植物学的探査

地質植物学的探査とは、周囲の植物の構成と健康状態に基づいて、潜在的な資源鉱床を特定する探査を指します。^[1]指標植物の識別、^[2]リモートセンシング^[3]、およびその地域の植物の物理的および化学的状態の決定を含むさまざまな技術を使用して、 ^{[4] [5]}地質植物学的探査を使用してさまざまな鉱物を発見できます。このプロセスには、比較的非侵襲的でコスト効率が高いなど、明らかな利点とメリットがあります。^{[2] [3]}ただし、この方法の有効性に疑問がないわけではありません。この形式の探査は、特に他の探査方法と組み合わせて使用​​​​する場合、有効な科学的方法であるという証拠があります。 ^{[6] [2]}しかし、商業鉱山の特定は常に地質学的原則によって導かれ、化学分析によって確認されるため、この探査方法が有効な独立した科学的方法であるか、過去の時代遅れの方法であるかは不明です。^[7]

土壌と植物の間には複雑な相互作用があります。^[8]土壌の栄養分とミネラルの組成は、土壌が支えることができる植物の種類と物理的状態の両方に大きな影響を与えます。[ 8 ] [ 9 ^]この原理を使用すると、特定のケースでは、上にある植物を使用して、下にある土壌と岩石（つまり、鉱床）のミネラル含有量を決定することが理論的に可能です。^[10]

2015年、スティーブン・E・ハガーティは、ダイヤモンドの採掘源であるキンバーライトパイプの植物学的指標としてパンダナス・カンデラブラムを特定した。 ^[6]

この技術は中国では紀元前5世紀から使われてきました。この地域の人々は、植物と地下の鉱物とのつながりに気づいていました。銅、ニッケル、亜鉛、そして金が豊富な地域を示す特定の植物がありましたが、金は確認されていません。このつながりは、土壌の組成に関する農業上の関心から生まれました。この方法は中国地域では古代から知られていましたが、西洋では18世紀にイタリアで初めて文書化され研究されました。^[11]

地質植物学的探査は、さまざまな方法で行うことができます。地表の植物相を（どのような形であれ）その下にある鉱物組成の指標として利用する方法は、地質植物学的探査とみなすことができます。^{[12]これらの方法には、}指標植物の識別、^[2] リモートセンシング、^[3]実験室技術による植物相の物理的および化学的状態の判定が含まれます。 ^{[13] [5]}

指標植物の同定とは、特定の指標植物の存在と分布を特定することです。^[2]特定の植物は土壌中の特定のミネラル濃度を好むため、その植物が好むミネラルの濃度が高い地域ではより豊富に生育します。^{[2] [1]}指標植物の分布を地図化することで、その地域の地質の概要を把握することができます。^[2]

例えば、スウェーデンのヴィスカリア鉱山は、鉱床を発見するために探鉱者が使用した植物Silene suecica（同義語Viscaria alpina ^{）にちなんで名付けられました。 [14]}

航空写真とは、単に高い高度から地面の写真を撮ることです。^[3]航空写真を使用すると、比較的低コストで比較的迅速に広大な土地を調査し、その地域の植物の多様性の概要を把握することができます。^[3]これにより、地下の鉱床のマッピングが可能になります。^{[2] [3]}

例えば、航空写真を使用すると、早期葉老化（細胞の早期老化）の有無を判定することができます。 ^[3]場合によっては、土壌中の銅濃度の上昇が検出され、銅鉱床の発見につながることもあります。^[3]

衛星画像は、広い範囲で大量のデータを取得するために使用できます。^[15]このデータは、正しく分析されると、地質植物学の探査プロセスに役立てることができます。^{[15] [16]}衛星画像は、特定の植物に含まれる特定のミネラルや元素の濃度を決定するために使用できます。^[17]たとえば、衛星画像は茶の木のカリウム濃度を決定するために使用されています。^{[17]衛星画像は、}侵入植物の動きを監視するためにも使用されています。^[18]衛星画像を使用すると、上にある植物の詳細な画像を取得できます。^{[15] [16]}上にある植物を使用すると、その下にある地質構成の概要を取得できます。^{[10] [15]}

植物は周囲の土壌からミネラルを吸収し、そのミネラルは植物の組織に沈着します。^[5]実験室では、植物組織を分析してこれらのミネラルの濃度を測定できます。^[19]これらのミネラルの濃度がわかれば、これらの植物の土壌のミネラルの濃度を測定でき、その結果、その地域の地質を調べることができます。^{[10]この方法は、特に}ナノ粒子、つまり土壌では検出できないほど低濃度だが植物組織に固定される粒子に有効です。 ^[20]これは金鉱採掘の場合に当てはまります。^[21]

その地域の植物相を利用して地質組成を決定する手法は、さまざまな方法や鉱物に利用されてきた。^[1]

銅（Cu）は、植物が土壌から吸収する必須の微量栄養素です。^[22]土壌から吸収された銅は、光合成、植物の呼吸、酵素機能など、さまざまな内部プロセスで使用されます。^[23]しかし、銅の濃度が上昇すると、植物内で銅毒性や銅の鉱化が起こり、特定の生理学的反応を引き起こす可能性があります。 ^[24]この鉱化は、地質植物学的調査を通じて検出できます。^[24]

銅の地質植物学的探査は、一般的に指標植物、すなわち金属藻類の種を特定するという形をとります。^[25]金属 藻類は、土壌中の銅などの重金属の高濃度に耐えられる植物です。^{[26]これらの金属藻類は、}リモートセンシングや現地調査などの地質植物学的手法で検出できる銅毒性の症状を示すことがあります。^[3]これらの銅毒性の症状には、光合成サイクルの変化、成長の阻害、変色、根の成長阻害などがあります。^{[27] [28]}

銅の指標植物の一般的な例としては、ザンビアの銅花ベシウム・セントラリアアフリカナム^[29]、 ヒューマニアストルム・クトゥンゲンセ^{[30] 、 [7]}、およびオシムム・セントラリアアフリカナムがある。最も「忠実な」指標植物である「銅植物」または「銅の花」は、以前はベシウム・ホンブレイとして知られており、中央アフリカから南アフリカの銅（およびニッケル）に富む土壌でのみ見られる。^{[31] [30]}地衣類（レカノーラ・カスカデンシス）も銅の鉱化を決定するために使用されている。^[32]

銅の地質植物学的調査は、現地観察やリモートセンシング（航空写真や衛星画像）などのさまざまな方法で構成される可能性が最も高い。 ^{[3] [15]}上記のような方法によって銅が豊富な可能性のある地域が発見された後、さらなる探査技術を使用して鉱床の存在を確認することができる。^{[3]これらの探査技術には、土壌サンプルの採取と}地球化学分析、^{[33] [34]} 物理探査と掘削が含まれる。^{[35] [36]}地質植物学的探査は、銅鉱床の探査プロセスの有用な第一歩であり、他の探査方法と組み合わせて使用​​​​することで、その可能性を最大限に引き出すことができる。^{[36] [37]}

地質植物学的手法を用いた金の探査では、通常、植物が吸収した金含有量を測定します。^[21]しかし、土壌および対応する植生の金含有量は通常非常に低いため（実質的に検出できない）、金の直接測定は効果的ではない可能性があります。^{[38] [39]}この障害を克服するために、適切な先駆鉱物を検出することが通常採用される方法です。^[21]金と最も一般的に関連付けられる先駆鉱物（ほとんどの場合、別の鉱物と一緒に存在する鉱物）はヒ素です。^[40]金の含有量が最も高い植物としては、ヨモギ属の低木（ヨモギまたはニガヨモギ）が推奨されます。^[39]

金と植生の相互作用に関する研究は長年にわたって続けられてきました。^{[10] [41]}これらの新しい方法は、植生中の金の検出精度を高める可能性があります。^{[41]しかし、現在のところ、植生に含まれる金の特定は困難であるため、地質植物学的な金の探査は、地質物}理学的調査などの他の探査方法と組み合わせると最も効果的です。^{[42] [35]}

ウランは植物にとって必須の栄養素ではないが、周囲の土壌にウランが存在する場合、その元素は植物系に取り込まれる。^{[8]ウランは}放射性であるため、植物にとって有毒である。^[43]通常よりも大量のウランを蓄積した植物は、ウラン毒性の兆候を示す。^[44]ウラン毒性は、植物のさまざまな生理学的プロセスに支障をきたす。^{[44] [45]}これらの阻害された生理学的プロセスには、種子の発芽と光合成が含まれる。^[要出典]これらの生理学的変化のため、植物におけるウラン毒性は比較的簡単に検出できる。^[43]

一般的にウラン濃度の上昇を示す植物はコケ植物です。^{[46]コケ植物には}コケ類や苔類などの植物が含まれます。^[47]その他の指標植物には、アスター・ベヌストンスやアストラガルンス・アルブルスなどがあります。^[7]

ウラン鉱床の地質植物学的探査は、通常、植物の厳密な体系的なサンプリングと、ウラン含有量を決定するための実験室分析から構成されます。^{[46] [47]}

地植物学的探査は、他のさまざまな資源の発見にも利用されてきました。そのような資源の1つがキンバーライトパイプです。これは、ダイヤモンドを含むことが多い火成岩です。^[6]指標植物であるパンダナス・カンデラブラムは、母岩で育ったサンプルと比較して、キンバーライトパイプで育った場合、生化学的に異なることがわかりました。^[48]この発見により、将来、地植物学的探査を使用してキンバーライトパイプ、ひいてはダイヤモンドの探査が可能になります。^{[6] [48]}

場合によっては、目的の鉱物を直接検出することは不可能であり、先駆鉱物の検出が必要となる。^[40]ヒ素と金の場合がそうであり、^[40]スカンジウムと超塩基性レゴリス（コバルトとニッケルが豊富）の場合もそうである。^[49]このような場合、地元の植物相中の鉱物濃度が特に有用である。^[49]

他の鉱物も指標植物を使って発見されている。鉄と亜鉛は指標植物のPinus brutiaを使って発見できる。^[50] クロム鉱床は指標植物のPteropyrum olivieriを使って発見できる。^[51]

地質植物学的探査には多くの利点とメリットがあり、現代および伝統的な探査方法に価値ある追加要素となっています。掘削などの伝統的な方法と比較すると、比較的費用対効果の高い探査方法です。^[19]地元の植物相からの兆候を利用することで、地元の地質の概要を把握することができます。^[52]この概要は、掘削などのより伝統的な探査方法に必要な人員と高価な機器への投資を大幅に削減して達成できます。^{[52] [53]}地質植物学的探査は最小限の侵襲性プロセスであり、環境の混乱を最小限に抑えながら大規模な初期探査を可能にします。^{[3]そのため、比較的}環境的に持続可能な探査方法です。^[1]

植物学的探査は、侵襲性が最小限であることに加え、時間効率の良い大規模探査を可能にします。^[3]航空写真や衛星画像などのリモートセンシング技術の継続的な進歩により、比較的短時間で地域の植物の詳細な地図を入手することが可能になりました。^[2]この大規模で高速な空間カバレッジにより、鉱床を見つける可能性が高まり、探査が成功する可能性が高まります。^{[52] [15]}

地質植物学的な探査のもう一つの利点は教育的なものである。^[54]ある地域の植生を地図に描き、その基礎となる地質を決定することで、研究者は地球の地球化学的プロセス、すなわち鉱物と生きた植物との相互作用についての理解を深めることができる。^{[52] [54]}植物における様々な元素や鉱物の分布と濃度を分析することで、研究者の鉱化プロセスに対する理解が深まる。^[2]この理解の高まりにより、鉱物などの無機物と植物などの有機物との相互作用についての理解が広がる。^[54]

地質植物学的探査は、銅やウランを含む多くの鉱物に適用できます。^{[24] [46]}この汎用性が地質植物学的探査の利点です。^[7]

地植物学的探査には限界がないわけではありません。地植物学的探査法の成功は、地元の植物種の多様性、^{[2] [1]、} 土壌組成^[8]、気候条件^{[3] [55]}など、多くの要因に依存します。これらの要因はすべて、重要な結果を不明瞭にしたり、調査結果の誤った解釈を引き起こしたりする可能性があります。

一つの限界は、この方法が特定の指標植物、すなわち地元の植物種の多様性の存在に依存していることである。^{[1] [7]}鉱床を決定するために必要な特定の指標植物は、それらの鉱床があるすべての地域に定着しているわけではない。^[55]地質植物学的探査が唯一の探査方法であった場合、これらの鉱床は検出されないままになる。^[7]さらに、指標植物が存在していても鉱床が周囲の土壌に十分なミネラルを放出していなければ、その地域の土壌組成では指標植物が十分な濃度の目的のミネラルを摂取できない。^[8]これらの鉱床は検出されないままになる。リモートセンシング法は気候条件に依存する。指標植物の中には、すべての季節に識別可能な特徴をすべて示すわけではないものがあり、例えば、一部の植物は夏と秋にしか開花しない。^[55]気候が正確な結果につながらない場合は、鉱床が検出されない可能性がある。^[3]

人為的影響が増大するにつれ、植生に基づく指標は大きな影響を受ける可能性がある。^[56]土地利用の変化や汚染により植物と土壌の相互作用や元素の吸収パターンが変化する可能性があるため、地質植物学的な探査事業の結果は誤って解釈される可能性がある。^{[8] [56]}誤った結果は、鉱床の誤認や鉱床全体の見逃しにつながる可能性がある。^[7]

地質植物学的探査のもう一つの限界は、これらの方法には地質学と植物学の両方の専門知識が必要であることです。この2つの専門分野は、一緒に研究されることはあまりありません。^[5]結果を確認するには、サンプルを研究室で分析する必要があり、そのためには特殊な機器と専門知識が必要になる場合があります。^[20]

地質植物学的探査は、地質学的および地球物理学的データや調査などの他の探査方法と統合すると最も効果的であると考えられます。 ^{[5] [57] [36]}

• クラドック、ポール・T. 『初期の金属採掘と生産』ワシントン D.C.：スミソニアン協会出版局、1995年。