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カーボナタイト（/ kɑːrˈbɒnəˌtaɪt /）は、50 %以上の炭酸塩鉱物からなる鉱物組成によって定義される、貫入または噴出火成岩の一種である。 [ 1 ]カーボナタイトは大理石と混同されることがあり、地球化学的な検証が必要となる場合がある。
炭酸塩岩は通常、帯状構造を持つアルカリ性貫入岩体の中に小さな岩栓として、あるいは岩脈、岩床、角礫岩、脈として産出する。[ 2 ]これらはほぼ例外なく大陸リフトに関連した構造環境と関連している。太古代から現在に至るまで、地球の歴史を通じて炭酸塩岩質の火成活動は着実に増加してきたようだ。
炭酸塩岩の産出例のほぼすべては貫入岩または準火山性貫入岩である。これは、炭酸塩岩溶岩流は主に可溶性炭酸塩で構成されているため風化しやすく、地質記録に保存される可能性が低いからである。したがって、溶岩としての炭酸塩岩の噴火は、考えられているほど珍しいことではないかもしれないが、地球の歴史を通じて保存状態が悪い。[ 3 ]
溶融包有物の組成が示すように、炭酸塩岩の液体の組成は、化石炭酸塩岩の記録に保存されているものよりもかなりアルカリ性である。[ 4 ]
歴史時代に噴火したことが知られている炭酸塩岩火山は、タンザニアの活火山であるオル・ドイニョ・レンガイ火山ただ一つである。この火山は、世界で最も冷たい溶岩である500～600 ℃（932～1,112 °F）の溶岩を噴出する。溶岩は、ニエレライトとグレゴリー石を主成分とするナトロ炭酸塩岩である。炭酸塩岩溶岩のもう一つの例は、カーボベルデ諸島にあるブラバ島にある。最近の火山噴火は起きていないが、現在の地震活動は、この火山が潜在的に活動的であることを示している。[ 5 ]
炭酸塩岩のマグマ起源については、スウェーデンの地質学者ハリー・フォン・エッカーマンが1948年にアルノー複合岩体の研究に基づいて詳細に論じた。[ 6 ] [ 7 ]しかし、炭酸塩岩がマグマから生じるという見解を最終的に確認する地質学的調査につながったのは、タンザニアのオル・ドイニョ・レンガイの1960年の噴火であった。[ 6 ]
カーボナタイトは、珍しいプロセスと珍しい起源岩から形成される、特異な火成岩である。その形成には3つのモデルが存在する。
それぞれの過程の証拠は存在するが、重要なのはこれらが珍しい現象であるということだ。歴史的には、カーボナタイトはマグマの貫入による石灰岩や大理石の融解によって形成されると考えられていたが、地球化学的および鉱物学的データはこれを否定している。例えば、カーボナタイトの炭素同位体組成は堆積石灰岩とは異なり、マントルに似ている。[ 8 ]
炭酸塩岩の年代は始生代から現在まで幅広く、最古の炭酸塩岩であるグリーンランドのトゥペルタリクは30億700万年前のもので、タンザニアのオル・ドイニョ・レンガイ火山は現在も活動している。[ 9 ]
主鉱物組成は非常に多様ですが、ナトロライト、ソーダライト、アパタイト、マグネタイト、バライト、蛍石、アンシライトグループの鉱物、および一般的な火成岩には見られないその他の希少鉱物が含まれる場合があります。カーボナタイトの識別は、特にその鉱物組成と組織が火成鉱物の存在を除けば大理石とあまり変わらない場合があるため、困難な場合があります。また、雲母やバーミキュライトの産地となることもあります。
炭酸塩岩は、方解石質ソバイト（粗い組織）とアルビカイト（細かい組織）の変種または相に分類されます。この2つは、微量元素と痕跡元素の組成によっても区別されます。[ 10 ] [ 11 ]ラウハウガイトとベフォサイト という用語は、それぞれドロマイトとアンケライトに富む産出物を指します。アルカリ炭酸塩岩はレンガイトと呼ばれます。炭酸塩鉱物が50～70%含まれる例は、珪質炭酸塩岩と呼ばれます。[ 11 ]さらに、炭酸塩岩は、磁鉄鉱とアパタイト、または希土類元素、フッ素、バリウム に富む場合があります。[ 12 ]
ナトロカーボナタイトは、主に2つの鉱物、ニエレライト（独立したタンザニアの初代大統領ジュリアス・ニエレレにちなんで命名）とグレゴリー石（東アフリカ地溝帯を研究した最初の地質学者の1人であり、『グレート・リフト・バレー』の著者であるジョン・ウォルター・グレゴリーにちなんで命名）から構成されています。これらの鉱物はどちらも炭酸塩であり、ナトリウムとカリウムがかなりの量含まれています。どちらも無水物であり、大気中の水分と接触すると、非常に速く反応し始めます。噴出した黒または濃い茶色の溶岩と灰は、数時間以内に白くなり始め、数日後には灰色になり、数週間後には茶色になります。 [ 13 ]
カーボナタイトは、主に炭酸塩鉱物から構成される珍しい火成岩です。ほとんどのカーボナタイトには、いくらかのケイ酸塩鉱物が含まれています。定義上、炭酸塩鉱物を50%以上含む火成岩はカーボナタイトに分類されます。このような組成に関連するケイ酸塩鉱物としては、輝石、カンラン石、そしてネフェリンやその他の長石類などのシリカ不飽和鉱物が挙げられます。
地球化学的に見ると、カーボナタイトは不適合元素（Ba、Cs、Rb）が優勢で、適合元素（Hf、Zr、Ti）が枯渇している。このこととシリカが不飽和な組成であることから、カーボナタイトは低度の部分溶融によって形成されたという推論が裏付けられる。
フェニタイゼーションと呼ばれる特定のタイプの熱水変質は、通常、カーボナタイト貫入岩と関連付けられます。この変質集合体は、ノルウェーのフェン複合体という模式産地にちなんでフェナイトと呼ばれる独特の岩石鉱物組成を生み出します。この変質は、ナトリウムに富むケイ酸塩鉱物であるアルフベドソン石、バルケビカイト、グロコファン、リン酸塩、ヘマタイト、その他の鉄およびチタン酸化物からなる交代作用ハローで構成されています。[ 12 ]
地球上には合計527か所のカーボナタイト産地が知られており、それらはすべての大陸と海洋島に分布している。カーボナタイトのほとんどは、火山頸、岩脈、円錐シートの形で存在する方解石に富む火成岩の浅い貫入体である。これらは一般的に、アルカリに富む珪酸塩火成岩のより大きな貫入体と関連して発生する。噴出性のカーボナタイトは特にまれで、知られているのはわずか49か所のみであり、ライン渓谷や東アフリカ地溝帯など、いくつかの大陸地溝帯に限定されているようである。[ 14 ]
関連する火成岩としては、一般的にイジョライト、メルテイジャイト、テシェナイト、ランプロファイア、フォノライト、フォヤイト、ションキナイト、シリカ不飽和フォイド含有輝石岩（エセックス石）、ネフェリン閃長岩などが挙げられる。
炭酸塩岩は、一般的に、アルカリ（Na 2 O および K 2 O）、三価鉄（Fe 2 O 3）、ジルコニウムに富むアグパイト岩、またはアルカリが少なく、FeO-CaO-MgO に富み、ジルコニウムに乏しいミアスキト岩のいずれかである、不飽和（シリカが少ない）火成岩と関連付けられています。[ 12 ]
マウント・ウェルド・カーボナタイトは、アルカリ性火成岩の帯や岩石群とは関連付けられていないが、この地域ではカルシウムアルカリ性マグマの存在が知られている。この始生代カーボナタイトはオーストラリアで唯一の例であるため、その成因については依然として議論の的となっている。
炭酸塩岩は、同心円状の帯状構造を持つアルカリ火成岩複合体と関連して形成されることが知られており、その典型的な例は南アフリカのファラボルワである。
ガイアナ楯状地では、岩床、ロポリス、まれに岩脈の形で炭酸塩岩が報告されている。
マッドタンクとマウントウェルドのカーボナタイトは、複数の段階を経て形成された円筒状の貫入岩体であり、カーボナタイトの貫入にはいくつかの明確な段階がある。オーストラリアの他の原生代の変動帯には、より小規模なカーボナタイトの岩床や岩脈が存在し、典型的には岩脈や不連続な塊状構造として見られる。
数十種類の炭酸塩岩が知られており、その中には以下のようなものがある。
2017年、ブリティッシュコロンビア州プリンスジョージの北西にある「ロッキー山脈レアメタルベルト」と呼ばれる地域で、新たな炭酸塩鉱床の発見が確認された。[ 17 ]
東アフリカ地溝帯にあるオル・ドイニョ・レンガイ火山は、世界で唯一の活火山である。同じ地域には、ホマ山をはじめとする、より古い時代の炭酸塩岩火山も存在する。
炭酸塩岩には、希土類元素（REE）、リン、ニオブ-タンタル、ウラン、トリウム、銅、鉄、チタン、バナジウム、バリウム、フッ素、ジルコニウム、その他の希少元素または不適合元素が経済的または異常な濃度で含まれている可能性がある。アパタイト、重晶石、バーミキュライトは、一部の炭酸塩岩に関連する工業的に重要な鉱物である。[ 12 ]
微量元素は炭酸塩岩に極めて豊富に含まれており、既知の岩石タイプの中でランタニドの濃度が最も高い。[ 18 ]最大の希土類元素炭酸塩岩鉱床は、バヤンオボ[ 19 ] 、マウンテンパス[ 20 ] 、マオニウピン[ 21 ]、マウントウェルド[ 22 ]である。
トリウム、蛍石、または希土類元素の鉱脈鉱床は、炭酸塩岩と関連している場合があり、炭酸塩岩の変成作用を受けた変成帯の内部または内部に存在する可能性がある。
例えば、南アフリカのパラボラ複合岩体からは、銅（黄銅鉱、斑銅鉱、輝銅鉱として）、燐灰石、蟯虫状鉱石が大量に産出され、少量の磁鉄鉱、リンネ石（コバルト）、バデライト（ジルコニウム-ハフニウム）も産出され、副産物として金、銀、ニッケル、白金も産出されている。[ 12 ]