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 石炭ボール | |
| 構成 | |
|---|---|
| 鉱化植物の残骸 |
コールボールは、不完全な球形から平らで不規則な板状まで形状が変化するコンクリーションの一種です。コールボールは石炭紀の沼地や泥炭地で形成されました。泥炭の周囲に方解石が多く存在したため、泥炭は石炭に変化できず、代わりに石に変化しました。そのため、コールボールは実際には石炭でできているわけではありませんが、実際の石炭と起源や形状が似ていることからその名前が付けられています。
石炭ボールには、石炭紀の沼地や泥沼の植物の微細組織構造の驚くべき記録が保存されていることが多く、そうでなければ完全に破壊されていたでしょう。石炭紀の植物が独自に保存されていることから、石炭ボールは科学者にとって貴重なものであり、科学者は石炭ボールを切り取って剥ぎ取り、地質学的過去を研究しています。
1855年、ジョセフ・ダルトン・フッカーとエドワード・ウィリアム・ビニーという2人のイギリス人科学者がイギリスで初めて石炭ボールの科学的記述を行い、石炭ボールに関する最初の研究はヨーロッパで行われました。北米の石炭ボールは1922年に発見され、特定されました。それ以来、石炭ボールは他の国でも発見され、何百もの種と属の発見につながっています。
石炭ボールは、北米とユーラシア大陸の炭層で発見されることがあります。北米の石炭ボールは、地層学的にも地質学的にも、ヨーロッパのものよりも広範囲に分布しています。最も古い石炭ボールは、石炭紀のナムリアン期のもので、ドイツと旧チェコスロバキアの領土で発見されました。
科学の世界への導入と形成
石炭ボールに関する最初の科学的記述は、1855年にジョセフ・ダルトン・フッカー卿とエドワード・ウィリアム・ビニーによってなされ、彼らはイギリスのヨークシャーとランカシャーの炭層の例を報告しました。初期の研究の多くはヨーロッパの科学者によって行われました。[1] [2]
北米の石炭ボールは1894年にアイオワ州の炭層で初めて発見されましたが[3] [4]、ヨーロッパの石炭ボールとの関連は、アドルフ・カール・ノエ（彼の石炭ボールはギルバート・ケイディによって発見されました[3] [5] [6]）が1922年に類似点を指摘するまでわかりませんでした。[2]ノエの研究により石炭ボールへの関心が再燃し、1930年代までにはヨーロッパの古植物学者が石炭ボールを求めてイリノイ盆地へと集まるようになりました。 [7]
石炭ボールの形成を説明しようとする理論には、原地性（原位置）理論と異地性（漂流）理論の2つがあるが、その主題はほとんど推測の域を出ない。 [8]
インサイチュ説の支持者は、現在の場所の近くで泥炭地の近くに有機物が堆積し、埋没後すぐに鉱化が進み 、鉱物が有機物に染み込んで内部鋳型を形成したと考えている。[9] [10]泥炭地では、溶解した鉱物含有量の高い水が植物質とともに埋没した。溶解したイオンが結晶化すると、鉱物質が沈殿した。これにより、植物質を含む結石が形成され、丸い石の塊として保存された。こうして石炭化が防止され、泥炭は保存され、最終的に石炭ボールになった。[11]石炭ボールの大部分は、瀝青炭層と無煙炭層で発見されており、 [12]泥炭が十分に圧縮されずに石炭に変質した場所である。[11]
マリー・ストープスとデイビッド・ワトソンは石炭ボールのサンプルを分析し、石炭ボールはその場で形成されたと結論付けた。彼らは海水との相互作用の重要性を強調し、それが石炭ボールの形成に必要であると信じていた。[13]原位置理論の支持者の中には、ストープスとワトソンが複数の石炭ボールを貫通する植物の茎を発見したことは石炭ボールがその場で形成されたことを示していると信じており、漂流理論ではストープスとワトソンの観察を説明できないと述べている。彼らはまた、石炭ボールの外側に突き出ている有機物の脆い破片を引用し、漂流理論が正しければ、その突起は破壊されていたはずだと主張している。 [14 ]また、大きな石炭ボールの中には、そもそも輸送できなかったほど大きいものもある。[15]
漂流説は、有機物質が現在の場所またはその近くで形成されたのではないとする説である。むしろ、石炭ボールとなる物質は洪水や嵐によって別の場所から運ばれたと主張する。[16]漂流説の支持者の中には、セルギウス・マメイやエリス・ヨチェルソンなど、石炭ボールに海洋動物がいることは、物質が海洋から非海洋環境に運ばれたことを証明していると信じていた。[17]エドワード・C・ジェフリーは、原位置説には「十分な証拠がない」と述べ、石炭ボールには開放水域での輸送と堆積によって形成された物質が含まれることが多いため、輸送された物質から石炭ボールが形成された可能性が高いと考えた。[18]
コンテンツ
石炭ボールは石炭でできているわけではない。 [19] [20]石炭ボールは不燃性で燃料としては役に立たない。石炭ボールはカルシウムを豊富に含んだ鉱化生命体であり、[21]主に炭酸カルシウムと炭酸 マグネシウム、黄鉄鉱、石英を含んでいる。[22] [23]石膏、イライト、カオリナイト、レピドクロサイトなどの他の鉱物も石炭ボールに見られるが、量は少ない。[24]石炭ボールは通常、男性の拳ほどの大きさであるが、[25]その大きさはクルミほどから直径3フィート（1メートル）までと大きく異なる。[26]指ぬきよりも小さい石炭ボールも見つかっている。[20]
石炭ボールには通常、ドロマイト、アラゴナイト、そして分解のさまざまな段階にある有機物の塊が含まれています。[11]フッカーとビニーは石炭ボールを分析し、「針葉樹とシダの葉が不足している」ことを発見し、発見された植物質は「それらを生産した植物から落ちたそのままの状態で配置されているように見えた」と指摘しました。[27]石炭ボールには通常、植物の葉は保存されていません。 [28]
1962年、セルギウス・ママイとエリス・ヨチェルソンは北米の石炭ボールを分析した。[29]彼らの海洋生物の発見により、石炭ボールは3つのタイプに分類されるようになった。通常（植物性と呼ばれることもある）は植物質のみ、動物性は動物の化石のみ、混合は植物と動物の両方の物質を含む。[30]混合石炭ボールはさらに、植物と動物の物質が明確に分離されている不均質と、その分離がない均質に分類される。[31]
保存
石炭ボールの保存状態は、全く保存されていないものから、細胞構造を分析できるものまで様々です。[10]一部の石炭ボールには、根毛[32]、花粉[33]、胞子[33]が保存されており、「多かれ少なかれ完全に保存されている」と説明されています。 [34]「かつて植物であったものではなく」、むしろ植物そのものです。[35]他のものは、「植物学的に価値がない」ことが判明しており、[36]有機物は石炭ボールになる前に劣化していました。[37]内容物が保存状態の良い石炭ボールは、古植物学者にとって有用です。[38]これらは、植生の地理的分布を分析するために使用されており、たとえば、熱帯地帯のウクライナとオクラホマの植物がかつて同じであったという証拠を提供しています。 [39]石炭ボールの研究により、130属と 350種を超える発見も行われました。[1]
石炭ボールに保存された物質の品質は、鉱物成分、埋没プロセスの速度、および完全鉱化を受ける前の圧縮の程度という3つの主な要因によって決まります。 [40]一般的に、腐敗や圧力がほとんどなく急速に埋没した遺体からできた石炭ボールは、よりよく保存されていますが、ほとんどの石炭ボール内の植物遺体は、ほぼ常に腐敗と崩壊のさまざまな兆候を示しています。[11]大量の硫化鉄を含む石炭ボールは、マグネシウムまたは炭酸カルシウムで完全鉱化された石炭ボールよりもはるかに保存状態が悪いため、[11] [41] [42]硫化鉄は「石炭ボールハンターの主な呪い」という称号を得ています。[32]
分布
石炭ボールは最初にイギリスで発見され、[43]その後、オーストラリア、[16] [44]ベルギー、オランダ、旧チェコスロバキア、ドイツ、ウクライナ、[45]中国、[46]スペインなど世界各地で発見されました。[47]石炭ボールは北アメリカでも発見されており、ヨーロッパに比べて地理的に広範囲に分布しています。[1]アメリカ合衆国では、石炭ボールはカンザス州からイリノイ盆地、アパラチア地方まで見つかっています。[33] [48]
最も古い石炭ボールはナムリアン期前期末（3億2600万年前から3億1300万年前）のもので、ドイツと旧チェコスロバキアで発見されたが[1] 、その年代は一般的にペルム紀（2億9900万年前から2億5100万年前）から石炭紀後期にかけての範囲である。[49]米国の石炭ボールの中には、ウェストファリア期後期末（およそ3億1300万年前から3億400万年前）からステファニアン期後期（およそ3億400万年前から2億9900万年前）までの範囲のものがある。ヨーロッパの石炭ボールは一般的にウェストファリア期前期末のものである。[1]
炭層では、石炭ボールは石炭に完全に囲まれています。[50]石炭ボールは、炭層全体にランダムに散在していることが多く、[38]通常は炭層の上部半分に孤立したグループで散在しています。石炭層での発生は、非常に散発的または定期的に発生する可能性があります。多くの炭層には石炭ボールがまったく含まれていないことがわかりましたが、[19] [42]一方、石炭ボールが非常に多く含まれているため、鉱夫がその地域を完全に避けている炭層もあります。[48]
分析方法
薄切片作成は、石炭ボールに含まれる化石化した物質を分析するために使用された初期の手順でした。[51]このプロセスでは、石炭ボールをダイヤモンドソーで切断し、次に薄切片を研磨剤で平らにして研磨する必要がありました。 [52]これをスライドに接着し、岩石顕微鏡の下に置いて検査しました。[53]このプロセスは機械で行うことも可能ですが、必要な時間が長く、薄切片作成ではサンプルの品質が悪かったため、より便利な方法が採用されました。[54] [55]
薄切片法は、現在では一般的な液体皮法に1928年に取って代わられました。[8] [51] [54]この技術では、[56] [57] [58]ダイヤモンドソーで石炭ボールの表面を切り、切断面をシリコンカーバイドを塗布したガラス板の上で滑らかになるまで研磨し、切断面と表面を塩酸でエッチングすることで皮が得られます。[55]酸は石炭ボールから鉱物質を溶解し、植物細胞の突出層を残します。アセトンを塗布した後、セルロースアセテートの片を石炭ボールの上に置きます。これにより、石炭ボールに保存された細胞がセルロースアセテートに埋め込まれます。乾燥すると、カミソリで石炭ボールから酢酸セルロースを取り除くことができ、得られた皮を低酸性染料で染色して顕微鏡で観察することができます。この方法で、2ミリメートル（0.079インチ）の石炭ボールから最大50個の皮を抽出できます。[55]
しかし、硫化鉄（黄鉄鉱または白鉄鉱）が含まれていると、皮は時間の経過とともに劣化します。Shya Chitaleyは、液体皮剥ぎ技法を改良し、石炭ボールに保存された有機物を硫化鉄などの無機鉱物から分離することでこの問題に対処しました。これにより、皮の品質をより長期間維持できるようになりました。[59] Chitaleyの改良は、石炭ボールの表面を滑らかに仕上げた後に始まります。彼女のプロセスは基本的に、加熱してから、キシレン中のパラフィン溶液を石炭ボールに複数回塗布することです。その後の塗布では、ワックスが石炭ボールに完全に浸透できるように、キシレン中のパラフィンの濃度が高くなります。石炭ボールに硝酸、次にアセトンを塗布します。[60]その後、プロセスは液体皮剥ぎ技法に戻ります。
X線粉末回折法は石炭ボールの分析にも使用されています。[61]所定の波長のX線をサンプルに照射して構造を調べます。これにより、検査対象物質の結晶構造、化学組成、物理的特性に関する情報が明らかになります。X線パターンの散乱強度が観察・分析され、入射角と散乱角、偏光、波長またはエネルギーの測定値が得られます。[62]
参照
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