軽石

軽石（/ ˈpʌmɪs /）は、粉末状または粉塵状では軽石質と呼ばれる火山岩で、非常に多孔質で粗い質感の火山ガラスからなり、結晶を含む場合と含まない場合がある。通常は淡色である。スコリアは、多孔質の火山岩の一種で、軽石とは異なり、多孔質の気泡が大きく、気泡の壁が厚く、色が濃く、密度が高い。^{[ 1 ] [ 2 ]}

軽石は、超高温高圧の岩石が火山から急速に噴出したときに生成されます。軽石の独特な泡状の形状は、急速な冷却と急速な減圧が同時に起こることによって生じます。減圧によって、溶岩に溶解しているガス（水やCO₂_を含む）の溶解度が低下し、ガスが急速に溶出することで気泡が発生します（炭酸飲料を開けたときに発生する_CO₂の泡のように）。冷却と減圧が同時に起こることで、気泡がマトリックス内に固定されます。軽石の砕屑物は、空気中または水中で冷却されたテフラの破片です。海底火山の噴火による軽石が水面に到達すると、水面に軽石のいかだを形成し、船舶にとって危険となる可能性があります。^{[ 3 ]}

軽石は、非常に微細な気泡を持つ火山ガラスと、非常に薄く半透明の火砕岩の気泡壁で構成されています。一般的に[4]珪長質または珪長質から中間質（流紋岩、デイサイト、安山岩、パンテッレライト、フォノライト、粗面岩など）です^が、苦鉄質では決してありません。苦鉄質の場合はスコリアまたはレティキュライトと呼ばれる岩石になります。軽石の色は一般的に淡色で、白、クリーム色、青、灰色から緑褐色、黒まで様々です。例えば、2021年の福徳岡野場噴火では、主に灰色の軽石が産出され、少量の琥珀色、茶色、黒色の軽石（包有物または個々の砕屑物）が含まれていました。黒色は、軽石全体に散在する磁鉄鉱（黒色の酸化鉄鉱物）の微細な結晶の存在によるものです。 ^{[ 5 ]}黒色の軽石は黒色のスコリアと混同されることがある。

軽石は、粘性の高いマグマから溶出した火山ガスが気泡を形成し、それがガラス状に冷える際に粘性の高いマグマ内に残ることで形成されます。軽石は、爆発的噴火（プリニー式噴火および火砕流噴火）の一般的な生成物であり、中性から珪長質の組成の海底（スルツェイアン）噴火の副産物でもあります。軽石の体積比の多孔度は64～85%で、水に浮遊し、場合によっては何年も浮いた後、最終的に水浸しになって沈みます。^{[ 6 ] [ 7 ]} 2021年の福徳岡野場（海底火山）の噴火で産出した粗面岩質軽石の多孔度は73～91%で、浮遊サンプルの平均は78%、沈没サンプルの平均は75%です。^{[ 8 ]}

気泡には主に 2 つの形態があります。ほとんどの軽石には、絹のようなまたは繊維状の構造を与えることができる管状の微小気泡が含まれています。微小気泡の伸長は、火山導管内の延性伸長、または軽石質の溶岩の場合は流動中に発生します。もう 1 つの形態の気泡は、亜球形から球形で、噴火中の高い蒸気圧によって生じます。 ^{[ 9 ]}気泡が砕屑物の長さに垂直に走っている場合、それは通常、管状軽石と呼ばれます。それは木材に非常によく似ています。^{[ 10 ]}管状軽石は、繊維状軽石、木質軽石、パイプ状軽石という用語でも知られています。

ガラス質の強い軽石は、通常、適切な結晶構造を持たないため、火山ガラスとみなされます。斑晶や微晶を多く含むことがあります。1991年にピナツボ山から噴出した白い軽石は、斑晶含有量が異常に高い軽石の例です。軽石の密度は、気泡間の固体物質の厚さによって異なり、多くのサンプルは水に浮きます。クラカタウ山の噴火後、軽石のいかだがインド洋を最大20年間漂流し、その中に木の幹が浮かんでいました。^{[ 11 ]}軽石のいかだは分散し、いくつかの海洋生物を支えています。^{[ 12 ]} 1979年、1984年、2006年には、トンガ近海での海底火山噴火により、数百キロメートルも漂流してフィジーに至った大きな軽石のいかだが形成されました。^{[ 13 ]}

ガスの量が多い場合、結果として軽石のより細かい種類である軽石質軽石が生成されます。軽石質軽石は、 4 mm (0.16インチ)未満のサイズの粒子で構成されています。^{[ 14 ]}軽石質軽石は、灰サイズの軽石粒子で、通常、プリニー式噴火または異常にマグマの破砕が激しいその他の噴火で形成されます。  

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  ガラス質の岩石物質の骨格に囲まれた多数の小胞が、軽石の多孔質性を示している。
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  後期青銅器時代の火山噴火（紀元前1600年頃）の最初の主要な段階における軽石の二層。カルデラ島テラ島／サントリーニ島の南部。下層は粒子が細かく、ほぼ白色で、他の岩石の破片は含まれていない。
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  水面に浮かぶ軽石
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  2015年6月、オーストラリア南東海岸のビーチに堆積した軽石。
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  ニュージーランド、マタトキ出土の軽石製遺物
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  1991年6月15日のピナツボ山の噴火で発生した斑状軽石
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  2021年の福徳岡野場噴火で噴出した粗面岩質軽石。表面の砕屑物の気泡構造と繊維状の質感が見られる。
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  2021年の福徳岡野場噴火で噴出した粗面岩質の軽石。明るい色の結晶の少ないガラス質の基質の中に、暗色の磁鉄鉱を多く含む包有物が存在する。
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  1986年1月20日の福徳岡野場火山の噴火で発生した軽石の塊。遠くに硫黄島南部が見える。
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  カリフォルニア州モノ郡産のガラス質軽石のサンプル（直径9cm）
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  バレス・カルデラのエル・カヘテ鉱床から落下した流紋岩質軽石
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  1080年頃のメディシンレイク火山のグラスマウンテン火口からの噴火で発生した流紋岩質の軽石の降下物

軽石は、泡状の外観を持つ火成岩です。その名前は、ラテン語のpumex (「軽石」を意味する) に由来し、^{[ 17 ]}これはラテン語のspuma ( 「泡」を意味する)と関連しています。 ^{[ 18 ]}昔は、軽石はspuma maris (ラテン語で「海の泡」を意味する) と呼ばれていました。これは、泡状の物質が固まった海の泡だと考えられていたためです。紀元前 80 年頃には、その気泡状の性質から、ラテン語でlapis spongiaeと呼ばれていました。多くのギリシャの学者は、軽石にはさまざまな起源があり、その 1 つは海のサンゴのカテゴリーに属すると考えました。^{[ 19 ]}

軽石は、大陸火山活動や海底火山活動に由来し、世界中に分布しています。浮遊石は海流によって運ばれることもあります。^{[ 20 ]}前述のように、軽石は特定の条件下での爆発的火山噴火によって生成されるため、天然の供給源は火山活動が活発な地域に存在します。軽石はこれらの地域から採掘され、輸送されます。2011年には、イタリアとトルコがそれぞれ400万トンと300万トンで軽石採掘生産をリードしました。その他、100万トン以上を生産した主要生産国は、ギリシャ、イラン、チリ、シリアでした。2011年の世界の軽石総生産量は1700万トンと推定されています。^{[ 21 ]}

軽石の採掘は、火成岩が緩い骨材の形で地表に堆積するため、他の採掘方法に比べて環境に優しいプロセスです。材料は露天掘りで採掘されます。より純度の高い軽石を得るために、機械で土壌が除去されます。スカルピングスクリーンを使用して、不純物を含む表層の軽石から有機土壌や不要な岩石をろ過します。材料は固まっていないため、爆破は必要なく、ブルドーザーやパワーショベルなどの単純な機械のみが使用されます。特定の用途にはさまざまなサイズの軽石が必要となるため、塊、粗粒、中粒、細粒、極細粒など、目的のグレードを得るために破砕機が使用されます。^{[ 32 ]}

軽石の分布、地層分布、内部構造、化学組成の詳細な研究は、火山学およびより広範な地球科学において重要な役割を果たしています。軽石にはさまざまなスケールで多様な内部構造と構成要素が存在し、それぞれが火山学者に軽石を形成した噴火に関するさまざまな情報を解読することを可能にします。最も大きなスケールから見ていくと、軽石にはしばしば多数の気泡が含まれています。気泡とは、爆発的な火山活動と豊富なガスによって軽石が形成された結果、まだ溶融状態にあった物質中に発生した気泡によって残された空隙のことです。軽石中の気泡の量と形態は、岩石を形成した噴火中の揮発性物質の溶出と脱ガスのダイナミクスを直接示す証拠となります。気泡のサイズ分布、連結性、空間配置を分析することで、火山学者は特定の噴火の歴史、様式、流動ダイナミクスを推測することができます。例えば、孤立した小胞の密度が高い場合は、急速な減圧と気泡の合体が限られていることを示唆し、これはより爆発的な噴火の特徴である一方、相互接続された小胞ネットワークは、より効率的なガスの放出とより噴出的な噴火様式を示唆する可能性がある。^{[ 33 ]}

軽石中の気泡は火山学においてそれ自体有用な情報源となるが、軽石の固体成分の大部分を占めるガラス質基質、すなわち基質もまた、研究のための豊富な情報を提供してくれる。この基質物質は、噴火と破砕の瞬間のマグマの最終的な全体組成を表す、急冷された溶融物であるガラスの微細な破片が豊富に含まれており、一種の地球化学的指紋として機能し、研究者が噴火源を特定し、マグマの進化を再構築することを可能にする。さらに、軽石基質に埋め込まれた結晶や岩片の分布と組成は、地下におけるマグマ過程の歴史を垣間見せてくれる。軽石中の鉱物集合体を注意深く分析することで、マグマ溜まりやより広範な地殻貫通型火山マグマ供給系における温度、圧力、揮発性物質含有量を決定することができる。火山学者は、軽石中の結晶サイズの分布を調べ、拡散年代測定法を用いて個々の結晶の組成ゾーニングを調べることで、単一の噴火に関わる時間スケール、すなわち噴火前にマグマ溜まりに結晶が滞留していた時間を理解することができる。 ^{[ 34 ]}火山導管の壁や母岩から由来する岩片は、噴火過程や母岩の同化作用に関する追加的な証拠を提供する。^{[ 35 ]}

最後に、最小スケールでは、溶融物中の成長する結晶内に閉じ込められ、噴出した軽石生成物中に保存された溶融包有物は、噴火前および噴火中のマグマの状態を記録したものである。これらの包有物には、ケイ酸塩溶融物、H₂OやCO₂などの揮発性物質、そして頻度は低いものの硫化物やハロゲンなど、さまざまな物質が含まれており、噴火前_のマグマ_溜まりの揮発性物質の収支や酸化還元状態に関する情報が保存されている。溶融包有物の形状、すなわち、元々は気泡状であった溶融包有物が時間の経過とともにどの程度多面体状になったかを分析することで、マグマの滞留時間や火山系の休止期間を示す追加的な年代測定法として利用できる。火山学者は、溶融包有物の化学組成と揮発性成分の詳細な分析を通じて、噴火前の地下における火山システムの状況を再現することができ、噴火過程に関する情報を提供することで、科学的研究対象としての火山噴火の理解を深めるだけでなく、火山災害対策の計画分野における科学者や政策立案者にも役立つ。このように、軽石は爆発的な火山活動の産物であるだけでなく、噴火過程とマグマの進化に関する重要な記録でもある。^{[ 36 ] [ 37 ]}

軽石は非常に軽量で多孔質で研磨性のある素材であり、建設業や美容業界、初期の医療において何世紀にもわたって使用されてきました。また、研磨剤としても使用され、特に研磨剤、鉛筆消しゴム、ストーンウォッシュジーンズの製造に使用されています。軽石は、初期の製本業界で羊皮紙や革装丁の準備にも使用されていました。^{[ 19 ]軽石は、特に水のろ過、化学物質の流出防止、セメント製造、 [ 38 ]}園芸、そしてペット産業において需要が高まっています。環境的に敏感な地域での軽石採掘は、米国オレゴン州のスリーシスターズ原生地域の南部にあるロックメサでそのような採掘作業が停止された後、より厳しく監視されるようになりました。^{[ 39 ]}

パーソナルケア

軽石は何千年もの間、パーソナルケアの材料として使われてきました。粉末状または石状で、不要な毛や皮膚を取り除くために使用できる研磨材です。古代エジプトでは、シラミを駆除し、儀式的な浄化の一環として、クリーム、カミソリ、軽石を使って全身の毛を剃ることが一般的でした。 ^{[ 40 ]}粉末状の軽石は、古代ローマの歯磨き粉の成分でした。^{[ 41 ]}爪の手入れは古代中国では非常に重要で、爪は軽石で手入れされ、軽石はたこを取り除くためにも使用されていました。

ローマの詩には、紀元前100年頃、おそらくそれ以前から軽石が死んだ皮膚の除去に使われていたことが記されている。^{[ 19 ]}それ以来、ビクトリア朝時代を含め、多くの時代を通して使われてきた。今日でも、これらの技術の多くはまだ使われており、軽石は皮膚の角質除去剤として広く使われている。脱毛技術は何世紀にもわたって進化してきたが、軽石のような研磨材もまだ使われている。「軽石」は、ペディキュアの際に、足の裏の乾燥した余分な皮膚やたこを除去するために、美容院でよく使われる。

細かく粉砕した軽石は、古代ローマ時代のように研磨剤として一部の歯磨き粉に添加されており、歯垢の蓄積を容易に除去します。しかし、このような歯磨き粉は研磨力が強すぎるため、日常的に使用することはできません。軽石は、強力なハンドクリーナー（溶岩石鹸など）にも穏やかな研磨剤として添加されています。チンチラ用の砂浴剤の中には、粉末状の軽石を配合しているものもあります。軽石を用いた昔ながらの美容法は今でも用いられていますが、より新しい代替品が入手しやすくなっています。

クリーニング

人工的に成形された軽石（柄が付いている場合もある） ^{[ 42 ]}は、家庭（浴室など）の陶器製の備品に付着した水垢、錆、硬水による輪染み、その他の汚れを除去するのに効果的な研磨ツールです。化学薬品や酢、重曹、ホウ砂などの代替手段に比べて、迅速な方法です。

• オックスフォード大学提供の軽石の画像。 2010年9月27日取得。
• Sterba, Johannes H.; Foster, Michaela; Bichler, Max; Vasilatos, Charalampos; Stamatakis, Michael G. (2010). "ギリシャの海岸とレバントの古代遺跡からの単一起源軽石の分析的同定". Hellenic Journal of Geosciences . 45 : 293–298 . hdl : 20.500.12708/168308 .
• Bathrellos, George; Vasilatos, Charalampos; Skilodimou, Hariklia; Stamatakis, Michael (2009). "ギリシャ、イオニア海、ペロポネソス半島西部の完新世堆積物における軽石に富む層の発生について。地形学的および地球化学的アプローチ" . Open Geosciences . 1 (1): 19. Bibcode : 2009CEJG....1...19B . doi : 10.2478/v10085-009-0006-7 .
• Hess Pumice ( 2020年3月14日アーカイブ) -軽石に関するホワイトペーパーと技術情報。