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コンクリーション

出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』
泥岩の風化によって削り出されたコンクリーション（Bowling Ball Beach, Mendocino County, California）

コンクリーション（英: concretion）は、堆積物の砕屑粒子間の隙間に鉱物が沈殿することでできた硬く密な塊[1]。いわば"天然のセメント"である。通常、球形あるいは卵形だが、不規則な形状になっていることもある。「ノジュール（団塊）」と区別されないで用いられていることもあるが、本来、ノジュール（nodule）とは、周囲とは異なる鉱物の球状塊のことで、堆積岩中のものとは限らない（例えば、かんらん岩ノジュール）。18世紀頃から地質学的な記録があり、恐竜の卵、動植物の化石、地球外物質あるいは人工物ではないかと考えられ、とくに球形に近かったものが人工物として扱われた場合などはオーパーツ扱いされることもあった。

英語concretionは凝縮、凝固、結合などを意味するラテン語concretioの借用語。concretioはconcrescereの派生語で、con-（一緒に）crescere（成長する）意味がある[2]。

成因

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詳しい研究によって、堆積物が埋積した後、続成作用により完全に岩石化(lithification)する前の段階でコンクリ―ションが起こることが分かっている[3][4][5][6][7][8]。典型的には、主に植物の葉、生物の歯、貝殻、化石などの有機物を核として鉱物が沈殿していき塊となる。そのため、化石を収集する者はコンクリ―ションを割って生物標本を探すことがしばしばある[9]。珍しいものでは、イギリスの海岸地帯の塩性湿地で第二次世界大戦中の砲弾を核とする菱鉄鉱コンクリ―ションが見つかる例がある[10]。

泥岩中の炭酸塩コンクリーションも生物起源と考えられ、例えば有機物中の炭素と海水中のカルシウムなどが結合し炭酸カルシウム（方解石）となり、これら鉱物が沈殿してできる。その形成速度は数週間 - 数か月程度と考えられている[11]。炭素成分が結合しきるまで続き、核となる化石が大きいほど大きくなるとされる。

砂岩中のコンクリーションの成因ははっきりしないが、水の蒸発による無機的な沈殿と考えられている。

外観

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コンクリーションの大きさは、拡大鏡を使わなければはっきり見えない小さなのもの[12]から、直径3メートル(m)・重さ1トン前後に達するような巨大なもの[13]まである。アメリカのセオドア・ルーズベルト国立公園で見つかる巨大な赤色のコンクリーションは直径約3 mある[14]。エジプト・ファイユーム盆地からは、直径9 mに達する球状コンクリーションが見つかっている[15]。

周囲の環境により、コンクリーションの形成は同心円状となったり、堆積物中に浸透するような形となったりする[16][17]。外観は球形、円板状、管状のほか、ブドウの房状や気泡の集合したような集塊状など様々[18]。

組成

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コンクリーションのセメント物質はふつう、母岩に少量含まれる鉱物である。砂岩や頁岩中のコンクリ―ションは方解石などの炭酸塩鉱物からなる。石灰岩のものはチャート、燧石、碧玉のような非晶質や微晶質 (microcrystalline)の石英。なお、黒色頁岩のものは黄鉄鉱からなる場合がある[19]。他には赤鉄鉱や針鉄鉱などの酸化鉄や水酸化鉄[20][21]、苦灰石、菱鉄鉱[22]、アンケル石（英語版）[23]、白鉄鉱[24]、重晶石[25][26]、石膏[27]などがある。

多くは単一の鉱物からなるが[28]、条件によっては他の鉱物も含むことがある。例えば、炭酸塩コンクリーションのうち硫酸塩還元バクテリアが関与する場合は、微量の黄鉄鉱を含んだり[29]、方解石・重晶石・黄鉄鉱の混合となったりする[30]。

産状

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主に泥岩、頁岩、砂岩層から産出し[31]、一見すると、礫や化石であるかのように見える[32]。化石などを核として形成されていることもあるが、コンクリーション自体は化石ではない[19]。地層中に、結節のような斑点となって層理面に沿い集まって分布し、風化・侵食によって露頭から突き出ていたり、崩れ落ちて下に散らばっていたりする[19][33]。

火星上でも発見されていて、探査機オポチュニティーがイーグルクレーターで発見した小さな赤鉄鉱のコンクリーションはMartian spherulesと呼ばれている[34]。

著名な例

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化学組成、形状、サイズ、成因などによって、さまざまなタイプのコンクリーションが見つかっている。

セプタリアン・コンクリーション

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セプタリアン・コンクリーションの断面。

セプタリアン・コンクリーション（septarian concretion）もしくは亀甲石（きっこうせき）は[35]、セプタリアン・ノジュールとも呼ばれ、セプタリア（septaria）と呼ばれる割れ目状の構造を持つ。セプタリアは、亀裂を意味するラテン語の「septum」に由来する[36][37]。ふつう炭酸塩に富む泥岩にみられ、内部は多面体様の基質の隙間を鉱物で満たされた放射状の亀裂が区切る構造をしていて、亀裂は縁に向かって細くなる。同心円状の亀裂がみられることもある[38][36]。亀裂の形やその体積の大小は、収縮の程度に関係すると考えられるが、物によって大きく幅がある[39]。

典型的には、基質は粘土鉄岩などの粘土質炭酸塩で、亀裂を充填するのは方解石[38][36]。よく鉄の含有が多い鉄方解石となっていて、黄鉄鉱や粘土鉱物を含むこともある。亀裂によくみられる茶色の方解石は、元の堆積物に含まれる有機物が細菌に分解された有機化合物が着色している場合があると考えられる[40]。

一般には内部から外側へと同心円状に成長するものと考えられ、多くのコンクリ―ションの内部構造はこのモデルに一致する。しかし、その根拠は不確かで、コンクリ―ションの体積の大部分は一斉に浸透する物質の膠結（cementation、セメント化）により形成された可能性があるとされる[41][42][40]。

炭酸塩に富むセプタリアの成因には議論がある。脱水により外殻部分の硬化と基質の収縮が起き亀裂が生じるとの説があり[38][36]、基質の離漿 (syneresis)による脱水も関与する可能性がある[43]。もう一つの説としては、形成初期に外側の膠結が進んで浸透性が低下し、内部に保持されている流体に埋没による過剰な間隙圧が加わって亀裂が生じるというものがあり、深さ10 m程度で生じうる[44]。他には、有機物の腐敗によって生じるガスによる膨張[45][40]、地震による内部の脆性破壊[46]が関与するとの説もある。

セプタリアン・コンクリーションは、イギリススカイ島のスタッフィン (Staffin)頁岩層[38][40]、イギリスのキンメリッジ粘土層 (Kimmeridge Clay)[47][48]、北米のマンコス層群 (Mancos Group)[49]などの海成の頁岩からよく見つかっており、モザンビーク北西部の湖沼性シルト岩ボーフォート (Beaufort)層群のように泥岩類からも見つかる[43]。

モエラキ海岸のコンクリーション（ニュージーランド）

典型的なサイズの例では、イングランドのウェセックス海岸の崖でキンメリッジ粘土層から産出するものが挙げられる[50]。

セプタリアン・コンクリーションの特徴的な例として、ニュージーランド南島モエラキ (Moeraki)の海岸の転礫モエラキ・ボルダー（Moeraki Boulders）がある。モエラキ層（新生代暁新世）の泥岩から洗い出されて露出したもので、直径は最大3 mある。泥粒子が方解石で膠結され、亀裂は方解石、石英、苦灰石に充填されている[51][52][53][54]。

キャノンボール・コンクリーション

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大砲の弾のように巨大な球状コンクリーションを指す。アメリカノースダコタ州モートンとスーカウンティを流れるキャノンボール川 (Cannonball River)沿いで見つかるものは、直径3 mに達することがあり、砂とシルト粒子が方解石によって膠結されてできたものである。ユタ州北東部およびワイオミング州のフロンティア (Frontier)層の砂岩の露頭からは、直径4 - 6 mにも及ぶ同様のコンクリーションが発見されており、砂粒子が方解石によって膠結されて形成されたものである[55]。カンザス州オタワ郡にあるその名も「ロックシティ」(Rock City, Kansas)では、直径が6 mにもなる巨大なコンクリーションが見つかっている[56]。キャノンボール・コンクリーションは他に、アメリカアラスカ州のクック湾の砂浜[57]やコディアック島の海岸[58]、中国湖南省[59]などでも報告がある。ルーマニアには、トロヴァント (trovant)と呼ばれる同種のものがある[60][61]。

モキマーブル

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モキマーブルと呼ばれる鉄コンクリーション。ユタ州ナバホ砂岩から産出する。

モキマーブル (Moqui Marbles)は、アメリカ・ユタ州南東部のナバホ砂岩 (Navajo Sandstone)から大量に見つかる鉄分（褐鉄鉱や赤鉄鉱）を主成分とするコンクリーションである。ふつう球状であるが、ディスク状であったり、複数がつながったものなど、様々な形状のものも見られる。エンドウ豆から野球ボールサイズまで、大きさの範囲も広い。地下水に溶けた鉄の沈殿によって形成されたと考えられてきた[62][63][64]。火星上で見つかった小さなコンクリーションMartian spherulesとの類似性が指摘されている[65]。

脚注

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[脚注の使い方]

出典

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外部リンク

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