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炭酸カルシウムに関して水全体が過飽和状態でない場合でも、方解石の結晶は静止した水面上に形成されます。結晶は成長し、互いに付着して、白く不透明な物質の浮遊するいかだのように見えます。浮遊物質は方解石いかだまたは「ヒョウの斑点」 と呼ばれています。
化学
炭酸カルシウムは、カルシウムイオンと炭酸イオンが過飽和した水中で方解石結晶として沈殿することが知られています。静止状態では、炭酸カルシウムの過飽和状態が水中に存在しない場合、方解石結晶は水面に形成されます。表面から水が蒸発し、表面層から二酸化炭素が脱ガスして、炭酸カルシウムの飽和濃度をはるかに超えるカルシウムイオンと炭酸イオンの濃度と高いpHを持つ薄い水層が形成されます。方解石結晶はこの非常に局所的な環境で沈殿し、互いに付着して白い物質のいかだのように見えるものを形成します。[1]
方解石ラフトの走査型電子顕微鏡写真では、ラフト表面の穴の周りに相互接続された方解石結晶が形成されていることが示されています。穴は水面上の気泡やその他の異物によって発生した可能性があります。 [2]方解石ラフトの顕微鏡写真では、レースのような構造が示されています。水の表面張力により、相互接続された方解石結晶は、個々の比重が2.7で、水面に浮かんでいます。
洞窟と河川システムの形成
方解石筏は、石灰岩の洞窟系で最もよく形成されます。石灰岩の洞窟は、空気の動きが少なく、水にカルシウムと炭酸イオンが高濃度に含まれているため、好ましい環境を提供します。方解石筏の証拠は、世界中の石灰岩の洞窟で発見されています。[2] [3] [4] [5]
湧水河川系における方解石ラフト形成の例が報告されている。[1]
飲料水タンク
2005年、カリフォルニア州カーピンテリアのカーピンテリアバレー水道局は、新しく建設されたアルミニウム貯水池の蓋の下の水面に直径約5～10cmの「ヒョウ斑」が出現したため、水質に対する懸念を表明した。貯水池（1300万ガロン）が大気中に開放されていたときには、浮遊物は観察されていなかった。金属蓋から滴り落ちる凝縮水から、水面に潜在的に有毒な金属沈殿物が形成されるのではないかという懸念が表明された。[6] [7]
水質分析の結果、貯水池の水は炭酸カルシウムで飽和しているが、バルク溶液中には方解石の結晶は形成されていないことが判明した。X線回折分析では、浮遊する固体物質は97パーセント以上が方解石であることが示された。走査型電子顕微鏡写真では、結晶物質の形状が菱面体であることが確認され、これは方解石の結晶形成と一致している。[6] [7]
浮遊物質は有毒ではないが、方解石ラフト形成の主要条件を排除する静止状態を避けるために水面の動きを誘発することが推奨された。[6] [7]
コンクリート浸出液滴
コンクリート構造物の下に浮かぶ（ソーダ）ストロー鍾乳石溶液の滴には、微細な方解石の筏が観察されています。洞窟環境の外で形成されるこれらの二次堆積物は、カルテマイトとして知られています。[8]これらはコンクリート、石灰、モルタルから生成され、洞窟内で形成された鍾乳石の形状を模倣しています。[9] [8]
高アルカリ性浸出液滴の表面に形成される微小ラフトは、肉眼で見える場合、通常約0.5 mmの大きさで、滴が約5分以上浮遊した後に滴の表面に現れます。[8]ラフトを形成する化学反応には、二酸化炭素（CO 2）が大気から溶液に吸収（拡散）され、炭酸カルシウム（CaCO 3）がラフトとして沈殿するか、石筍、鍾乳石、または流石として堆積することが含まれます。[9]この化学反応は、洞窟内の鍾乳石を形成する化学反応とは非常に異なります。
ストローから滴下する内部の水の脈動と、懸濁した溶液滴の周りの空気の動きにより、ラフトが滴表面の周りを素早く回転することがあります。[10] [11] [8]懸濁した滴の周りの空気の動きがほとんどない場合は、約12分以上経過すると、マイクロラフトが結合して格子構造を形成し、滴表面全体を覆うことがあります。[8]溶液滴がストローに長く垂れ下がっていると（≈ > 30分）、カルセマイトストローの先端が完全に石灰化して塞がれる可能性があります。[8]
ギャラリー
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格子細工または方解石のいかだ、カルテマイト（ソーダ）ストローの鍾乳石 ... -
アリゾナ州カーチェナー洞窟の方解石のいかだ -
カーピンテリア貯水池の水面上の方解石ラフトの詳細 -
雫石洞窟構造の図（方解石筏はYと表記） -
硬質アルミニウムカバー付きカーピンテリア貯水池 -
方解石ラフト（平らな表面）の上部と下部に成長している結晶を示す、89倍の倍率のBSE-SEM画像
参考文献
- ^ ab Taylor, PM, Drysdale, RN and Carthew, KD (2004). 「オーストラリア北部の熱帯トゥファ堆積河川における方解石ラフトの形成と環境的意義」堆積学51:5 October. 1089.
- ^ ab Taylor, PM および Chafetz, HS (2004)。「米国テキサス州中部の洞窟プールに浮かぶ方解石結晶のいかだ」Jour. Sedimentary Res. 74:3 328–41。
- ^ デイビス、ドナルド G. (2000)。「ニューメキシコ州グアダルーペ山脈のレチュギヤ洞窟の驚くべき特徴。」洞窟とカルスト研究ジャーナル62:2 147–57。
- ^ van Hengstum, PJ, et al. (2011). 「海面が沿岸の洞窟と陥没穴の堆積と環境を制御する」海洋地質学。286 : 35–50。
- ^ Juhasz, E., Korpas, L. and Balog, A. (1995). 「2億年のカルストの歴史、ハンガリー、ダクセイン・リメソン」堆積学42:3 473–89.
- ^ abc McGuire, MJ, Blute, NK, Hamilton, C., Brabander, DJ (2005)。「なぜ私の貯水池にはヒョウの斑点が浮かんでいるのか。」アメリカ水道協会カリフォルニアネバダ支部秋季会議、ネバダ州リノ、10月10～14日発表。
- ^ abc McGuire, MJ, Blute, NK, Hamilton, C., Brabander, DJ (2006)。「飲料水貯水池における浮遊方解石ラフトの形成」水質技術会議議事録。アメリカ水道協会、コロラド州デンバー、11月6日。
- ^ abcdef Smith, GK, (2016). 「コンクリート構造物から成長する方解石ストロー鍾乳石」、洞窟とカルスト科学、第43巻、第1号、p.4-10、（2016年4月）、英国洞窟研究協会、ISSN 1356-191X。
- ^ ab Hill, CA, および Forti, P, (1997). Cave Minerals of the World, 第 2 版. [アラバマ州ハンツビル: National Speleological Society Inc.]
- ^ Allison, VC, (1923). 「石筍と鍾乳石の成長」. Journal of Geology, Vol.31, 106–125.
- ^ Ver Steeg, K, (1932). 「鍾乳石と石筍の異常な発生」 オハイオ科学ジャーナル、第32巻(2)、69-83ページ。
外部リンク
- ラボック地域の洞窟方解石（目録）/いかだ 2012-06-23 にアクセス。
- カルストベース - 方解石の筏
- カーチェナー洞窟州立公園
- 溶液滴の周りを回転するいかだの短いビデオクリップ