珪化木

珪化木とは、陸上植物の化石化した残骸である、特殊なタイプの化石化した木材に付けられた名称です。珪化（古代ギリシャ語のπέτρα、「岩」または「石」を意味する）は、樹木または樹木のような植物が、鉱化作用と置換を含むことが多い鉱化作用によって石に置き換えられた結果です。^{[ 1 ]}細胞壁を構成する有機物質は、鉱物（主にオパール、玉髄、または石英の形のシリカ）で複製されています。場合によっては、茎組織の元の構造が部分的に保持されていることがあります。通常は印象または圧縮である他の植物化石とは異なり、珪化木は元の有機物質の三次元表現です。

石化プロセスは、木材が水や火山灰に埋もれると地下で起こります。水の存在は酸素の利用可能性を低下させ、細菌や菌類による好気性分解を阻害します。堆積物中を流れる鉱物を含んだ水は、鉱物が溶液から沈殿して細胞の内部やその他の空隙を満たすときに起こる鉱化作用につながる可能性があります。置換中、植物の細胞壁は鉱化作用のテンプレートとして機能します。^{[ 2 ]}セルロースとリグニンの分解と、細胞の詳細が忠実に保存される鉱物テンプレートとの間にバランスが必要です。有機物の大部分は分解されることが多いですが、リグニンの一部は残る可能性があります。^{[ 3 ]}オパールAの形のシリカは、温泉環境では比較的早く木材を覆って浸透することができます。^{[ 4 ]}しかし、珪化木は、デルタや氾濫原の細かい堆積物、あるいは火山泥流や火山灰層に埋もれた木と最も一般的に関連付けられています。^{[ 5 ] [ 6 ]}このような物質が珪化した森林は、珪化林として知られるようになります。

珪化木は、植物の木質の茎が溶解した鉱物で飽和した湿った堆積物に埋まると形成されます。酸素が不足すると木材の腐敗が遅くなり、鉱物が細胞壁を置き換え、木材の空隙を埋めることができます。^{[ 2 ] [ 1 ]}

木材は主にホロセルロース（セルロースとヘミセルロース）とリグニンで構成されています。これらの物質を合わせると、木材の乾燥成分の95%を占めます。そのほぼ半分はセルロースで、木材の強度の大部分を担っています。セルロースは、重合したグルコースの長い鎖がミクロフィブリルに配列したもので、木材の細胞壁を強化しています。ヘミセルロースは、さまざまな単糖の分岐ポリマーで、広葉樹の残りの成分の大部分を占め、フェニルプロパンのポリマーであるリグニンは、針葉樹に多く含まれています。ヘミセルロースとリグニンは、セルロースのミクロフィブリルを覆い、強化します。^{[ 2 ]}

枯れ木は通常、ホロセルロースから始まり、微生物によって急速に分解されます。リグニンは疎水性（水をはじく性質）で、分解速度ははるかに遅いです。分解速度は温度と水分含有量によって影響を受けますが、酸素の排除が木材組織を保存する上で最も重要な要素です。リグニンを分解する生物は、生命活動に酸素を必要とするためです。その結果、始新世（約5600万年前以上）より古い化石木材は、ホロセルロースをほぼすべて失い、リグニンだけが残っています。微生物による分解に加えて、アルカリ性環境に埋まった木材は、アルカリとの無機反応によって急速に分解されます。^{[ 2 ]}

木材は泥、特に火山灰から形成された泥に急速に埋没することで分解から保護される。^{[ 7 ]}その後、木材は鉱物化して石に変化する。鉱物化していない木材は古生代の地層、特にベレア砂岩のカリキシロンから発見されているが、これは非常に珍しい。珪化木は後に周囲の堆積物の浸食によって露出する。鉱物化していない化石木材は浸食によって露出すると急速に破壊されるが、珪化木は非常に耐久性がある。^{[ 2 ]}

珪化木には約40種類の鉱物が確認されていますが、シリカ鉱物が圧倒的に重要です。方解石や黄鉄鉱ははるかに少なく、その他は非常にまれです。シリカは水素結合によって細胞壁のセルロースに結合し、一種のテンプレートを形成します。その後、セルロースが分解されるにつれて追加のシリカがセルロースを置き換えるため、細胞壁はしばしば非常に詳細に保存されます。^{[ 2 ]}このように、珪化は細胞壁内で始まり、細胞内および細胞間の空間はより徐々にシリカで満たされます。^{[ 1 ] [ 8 ] [ 9 ]}時間の経過とともに、元の有機物のほとんどすべてが失われ、珪化木には約10%しか残りません。^{[ 2 ] [ 1 ]}残った物質はほぼ純粋なシリカで、鉄、アルミニウム、アルカリ金属およびアルカリ土類金属元素のみが微量より多く存在します。鉄、カルシウム、アルミニウムが最も一般的で、これらの元素の1つ以上が組成の1%以上を占める場合があります。^{[ 2 ]}

シリカが最初にどのような形態をとるのかは、依然として研究の対象となっている。オパールとして最初に堆積し、その後長い時間をかけて石英に結晶化するという証拠がある。 ^{[ 2 ] [ 9 ]}一方、シリカが直接石英として堆積するという証拠もある。^{[ 8 ]}

シリカを豊富に含む温泉では、木材は数百年かけて珪化します。^{[ 10 ]}このような環境で珪化した木材は地質記録のごく一部にすぎませんが、^{[ 2 ]}温泉堆積物は、繊細な植物の部分を非常に詳細に保存している場合があるため、古生物学者にとって重要です。これらのラガーシュテッテ堆積物には、陸上植物の進化の初期段階を記録している古生代のライニーチャート層とイーストカークトン石灰岩層が含まれます。^{[ 11 ]}

珪化木の色のほとんどは微量金属に由来する。中でも鉄が最も重要であり、その酸化状態によって様々な色合いを生み出す。クロムは鮮やかな緑色の珪化木を生み出す。色の変化は、おそらく異なる鉱化作用のエピソードを反映している。場合によっては、微量金属のクロマトグラフィー分離によって変化が生じることもある。^{[ 12 ]}

木材は、石炭層の団塊に見られるように、方解石によって石化することもある。方解石によって石化した木材は、元の有機物をより多く保持する傾向がある。石化は、細胞壁への針鉄鉱の沈着から始まり、続いて空隙への方解石の沈着が起こる。^{[ 13 ]}炭化した木材は珪化作用に抵抗性があり、通常は他の鉱物によって石化する。^{[ 1 ]}シリカ以外の鉱物によって石化した木材は、ウラン、セレン、ゲルマニウムなどの重金属を蓄積する傾向があり、ウランはリグニンを多く含む木材に最も多く、ゲルマニウムは石炭層に保存された木材に最も多く見られる。化石化した木材では、ホウ素、亜鉛、リンが異常に少なく、これらは微生物によって溶脱または除去されたことを示唆している。^{[ 2 ]}

まれに、珪化木中の置換鉱物は輝銅鉱やその他の硫化物鉱物である。これらは、ニューメキシコ州キューバ近郊のナシミエント鉱山などの場所で銅鉱石として採掘されてきた。^{[ 14 ]}

珪化木は宝飾品には用途が限られているが、主にブックエンド、テーブルトップ、時計の文字盤、その他の装飾品などの装飾品として使用されている。^{[ 16 ]}化石の森国立公園近くの先祖プエブロ人の建造物の多くは、アゲートハウスプエブロを含め、珪化木で建てられている。^{[ 17 ]}珪化木はニューエイジのヒーリングにも使用されている。^{[ 18 ] [ 19 ]}

珪化木は、木本植物が初めて陸地に現れたデボン紀（約3億9000万年前）から現在に至るまでの堆積層で世界中に見られます。珪化「森林」は、火山噴火によって埋没した生態系全体（幹が成長した場所に残っていることが多い）か、河川環境で流木が堆積したもののどちらかです。イエローストーン国立公園のアメジストリッジには、噴火によって埋没した27の連続した森林生態系が見られ、化石の森国立公園は、河川で堆積した流木の特に優れた例です。^{[ 2 ]}

火山灰は、風化する際に大量のシリカが放出されるため、木材の保存に特に適しています。堆積層に珪化木が存在することは、風化した火山灰の存在を示すことが多いです。^{[ 5 ]}珪化木は、長石やその他の鉱物が豊富に含まれているアルコース質の堆積物でも形成され、これらの鉱物は分解する際にシリカを放出します。石炭紀からペルム紀にかけての温暖なスーパーモンスーン気候は、このプロセスを促進したようです。火山灰層における珪化林の保存は気候の影響を受けにくく、より多様な種が保存されます。^{[ 20 ]}

化石化した樹木が多数存在する地域には、以下のような場所がある。

アフリカ

• エジプト – カイロ・スエズ道路沿いの化石の森は、環境省によって国家保護区に指定されており、ニューカイロのナスルシティ拡張地区、エル・カッタミヤ、エル・マーディ地区近郊、アル・ファラフラ・オアシスにも化石の森がある。^{[ 21 ]}
• マダガスカル – 北西海岸^{[ 22 ]}
• ナミビア –ダマラランドの化石の森
• スーダン –エル・クル北部の化石の森^{[ 23 ]}

北米

• カナダ –アルバータ州南部のバッドランド。珪化木はアルバータ州の州石である。ヌナブト準州のアクセル・ハイバーグ島には大きな珪化林がある。エドモントン周辺、ノースサスカチュワン川の周辺。ニューファンドランド州スティーブンビルのブランシュ・ブルックには3億500万年前の例がある。^{[ 34 ]}
• アメリカ合衆国
  • サウスダコタ州レモンにある化石木材公園
  • ワシントン州のギンコ/ワナプム州立公園
  • アリゾナ州の化石の森国立公園
  • カリフォルニアの化石の森
  • ミシシッピ州フローラにあるミシシッピ化石の森
  • チェロキー牧場の化石の森^{[ 35 ]}
  • コロラド州フロリサント近郊のフロリサント化石層国定公園
  • イエローストーン化石の森とギャラティン化石の森、イエローストーン国立公園、ワイオミング州
  • ノースダコタ州メドラ郊外にあるセオドア・ルーズベルト国立公園の南部地区
  • ニューヨーク州のギルボア化石の森
  • アセンズ郡、シーザークリーク、ヒューストンウッズ、オハイオ州^{[ 36 ]}
  • サウスダコタ州のブラックヒルズ化石の森
  • ユタ州のエスカランテ化石の森州立公園
  • オレゴン州メドフォード近郊、アッパー・ローグ川渓谷にあるアゲート砂漠
  • ニューヨーク州カイロ近郊のキャッツキル地方にある化石の森^{[ 37 ]}
  • ネバダ州のバレー・オブ・ファイア州立公園
  • ニューメキシコ州のビスティ・バッドランズ
  • バージニア州のプリンス・ウィリアム森林公園^{[ 38 ]}

南アメリカ

• アルゼンチン –アルゼンチン・パタゴニア地方のサンタクルス州にあるサルミエント化石の森とハラミージョ化石の森には、直径が3メートル（9.8フィート）以上、長さが30メートル（98フィート）を超える木が多数存在する。^{[ 39 ]}    
• ブラジル：
  • パレオロタのジオパークには、化石化した木々が広がる広大なエリアがある。^{[ 40 ]}
  • ヘリテージフォレストにて
  • トカンチンス州の化石樹木自然記念物（ Monumento Natural das Árvores Fossilizadas）ディクソニア科（特にPsaroniusとTietea）およびアルトロピテスの化石化した森林
  • ディクソニア科（特にPsaroniusとTietea singularis ）とアルトロピティスの化石林もサンパウロ州で見られる^{[ 41 ] 。}
  • ペルム紀のリオ・ポティ、ピアウイ、近くのフロレスタ・デ・テレシナの化石（約2億8,000万年から2億7,000万年前）。
• エクアドル –プヤンゴ化石の森– 世界最大級の珪化木群の一つ。^{[ 42 ]}

• アンバー
• アメジストマウンテン
• アロウカリオキシロン・アリゾニクム
• 化石化した木材
• ジェット（宝石）
• パルモキシロン（化石化したヤシの木）
• 水没林
• ウッドオパール

• レスボス島の化石の森 - 保護された自然記念物
• ノヴァ・パカ市立博物館
• ミシシッピ州の化石の森
• アメリカにおけるレクリエーションと余暇の百科事典