Loading article…
砂は、細かく砕かれた鉱物粒子からなる粒状物質です。砂は様々な組成を持ちますが、通常は粒径によって定義されます。砂粒は砂利よりも小さく、シルトよりも粗いです。砂は土壌のテクスチャ分類または土壌タイプを指す場合もあります。つまり、質量比で85パーセント以上が砂サイズの粒子を含む土壌です。[ 2 ]
砂の組成は、地域の岩石源や条件によって異なりますが、内陸の大陸環境や非熱帯の沿岸環境で最も一般的な砂の成分はシリカ（二酸化ケイ素、またはSiO 2 ）であり、通常は石英の形で存在します。
炭酸カルシウムは、砂の2番目に一般的な種類です。その一例がアラゴナイトで、これはサンゴや貝類 など、さまざまな生物によって過去5億年にわたって生成されてきました。カリブ海のように、何百万年もの間サンゴ礁が生態系を支配してきた地域では、アラゴナイトが主要な砂の形態となっています。ややまれに、砂は硫酸カルシウム（石膏や亜セレン酸塩など）で構成されている場合もあります。これは、米国のホワイトサンズ国立公園やソルトプレーンズ国立野生生物保護区などで見られます。
砂は人間の時間スケールでは再生不可能な資源であり、コンクリート製造に適した砂は需要が高い。[ 3 ]砂漠の砂は豊富にあるが、コンクリートには適していない。毎年500億トンの海岸砂と化石砂が建設に使用されている。[ 4 ]
砂の正確な定義は様々です。工学や地質学で使用される科学的な統一土壌分類システムは、米国標準ふるいに対応しており、砂を直径が0.074～4.75ミリメートルの粒子と定義しています。 [ 5 ]地質学者が使用する粒子サイズに関する別の定義では、砂粒子の直径は0.0625 mm（または1/16 mm）で体積が約0.00012立方ミリメートルから2 mmで体積が約4.2立方ミリメートルまでで、体積の差は34,688単位の差です。[ 6 ]このサイズの範囲内にある粒子はすべて砂粒と呼ばれます。砂粒は、砂利（後者のシステムでは粒子が 2 mm から 64 mm まで、前者では4.75 mm から 75 mm まで）とシルト（粒子が 0.0625 mm より小さく、0.004 mm まで）の中間に位置します。砂と砂利の粒径の仕様は 1 世紀以上にわたって一定ですが、20 世紀初頭に使用されていたアルバート・アッターバーグの基準では、0.02 mm という小さな粒子径も砂とみなされていました。紀元前 240 年頃に書かれたアルキメデスの砂粒計算書では、直径0.02 mm の砂粒が描かれています。1938 年の米国農務省の仕様では 0.05 mm でした。[ 7 ] 1953 年に米国州道路交通局協会が発行した工学規格では、砂の最小サイズを 0.074 mm に設定しました。砂は指でこするとザラザラした感触です。それに比べて、シルトは小麦粉のような感触です。
ISO 14688 では、砂を細粒、中粒、粗粒に分類し、その範囲は 0.063 mm ～ 0.2 mm、0.63 mm ～ 2.0 mmです 。米国では、砂は一般的にサイズに基づいて 5 つのサブカテゴリに分けられます。極細砂 (直径1/16 ～ 1/8 mm )、細砂 ( 1/8 mm～1/4 mm )、中砂 ( 1/4 mm～1/2 mm )、粗砂 ( 1/2 mm～ 1 mm )、極粗砂 (1 mm ～ 2 mm)。これらのサイズは、クルムバインの phi スケールに基づいており、サイズはΦ = -log 2 D で表されます。D は mm 単位の粒子サイズです。このスケールでは、砂の場合、Φ の値は -1 から +4 まで変化し、サブカテゴリ間の区分は整数です。
内陸の大陸環境や非熱帯の沿岸環境における砂の最も一般的な構成要素はシリカ（二酸化ケイ素、またはSiO 2 ）であり、通常は石英の形で存在し、化学的に不活性で非常に硬いため、風化に最も強い鉱物です。
鉱物砂の組成は、地域の岩石源や条件によって大きく異なります。熱帯および亜熱帯の沿岸地域で見られる明るい白色の砂は、石灰岩が侵食されたもので、他の有機物または有機物由来の破片に加えて、サンゴや貝殻の破片が含まれている場合があり、砂の形成には生物も関わっていることを示唆しています。[ 8 ]ニューメキシコ州のホワイトサンズ国立公園の石膏砂丘は、明るい白色で有名です。アルコースは、長石を多く含む砂または砂岩で、 (通常は近くにある)花崗岩の露頭の風化と侵食によって生成されます。砂の中には、磁鉄鉱、緑泥石、緑泥石、または石膏を含むものがあります。磁鉄鉱を多く含む砂は、火山性玄武岩や黒曜石由来の砂と同様に、暗色から黒色です。緑泥石と緑泥石を含む砂は、一般的に緑色で、カンラン石を多く含む玄武岩溶岩由来の砂も同様です。多くの砂、特に南ヨーロッパに広く分布する砂は、石英結晶の中に鉄の不純物を含んでいるため、濃い黄色を呈する。一部の地域では、砂の堆積物にガーネットやその他の耐腐食性鉱物、さらには小さな宝石が含まれていることもある。
岩石は、主に水と風によって長い時間をかけて侵食または風化し、その堆積物は下流に運ばれます。これらの堆積物は、細かい砂粒になるまでさらに細かく砕かれていきます。堆積物の起源となった岩石の種類と環境の強度によって、砂の組成は異なります。砂を形成する最も一般的な岩石は花崗岩で、花崗岩では長石鉱物が石英よりも速く溶解するため、岩石が細かく砕けます。エネルギーの高い環境では、岩石はより穏やかな環境よりもはるかに速く砕けます。花崗岩では、長石鉱物が溶解する時間が短いため、砂の中に長石鉱物が多く含まれます。風化によって形成された砂は「砕屑性砂」と呼ばれます。[ 9 ]
河川の砂は、河川自体またはその氾濫原から採取され、建設業界で使用される砂の大部分を占めています。このため、多くの小河川が枯渇し、環境問題や周辺地域の経済的損失を引き起こしています。このような地域での砂の採取速度は、砂の補充速度をはるかに上回っており、再生不可能な資源となっています。[ 10 ]
砂丘は乾燥した環境や風による堆積の結果です。サハラ砂漠は地理的な位置と赤道に近いことから非常に乾燥しています。広大な砂丘で知られていますが、これは主に植生と水が不足しているために存在します。時間が経つにつれて、風は粘土や死んだ有機物などの細かい粒子を吹き飛ばし、砂と大きな岩だけを残します。サハラ砂漠のわずか15%が砂丘で、70%はむき出しの岩です。[ 11 ]風はこれらの異なる環境を作り出し、砂を丸く滑らかに形作ります。これらの特性により、砂漠の砂は建設には使用できません。[ 12 ]
ビーチの砂も侵食によって形成されます。何千年もの間、波の絶え間ない動きによって海岸線近くの岩が侵食され、堆積物が積み重なります。風化や河川の堆積もビーチの形成を加速させ、海洋生物が岩に付着した藻類を食べるなどして岩と相互作用することもビーチの形成を促します。十分な量の砂が堆積すると、ビーチはそれ以上の土地の侵食を防ぐ障壁として機能します。この砂は角張っていて様々な大きさであるため、建設に最適です。[ 13 ]
海洋砂（または海砂）は、海に運ばれた堆積物と海底岩の浸食によって形成されます。砂層の厚さは様々ですが、陸地に近いほど砂が多くなるのが一般的です。このタイプの砂は建設に最適で、非常に価値の高い商品です。ヨーロッパは海洋砂の主要な採掘国であり、生態系や地元の漁業に大きな被害を与えています。[ 10 ]
個々の砂粒を研究することで、砂粒の起源や輸送方法に関する多くの歴史的情報を明らかにすることができます。[ 14 ]花崗岩や片麻岩の石英結晶から最近風化した石英砂は角張っています。地質学ではグリュス、建築業界ではコンクリートに好んで使われるシャープサンド、園芸では粘土質の土壌をほぐす土壌改良材として使われます。水や風によって長距離運ばれた砂は丸みを帯び、砂粒の表面に特徴的な摩耗パターンが見られます。砂漠の砂は一般的に丸みを帯びています。
建設業界、例えばコンクリートの製造に適した砂は限られています。砂漠の砂粒は風に吹かれて丸みを帯びているため、海の粗い砂とは異なり、固いコンクリートを作ることができません。人口と都市の増加、それに伴う建設活動により、これらの特殊な種類の砂に対する需要が非常に高く、天然資源は枯渇しつつあります。2012年、フランスの監督デニス・デレストラックは、建設用砂の不足の影響に関するドキュメンタリー映画「サンド・ウォーズ」を制作しました。この映画は、建設用砂の合法および違法な取引がもたらす生態学的および経済的影響を示しています。[ 18 ] [ 19 ] [ 20 ]
砂を採取するには、水力浚渫法が用いられます。この方法は、水面から数メートルの砂を汲み上げ、船に積み込み、陸地へ運んで処理するというものです。採取された砂に混ざった海洋生物はすべて死滅し、採掘完了後も生態系は何年も苦しみ続ける可能性があります。これは海洋生物だけでなく、人命の損失による地元の漁業や、水辺近くに住むコミュニティにも影響を与えます。砂が水から取り除かれると、地滑りのリスクが高まり、農地の喪失や住居の損傷につながる可能性があります。[ 21 ]
砂の用途が多岐にわたるため、大規模な浚渫産業が必要となり、魚の減少、地滑り、洪水などの環境問題が懸念されている。[ 22 ]中国、インドネシア、マレーシア、カンボジアなどの国は、これらの問題を主な理由として砂の輸出を禁止している。[ 23 ]砂と砂利の年間消費量は400億トンと推定され、砂は700 億米ドル規模の世界的な産業である。[ 24 ]使用量の増加に伴い、リサイクルや砂の代替品から得られるものが増えると予想される。[ 25 ]
2017年の世界の砂の需要は95億5000万トンで、995億ドルの産業の一部でした 。[ 26 ] 2022年4月、国連環境計画（UNEP）は、毎年500億トンの砂と砂利が使用されているという報告書を発表しました。この報告書は、危機を回避し、 2つの資源の循環型経済に向けて移行するために、海岸採掘の禁止を含む10の勧告を行いました。 [ 27 ] [ 28 ]
砂は一般的に無毒ですが、サンドブラストなどの砂を使用する作業には注意が必要です。サンドブラストに使用されるシリカ砂の袋には、発生する微細なシリカ粉塵を吸い込まないように呼吸保護具を着用するよう警告するラベルが貼られています。シリカ砂の安全データシートには、「結晶性シリカの過剰な吸入は深刻な健康上の問題である」と記載されています。[ 29 ]
間隙水圧が高い場所では、砂と塩水が混ざり合って流砂が形成されることがあります。流砂は液体のように振る舞うコロイド状のハイドロゲルです。流砂に捕まった生物にとって、脱出は非常に困難な障壁となり、多くの場合、水没ではなく露出によって死に至ります。
人々はレクリエーション目的で砂浜に穴を掘ることがあるが、深すぎると崩落時に重傷や死亡事故につながる可能性がある。[ 30 ]
人造砂（M砂）は、岩石から人工的なプロセスで作られた砂で、通常はセメントやコンクリートの建設目的で使用されます。川砂とは異なり、より角張っており、性質も多少異なります。[ 31 ]
アラブ首長国連邦のドバイでは、インフラを建設しドバイ諸島を造成するために必要な砂が地元の供給量を超え、オーストラリアからの砂が必要となった。人工島には8億3500万トン以上の砂が必要となり、費用は260億米ドルを超えた。[ 32 ]
地球科学ポータル