岩石起源シリカ

岩石起源シリカ（LSi）は、陸源岩（火成岩、変成岩、堆積岩）に由来するシリカ（SiO ₂ ）であり、既存の岩石の残骸、火山噴出物、地球外物質、ケイ酸塩などの鉱物で構成される岩石起源堆積物です。^[1]^{[2]シリカは地球の}地殻で最も豊富な化合物（59%）であり、ほぼすべての岩石（> 95%）の主成分です。^[3]

海洋システムの岩石起源シリカ

LSi は、海洋堆積物に砕屑粒子として「直接」蓄積されるか、または水柱内の溶解シリカ (DSi) に移行します。海洋生物システムでは、DSi がシリカの最も重要な形態です^[4]珪酸(Si(OH) ₄ )などの DSi の形態は、珪鞭毛藻類や放散虫が鉱物骨格を作成するために、また珪藻類が殻(外殻) を発達させるために利用されます。^[5]これらの構造は、保護、光合成のための光の増幅、さらにはこれらの生物が水柱内で浮いている状態を維持するのに役立つため、極めて重要です。^{[6] DSi は、LSi よりも}生物起源シリカ(BSi)から形成されやすいですが、後者は水への溶解度が低いためです。しかし、LSi は水柱へのシリカの主要供給源であるため、シリカサイクルにとって依然として重要な供給源です。 ^[7]

出典

河川は海洋環境への LSi の主要な供給源の 1 つです。河川は流れる際に、物理的風化によって粘土、シルト、砂などの微粒子を吸収します。^[8]岩石起源のケイ酸は、 CO2 _を多く含む水が陸生岩石のケイ酸塩鉱物やアルミノケイ酸塩鉱物と接触することで、化学的風化によって形成されます。ケイ酸はその後、流出水または地下水の流れによって河川に運ばれ、その後海洋に運ばれます。岩石起源と生物起源の両方を合わせたフラックスの推定値によると、溶解性シリカと粒子状シリカのそれぞれ約 6.2 ± 1.8 Tmol Si year ⁻¹^[a]と 147 ¨ ± 44 Tmol Si year ^−1が河口に流入しています。^[8]

風成輸送は、主に岩石起源の風化した粒子を風が拾い上げて大気中に運び、その後海洋に落下するときに発生します。^[8]このような堆積物内のシリカの溶解度は、物質の起源と組成の両方に依存します。たとえば、主に石英でできているサハラ砂漠の堆積物の研究では、溶解度の範囲は0.02％～1.1％であることがわかりましたが、長石を多く含む堆積物の一部では溶解度が約10％であると推定されています。風成LSiは大気中に蓄積して雨塵として降ることもあります。これは、雨滴に巨視的な量の堆積物が含まれる現象です。^{[9] LSiの乾性沈着は2.8～4.6 Tmol Si year}⁻¹の範囲で、約0.5 ± 0.5 Tmol Si year ⁻¹がDSiに移行します。^[8]

海底からの流入には、熱水噴出孔や、玄武岩やその他の陸源海洋堆積物の低温溶解などがあり、岩石起源のDSiの重要な供給源となっている。 ^[8]高温流体は海底に向かって上昇するにつれて海洋地殻からシリコンを浸出させ、大量のDSiを蓄積する。熱水流入は、中央海嶺から直接発生する海嶺軸（350◦C ± 30◦C）と、海嶺から離れた拡散流入である海嶺側面（<75◦C）の2つのカテゴリに分けられる。後者は、冷却時にDSiの多くを沈殿（粘土として）に失う。その結果、海嶺側面に溶解したLSiが海洋に流入する量は、海嶺軸システムからの0.5 ± 0.3 Tmol Si year ⁻¹と比較して、0.07 ± 0.07 Tmol Si year ⁻¹にすぎない。低温（<2◦C）条件では、海底玄武岩と岩相堆積物はLSiを直接海水に浸出させる可能性があります。海底玄武岩のみを対象とした以前の推定では、DSiフラックスは0.4 ± 0.3 Tmol Si year ⁻¹と計算されています。より最近の実験では、計算に岩相堆積物（粘土、頁岩、玄武岩、砂を含む）を追加し、1.9 ± 0.7 Tmol Si year ⁻¹という値が得られました。

2019年の研究では、海岸の砕波帯では、波の作用により非生物的砂粒がかき乱され、時間の経過とともに溶解すると提案されています。^[10]これをテストするために、研究者らはさまざまな種類の水が入った密閉容器に砂のサンプルを入れ、容器を回転させて波の作用をシミュレートしました。彼らは、容器内の岩と水の比率が高いほど、また容器の回転が速いほど、より多くのシリカが溶液に溶解することを発見しました。結果を分析してアップスケールした後、彼らは3.2 ± 1.0～5.0 ± 2.0 Tmol Si yr ⁻¹の岩石起源DSiが砂浜から海洋に流入する可能性があると推定しました。これは、以前の推定値0.3 Tmol Si yr ⁻¹から大幅に増加しています。^[11]これが確認されれば、これまで無視されていた溶解したLSiの大きな流入を表します。

参照

注記

^ Tmol = テラモル =10 ¹² モル

参考文献

^ Giovan, L. (2008). 「海洋における堆積と沿岸プロセス」(PDF)。ウッズホール海洋研究所。
^ Marshak, S. (2015).地球のポートレート（第5版）. ニューヨーク市、ニューヨーク州：WW Norton and Company. ISBN 9780393937503。
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^ Schutte, CA; Ahmerkamp, S.; Wu, CS; Seidel, M.; de Beer, D.; Cook, PLM; Joye, SB (2019). 「沿岸干潟の生物地球化学的ダイナミクス」. Coastal Wetlands : 407–440. doi :10.1016/b978-0-444-63893-9.00012-5. ISBN 9780444638939. S2CID 133758401。
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^ Wollast, R., & Mackenzie, FT (1983). シリカの地球循環。SR Aston (編)、Silicon Geochemistry and Biogeochemistry (pp. 39-76)。Academic Press。

[9] Tmol = テラモル =10 ¹² モル

[1] Giovan, L. (2008). 「海洋における堆積と沿岸プロセス」(PDF)。ウッズホール海洋研究所。

[2] Marshak, S. (2015).地球のポートレート（第5版）. ニューヨーク市、ニューヨーク州：WW Norton and Company. ISBN 9780393937503。

[3] 「シリカ」。ブリタニカ百科事典。1998年。

[4] Schutte, CA; Ahmerkamp, S.; Wu, CS; Seidel, M.; de Beer, D.; Cook, PLM; Joye, SB (2019). 「沿岸干潟の生物地球化学的ダイナミクス」. Coastal Wetlands : 407–440. doi :10.1016/b978-0-444-63893-9.00012-5. ISBN 9780444638939. S2CID 133758401。

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[6] デ・トンマシ、E.;ギエリス、J.ロガト、A. (2017)。「珪藻の殻の形態形成と機能：学際的調査」。海洋ゲノミクス。35 : 1-18. Bibcode :2017MarGn..35....1D。土井：10.1016/j.margen.2017.07.001。hdl : 10067/1445460151162165141。PMID 28734733。

[7] Schutte, CA, Ahmerkamp, S., Wu, CS, Seidel, M., de Beer, D., Cook, PLM, & Joye, SB (2019). 沿岸干潟の生物地球化学的ダイナミクス。沿岸湿地、407–440。doi:10.1016/b978-0-444-63893-9.00012-5

[Treguer2013-8] Tréguer, PJ; De La Rocha, CL (2013). 「世界の海洋シリカ循環」. Annual Review of Marine Science . 5 (1): 477–501. doi :10.1146/annurev-marine-121211-172346. PMID 22809182.

[10] 色のついた雨は、多くの場合、塵から始まる。（2013年5月29日）。2020年9月30日閲覧、https://earthobservatory.nasa.gov/images/81276/colored-rains-often-begin-with-dustより

[11] Fabre, S., Jeandel, C. , Zambardi, T., Roustan, M., & Almar, R. (2019). 現代の海洋の見落とされたシリカ源：砂浜が鍵か？Frontiers in Earth Science、7. doi:10.3389/feart.2019.00231

[12] Wollast, R., & Mackenzie, FT (1983). シリカの地球循環。SR Aston (編)、Silicon Geochemistry and Biogeochemistry (pp. 39-76)。Academic Press。