩石を構成する鉱物の化学的性質を解説した書籍も必要となる。
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本ブログは、埼玉・長瀞の「地球の窓」で見られる「青い石」こと緑泥石（緑色片岩）の成り立ちを解説します。この石は栽培にも重要とされ、良いミカンが育つ言い伝えもあります。緑色片岩は、海底火山の塩基性岩（玄武岩等）が変成作用を受けたものです。「緑泥石化作用」とは、熱水により黒雲母の層間構造が変化し緑泥石が形成される現象。その熱水は海底火山の噴火由来と考えられ、地質学的な側面から青い石の理解を深めるとともに、栽培との関連性を示唆しています。
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この記事は、良質なミカン栽培に欠かせない「青い石」こと結晶片岩について解説しています。
筆者は、結晶片岩が産出する三波川変成帯について調べ、その中でも「地球の窓」と呼ばれる埼玉県長瀞が結晶片岩の観察に適した場所であることを知ります。
しかし、大阪在住の筆者にとって長瀞は遠方のため、ジオパーク秩父のガイドブックを取り寄せることにします。
過去に長瀞を訪れた経験を持つ筆者ですが、当時は結晶片岩と栽培の関係に気づいていなかったため、改めてガイドブックを通して学びを深めようとしています。
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緑色凝灰岩は銅や石膏の採掘に適した岩石で、古代では祭りを行う上で重要な祭器の材料として使用されていた。緑色凝灰岩の主成分である緑泥石は良質な肥料としても利用され、古代人の生活に大きく貢献した。また、緑色凝灰岩が分布する地域では、銅剣や銅鏡の材料となる銅や、青銅鏡の材料となる石膏が採掘されていたことが明らかになっている。
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粘土鉱物の一種である緑泥石は、海底の堆積岩に多く含まれています。海水には岩石から溶け出した鉄やマグネシウムなどのミネラルが豊富に含まれており、特に海底火山付近では活発な熱水活動によってミネラルが供給され続けています。これらのミネラルと海水中の成分が反応することで、緑泥石などの粘土鉱物が生成されます。つまり、緑泥石は海底での長年の化学反応の結果として生まれたものであり、海水由来のミネラルを豊富に含んでいる可能性があります。
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稲作において、カルシウム過剰を避けつつ苦土を補給できる「ケイ酸苦土」が推奨されます。重要なのは、植物が利用できるケイ酸が、石英のような風化しにくいものと異なり、風化しやすいケイ酸塩鉱物である点です。ケイ酸苦土の原料である蛇紋岩は、風化しやすいかんらん石から変質した蛇紋石を主成分とします。蛇紋岩が豊富な上流からの水が、非コンクリート水路を通じて田んぼに供給される環境であれば、猛暑下でも稲の登熟不良を防ぐ効果が期待されます。しかし、このような理想的な自然環境は、広範な水田地域では稀であると結論付けています。
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岩石が土壌に変化する過程は、鉱物の風化と植物の死骸の分解によって起こる。鉱物は、水や酸素、二酸化炭素などと反応し、化学的に組成が変化して風化する。物理的な風化は、温度変化や氷の凍結・融解などによって岩石が砕ける現象である。植物の死骸は微生物によって分解され、腐植と呼ばれる有機物を生成する。腐植は土壌に養分を供給し、保水性や通気性を向上させる役割を持つ。これらの風化生成物と腐植が混ざり合うことで、植物の生育に適した土壌が形成される。風化と分解は時間をかけて進行し、様々な要因が複雑に絡み合って土壌の性質を決定づける。
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凝灰岩が地下深くに埋没し、熱水変質作用を受けることで粘土鉱物が生成される。熱源の深さや熱水の流動性、水素イオン濃度、温度などが生成される粘土鉱物の種類（スメクタイト、沸石など）に影響する。山陰地方で産出される沸石凝灰岩は土壌改良材として利用される。モンモリロナイトや沸石は、凝灰岩が熱水変質作用を受けた後、地質学的イベントで隆起し地表に出現することで採掘可能になる。これらの粘土鉱物を土壌に投入すると、非アロフェン質の黒ボク土へと変化する可能性がある。
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鹿野(2018)は、グリーンタフの層序学的枠組みと関連する地質学的事象を概説している。グリーンタフは、日本列島の中新世前期の火山活動と密接に関連し、西南日本に広く分布する緑色に変質した火山砕屑岩である。その形成は、背弧海盆の拡大とそれに伴う火山活動、堆積作用、続成作用、変質作用によって特徴づけられる。グリーンタフの層序は、下位から上位に向かって、非変質火山岩類、モンモリロナイト粘土を含む層、緑色凝灰岩、そして珪藻質頁岩へと変化する。この層序は、海底火山活動から陸化への過程を示唆し、黒鉱鉱床の形成や熱水活動といった重要な地質学的事象と関連付けられる。また、グリーンタフ中の化石は当時の環境復元に貴重な情報を提供する。
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兵庫県丹波篠山市の川代恐竜街道では、2000年代中盤に大型草食恐竜「丹波竜」の化石が発掘された。この地域は現在も発展段階にあり、恐竜だけでなく地質や植物についても学べる貴重な場所となっている。下滝駅から東へ1.5kmの地点には発掘場所があり、近くには丹波竜の里公園がある。化石発掘地点周辺では、礫岩、砂岩、泥岩と流紋岩質凝灰岩の薄層、そして逆断層を観察できるなど、地質学的に貴重なフィールドとなっている。
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石山寺は源氏物語ゆかりの寺であると同時に、国指定天然記念物の珪灰石で有名です。珪灰石は石灰岩が花崗岩マグマの熱変成を受けて生成される接触変成岩の一種で、石灰岩の成分である方解石とマグマ中の珪酸が反応してできたカルシウム珪酸塩鉱物です。奈良県洞川温泉の五代松鍾乳洞周辺で見られるスカルン鉱床と生成プロセスが類似しています。石山寺境内には珪灰石だけでなく、大理石も存在し、境内を登る過程で変成岩の境界を観察できる可能性があります。石山寺周辺の地質は複雑に変形した付加体やチャートで構成されています。
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京都府福知山市のP/T境界露頭は、古生代ペルム紀と中生代三畳紀の境を示し、地球史上最大の大量絶滅（海中無酸素化が主因）前後の地層が連続。ペルム紀の放散虫から三畳紀のコノドントへの化石変化、灰色から黒色頁岩への堆積物変化から、当時の海洋無酸素状態を読み解けます。海洋プレート由来の日本列島に海生生物の痕跡が残る理由も説明。過去の大量絶滅を現代のメタンハイドレートやCO2問題と重ね、環境保全の重要性を示唆します。
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京都府亀岡市にある桜石は、菫青石の仮晶で、都道府県の石に指定されている。泥質岩にマグマが貫入し、熱変成作用を受けてホルンフェルス化した際に再結晶した鉱物である。六角短柱状で、容易に割れる断面には花弁状の模様が現れることから「桜石」と呼ばれる。産地の積善寺・桜天満宮付近は付加体であり、周辺の山地には花崗岩が分布する。桜石の形成はマグマの熱変成作用と関連し、近隣に存在するラドン温泉の熱源も深成岩中の放射性鉱物の崩壊熱と推測される。
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粘土鉱物の理解を深めるため、各地のジオパークや博物館で得た情報をもとに、土壌における役割を考察している。地震や火山活動により長石などのアルミノ珪酸塩が粘土鉱物に変質する過程に着目し、図鑑で長石の種類や変質経路を調べた。温泉のpH変化と粘土鉱物の関係、黒ボク土のアロフェンと非アロフェンの起源にも触れ、どちらもアルミノ珪酸塩の二次鉱物であることを指摘。最終的に、アルミノ珪酸塩の分布と火成岩の関係へと議論を展開する。
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鳥取の砂丘農業地帯の周辺の地質は、磁鉄鉱を含む花崗岩が主体であり、風化しやすい柱状節理が見られる。この花崗岩は鉄分が豊富で、砂丘農業の土質に影響を与えている可能性がある。柱状節理は花崗岩では珍しい現象であり、周辺の土質の形成に貢献していると考えられる。