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造岩鉱物から粘土鉱物への風化の後、カオリナイトはさらに水と反応してギブス石と二酸化ケイ素になる。ギブス石はCECがなく、二酸化ケイ素も栽培に不利なため、造岩鉱物の風化の行き着く先は栽培難易度の高い赤黄色土と呼ばれる土壌となる。
赤黄色土は日本土壌インベントリーで容易に確認できる。ギブス石はさらに風化してボーキサイトになる可能性があるが、ここでは触れない。
大阪府高槻市原地区で肥料教室を開いています
検索キーワード：「結晶構造」
造岩鉱物の成れの果て
造岩鉱物の長石が風化するとどうなるか？
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カリ長石(KAlSi3O8)は水と二酸化炭素と反応し、カオリナイト(Al2Si2O5(OH)4)、炭酸カリウム(K2CO3)、二酸化ケイ素(SiO2)を生成します。カオリナイトは1:1型粘土鉱物の一種です。二酸化ケイ素は石英などの鉱物になります。ただし、長石からカオリナイトへの風化は段階的に進行し、両者間には複数の粘土鉱物が存在します。造岩鉱物と土壌の関係を深く理解するには、これらの粘土鉱物についても学ぶ必要があります。
造岩鉱物の長石を見る
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長石は、アルカリ金属やアルカリ土類金属のアルミノケイ酸塩を主成分とする鉱物グループです。ケイ酸四面体が三次元的にすべて結合したテクトケイ酸構造を持ち、その隙間にナトリウムやカリウム、カルシウムなどが配置されます。
テクトケイ酸は、ケイ酸四面体の4つの頂点がすべて他のケイ酸四面体と結合した構造をしています。すべてのケイ酸が完全に結合しているわけではなく、結合度の低い箇所が存在し、そこに金属イオンが入り込みます。
完全に結合したテクトケイ酸はSiO2と表され、石英となります。長石は石英と異なり、テクトケイ酸構造中に金属イオンを含むため、様々な種類が存在します。
改めて同型置換について見る
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同型置換とは、粘土鉱物の結晶構造中で、Si四面体が壊れ、代わりにAl四面体が配置する現象です。Si四面体のSiはAlと置き換わるのではなく、結晶が壊れて再構成する際にAl四面体が組み込まれる形となります。壊れたSi四面体はSi(OH)4として水に溶けると考えられます。同型置換により結晶構造は負に帯電し、CEC（保肥力）が増大します。pHや温度が同型置換に影響を与える可能性があります。
造岩鉱物の黒雲母を見る２
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黒雲母の結晶構造は、ケイ酸の平面網状型重合体層間にAl、OH、Kが挟まれた構造をしています。Kは層間に位置し、2:1型粘土鉱物と類似していますが、黒雲母には水分子層が存在しません。2:1型粘土鉱物は層間にMⁿ⁺イオンと水分子を保持しており、これが保肥力に影響を与えると考えられています。水分子層の存在が黒雲母と2:1型粘土鉱物の大きな違いであり、その形成条件を理解することが重要です。そこで、粘土鉱物の構造と化学組成に関する文献を参考に、水分子層の形成メカニズムを詳しく調べていきます。
造岩鉱物の黒雲母を見る１
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黒雲母は、フィロケイ酸と呼ばれる層状のケイ酸が特徴の鉱物です。2:1型の粘土鉱物に似た構造を持ち、ケイ酸が平面的に網目状に結合した「平面的網状型」構造をとります。この構造は、粘土鉱物の結晶構造モデルにおける四面体シートを上から見たものに似ています。黒雲母は、風化によって粘土鉱物に変成する過程で、その層構造が変化していくと考えられています。
造岩鉱物の角閃石を見る
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鉱物の風化速度は結晶構造に影響されます。単鎖構造のケイ酸塩鉱物（例：輝石）は複鎖構造（例：角閃石）よりも風化に弱く、複鎖構造はさらに重合が進んだ環状構造（例：石英）よりも風化に耐性があります。これは、重合が進むほどケイ酸イオンが安定し、風化による分解に抵抗するためです。
そのため、角閃石は輝石やかんらん石よりも風化に強く、風化が進んでから比較的長い間、元の形態を保持できます。
改めて蛇紋石を見る
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蛇紋石は、かんらん石が水と反応して生成されるケイ酸塩鉱物です。化学的には1:1型粘土鉱物に分類されますが、その構造は異なる可能性があります。愛媛大学の研究では、蛇紋石の一種であるアンチゴライトの結晶構造が、Mg八面体とSi四面体が層状に重なっていることが判明しています。この構造は1:1粘土鉱物の構造に似ており、蛇紋石が1:1粘土鉱物として分類される理由を説明できる可能性があります。
造岩鉱物の輝石を見る
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輝石はかんらん石よりもケイ酸の重合が進んだ構造を持っており、そのため風化しにくい。ケイ酸が一次元の直鎖状に並んでおり、その隙間に金属が配置されている。この構造では、金属が常に外側に露出しているように見えるが、ケイ酸塩鉱物では重合が進んだ構造ほど風化速度が遅くなることが知られている。つまり、輝石の金属溶脱はかんらん石よりも起こりにくい可能性がある。
青い石を理解するために鉱物の緑泥石化作用を見る
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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。
歯の主成分が磁鉄鉱の生き物たち
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ヒザラガイは、軟体動物門多板綱に属する原始的な貝の仲間です。8枚の殻を持ち、世界中の潮間帯から深海まで広く分布しています。岩場に付着し、歯舌と呼ばれる器官で藻類などを削り取って食べます。驚くべきことに、その歯は磁鉄鉱という硬い鉱物でできています。これは、鉄分が乏しい環境で進化したヒザラガイが、効率的に鉄分を獲得するために獲得した戦略と考えられています。このように、ヒザラガイは独自の生態と進化を遂げた生物と言えるでしょう。
強力な温室効果ガスの一酸化二窒素
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地球温暖化による台風被害増加への懸念から、温室効果ガス削減の必要性を訴える。二酸化炭素の300倍の温室効果を持つ一酸化二窒素に着目し、その排出源を考察。一酸化二窒素は土壌中の微生物の脱窒作用で発生し、窒素系肥料の使用増加が排出量増加につながると指摘。特に高ECの家畜糞堆肥の使用は土壌の硝酸呼吸を活発化させ、一酸化二窒素排出を促進する可能性が高いと推測。慣習的な家畜糞堆肥による土作りは、土壌の物理性・化学性を悪化させ、地球温暖化、ひいては台風被害の増加に寄与する恐れがあり、環境問題の観点から問題視している。
続・BBQ後の炭は土に還らない(以下省略)
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BBQ後の木炭を土に埋めても環境に悪影響はないのか？という問いに対し、記事は肯定的な見解を示している。木炭の主成分は炭素化合物であり、燃焼後は灰(ミネラル)か未燃焼の無定形炭素が残る。灰はミネラル肥料のように土壌にプラスに働く。無定形炭素は石炭と同様の物質で、土壌中に存在しても植物の生育を阻害するようなものではなく、むしろ土壌改良効果が期待できる。木炭は脆いため、土中で植物の根などによって容易に破砕され、土壌の一部となる。ただし、燃焼中の木炭を土に埋めるのは火災の危険があるため厳禁である。関連記事では、土壌中のアルミニウムが腐植と結合し、微生物による分解から腐植を守り、土壌の肥沃度を維持する役割を担っていることが説明されている。