フッ素サイクル

フッ素循環: F フラックス^[1]は Tg/年、貯留層データ^[2]は mg/kg です。フッ素を移動させる主なメカニズムは、岩石の化学的および機械的風化です。主な人為的発生源には、工業用化学物質や肥料、レンガ製造、地下水抽出などがあります。フッ素は主に河川によって海洋に運ばれ、海洋での滞留時間はおよそ 50 万年です。フッ素は、陸源性または自生性の堆積物の堆積、または海洋リソスフェアの沈み込みによって海洋から除去されます。

フッ素循環とは、フッ素が岩石圏、水圏、大気圏、生物圏を移動する一連の生物地球化学的プロセスです。フッ素は地球の地殻に由来し、さまざまな発生源と吸収源の間での循環は、さまざまな自然および人為的プロセスによって調整されます。

概要

フッ素は地球上で13番目に多く存在する元素であり、宇宙では24番目に多く存在する元素です。最も電気陰性度が高く、反応性も高い元素です。そのため、フッ素元素は特定の地球化学の文脈で確認されていますが、元素状態で見つかることはめったにありません。^{[3]代わりに、イオン性化合物（HF、CaF}₂など）で最も頻繁に見つかります。

フッ素を移動させる主なメカニズムは、岩石の化学的および機械的風化です。主な人為的発生源には、工業用化学物質や肥料、レンガ製造、地下水採取などがあります。フッ素は主に河川によって海洋に運ばれ、海洋での滞留時間はおよそ 50 万年です。フッ素は、陸源性または自生性の堆積物の堆積、または海洋リソスフェアの沈み込みによって海洋から除去されます。

リソスフェア

地球上のフッ素の大部分は地殻に存在し、主に水酸化ケイ酸塩鉱物に含まれています。^[3]火成岩中のフッ素含有量は大きく異なり、マグマのフッ素含有量の影響を受けます。同様に、変質した海洋地殻はフッ素に大きなばらつきがあり、蛇紋岩化帯ではフッ素含有量が高くなります。^{[4]地殻中のフッ素の正確な鉱物学と分布に関する多くの詳細は、特に}変成岩、マントル、核におけるフッ素の豊富さについて十分に理解されていません。 ^[1]

フッ素は、自然のプロセス（風化、浸食、火山活動など）またはリン鉱石処理、石炭燃焼、レンガ製造などの人為的プロセスによって地殻貯留層から放出される可能性があります。フッ素サイクルへの人為的寄与は大きく、人為的排出は世界のフッ素入力の約55％を占めています。^[1]

水圏

フッ素は、フッ化物アニオンとして水中に溶解することができ、その存在量は周囲の岩石内の局所的な存在量に依存する。これは、他のハロゲンの存在量とは対照的であり、他のハロゲンの存在量は、局所的な岩石の組成ではなく、局所的な他のハロゲンの存在量を反映する傾向がある。 [ ^4]溶解したフッ化物は、雨水や河川の表面流出物中に少量存在し、海水中には高濃度（74マイクロモル）で存在する。フッ素は、火山の噴煙を介して表層水に入ることもできる。^[4]

雰囲気

フッ素は、火山活動やその他の地熱放出物^[5]のほか、バイオマス燃焼や風で舞い上がる塵煙^{[3]を介して大気中に放出される。さらに、石炭燃焼、レンガ製造、ウラン処理、化学製造、アルミニウム製造、ガラスエッチング、マイクロエレクトロニクス/}半導体産業など、さまざまな人為的発生源から発生する可能性がある。フッ素は、人為的に生成された大気化学物質 (例えば、フッ化ウラン)間の反応生成物として大気中に放出されることもある。^{[5]さらに、フッ素は}クロロフルオロカーボンガス (CFC)の成分であり、 CFC は、反応性の高い塩素と塩素酸化物種への分解に伴う有害な影響がよりよく理解されるまで、20 世紀を通じて大量生産されていた。 ^[6]大気中のフッ素に関する現代の研究の大半は、HF ガスの毒性と高い反応性のため、対流圏のフッ化水素 (HF) に焦点を当てている。^[5]

フッ素は、雨、露、霧、雲粒から沈殿する「湿性」沈着、または大気の乱流によって引き起こされる表面物質への付着など、液体の水が関与しないプロセスを指す「乾性」沈着によって大気から除去されます。HFは成層圏での光化学反応によっても大気から除去されます。^[5]

生物圏

フッ素は生物系にとって重要な要素です。哺乳類の健康の観点からは、フッ素にさらされた人間の歯やサメや魚の歯の重要な鉱物であるフッ化アパタイトの成分として注目されています。 ^[4]土壌では、大気中のフッ素はかなりの深さまで浸出するため、フッ素は生物系の供給源として、また大気プロセスのシンクとして機能する可能性があります。^[3]

参考文献

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^ Rudnick, RL; Gao, S. (2003)、「大陸地殻の構成」、地球化学論文集、3、Elsevier: 659、Bibcode :2003TrGeo...3....1R、doi :10.1016/b0-08-043751-6/03016-4、ISBN 978-0-08-043751-4
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[:0-1] Schlesinger, WH; Klein, EM; Vengosh, A. (2020). 「フッ素の地球規模の生物地球化学循環」。地球規模の生物地球化学循環。34 (12): e06722。Bibcode : 2020GBioC..3406722S。doi : 10.1029 /2020gb006722。ISSN 0886-6236。S2CID 226336384 。

[:4-2] Rudnick, RL; Gao, S. (2003)、「大陸地殻の構成」、地球化学論文集、3、Elsevier: 659、Bibcode :2003TrGeo...3....1R、doi :10.1016/b0-08-043751-6/03016-4、ISBN 978-0-08-043751-4

[:1-3] Fuge, R. (2019). 「環境中のフッ素、その発生源と地球化学のレビュー」.応用地球化学. 100 : 393–406 . Bibcode :2019ApGC..100..393F. doi :10.1016/j.apgeochem.2018.12.016. S2CID 133909303.

[:2-4] Koga, KT; Rose-Koga, EF (2018). 「地球と太陽系のフッ素はどこから来て、見つかるのか?」Comptes Rendus Chimie . 21 (8): 749– 756. doi : 10.1016/j.crci.2018.02.002 .

[:3-5] Cheng, M.-D. (2018). 「フッ化水素の大気化学」.大気化学ジャーナル. 75 (1): 1– 16. Bibcode :2018JAtC...75....1C. doi :10.1007/s10874-017-9359-7. ISSN 1573-0662. OSTI 1399939. S2CID 100201001.

[6] Crutzen, PJ (2006). 「フッ素と環境」の紹介.フッ素科学の進歩. 1 : xv– xvii. doi :10.1016/S1872-0358(06)01011-6. ISBN 9780444528117. ISSN 1872-0358.