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蛇紋岩土壌は、ペリドタイトなどの超苦鉄質岩や、蛇紋岩などの変成岩が風化してできた珍しい土壌です。より正確には、蛇紋岩土壌には、蛇紋岩亜群の鉱物、特にアンチゴライト、リザルダイト、クリソタイル（白石綿）が含まれており、これらはすべて超苦鉄質岩によく見られる鉱物です。「蛇紋岩」という用語は、土壌の種類と、その母材となる鉱物群の両方を指すのに一般的に用いられます。
蛇紋岩土壌は独特の化学的および物理的特性を示し、一般的に農業には不向きな土壌とみなされています。鉄分が多く有機物が少ないため、土壌の色は赤褐色または灰色であることが多いです。地質学的には、蛇紋岩の基盤岩がある地域は、特徴的に急峻で岩が多く、浸食されやすいため、多くの蛇紋岩土壌はかなり浅くなっています。[ 1 ]浅い土壌とまばらな植生は、土壌温度の上昇[ 2 ]と乾燥した状態につながります。[ 1 ]超塩基性起源のため、蛇紋岩土壌はカルシウムとマグネシウムの比率が低く、窒素（N）、リン（P）、カリウム（K）などの多くの必須栄養素のレベルも低くなっています。蛇紋岩土壌には、クロム、鉄、コバルト、ニッケルなどの重金属が高濃度で含まれています。[ 3 ]これらの要因が合わさって、蛇紋岩土壌に生息する植物にとって深刻な生態学的課題が生じます。
蛇紋岩は、カンラン石を多く含むかんらん岩が水と変成反応を起こして形成された変成火成岩です。蛇紋岩は、まだら模様の緑灰色または青灰色を呈し、触ると蝋のような質感を持つことが多いです。この岩石には、天然のアスベストの一種であるクリソタイルの白い筋がしばしば見られます。アスベストは、粉塵を長期間吸入することで中皮腫などの様々な健康被害を引き起こすことが知られています。蛇紋岩土壌での作業や、砕いた蛇紋岩の取り扱いには十分注意が必要です。
蛇紋岩は、地球表面近くの海洋地殻、特に中央海嶺付近の冷却中の岩石中で水が循環する場所で形成されることが最も多い。その結果生じる超苦鉄質岩の塊は、現在および過去のプレート境界付近の大陸地殻に組み込まれたオフィオライト中に見られる。
蛇紋岩は超苦鉄質岩から派生したものです。超苦鉄質岩とは、鉄またはマグネシウム鉱物を70%以上含む火成岩または変成岩のことです。[ 4 ]
蛇紋岩土壌は地球上に広く分布しており、その分布はオフィオライトの分布と部分的に一致している。バルカン半島、トルコ、ニューファンドランド、キプロス島、アルプス、キューバ、ニューカレドニアには蛇紋岩土壌の露頭がある。[ 2 ]北米では、蛇紋岩土壌の大部分はカリフォルニア州にあるが、米国東部のアパラチア山脈の東斜面にも、小規模ながら広範囲に分布する蛇紋岩が存在する。 [ 5 ]
生態学的に、蛇紋岩土壌には主に3つの特徴があります。植物の生産性が低いこと、固有種の割合が高いこと、そして近隣地域とは異なる植生タイプであることです。[ 6 ]
蛇紋岩の植物群落は、湿った沼地や湿原から岩だらけの荒地まで多岐にわたり、そのような貧弱な土壌の厳しい環境条件に耐えることができなければなりません。そのため、蛇紋岩土壌に隣接する非蛇紋岩土壌地域とは大きく異なることがよくあります。[ 4 ]蛇紋岩土壌で見られる植物の種類には、しばしば共通の栄養特性があります。それらは、水分保持と日光反射を可能にする鈍いワックス状の灰緑色の葉（Eriogonum libertiniに見られる）を持ち、「矮小な」成長習性を示します。[ 7 ]その他の表現型特性としては、色素沈着した茎（ Streptanthus howelliiに見られる）や、 Darlingtonia californicaに見られるような食虫性などが挙げられます。一般的な蛇紋岩耐性植物の例としては、グレーパイン（Pinus sabiniana）、ジェフリーパイン（Pinus jeffreyi）、カリフォルニアライラック（Ceanothus sp.）、マンザニータ（Arctostaphylos sp.）、ライブオーク（Quercus sp.）、カリフォルニアレッドバッド（Cercis occidentalis）、カリフォルニアバックアイ（Aesculus californica）、カリフォルニアローレル（ベイツリー）（Umbellularia californica）、そしてシダ類のAspidotis densaとPolystichum lemmoniiなどがあります。
蛇紋岩土壌の地域には多様な植物が生息しており、その多くはAcanthomintha duttonii、Pentachaeta bellidiflora、Phlox hirsutaなどの希少種または絶滅危惧種である。カリフォルニアでは、蛇紋岩に関連する分類群の 45% が希少種または絶滅危惧種である。[ 8 ]カリフォルニアでは、レザーオーク ( Quercus durata ) やコーストホワイトリーフマンザニータ ( Arctostaphylos viscida ssp. pulchella )などの低木が蛇紋岩土壌の典型である。[ 4 ]
蛇紋岩土壌がもたらす化学的および物理的な課題を克服するために、植物は干ばつ、重金属、および限られた栄養素に対する耐性を発達させてきました。[ 4 ]カルシウムとマグネシウムの比率が低いと、根の成長と活動が制限され、細胞膜が弱くなり、必須栄養素の吸収が減少します。[ 9 ]マグネシウムが多い土壌への適応メカニズムは、より多くの資源を深く伸びる根に配分することです。[ 7 ]重金属は成長を阻害し、鉄欠乏症を引き起こし、クロロシスを引き起こし、根の発達を制限します。[ 9 ] [ 7 ]重金属に対する複数の適応メカニズムには、根による吸収を制限することによる金属の排除、さまざまな器官での金属の区画化、または毒性耐性の発達が含まれます。[ 7 ]窒素が乏しい場所では、植物への生理的影響には、タンパク質合成の障害、クロロシス、葉の膨圧の低下、葉と分げつの数の減少、成長速度の低下、および種子収量の低下が含まれます。[ 9 ]リンのレベルが低いと、窒素のレベルが低い場合と同様の影響が生じますが、種子のサイズが小さくなり、根と地上部の比率が低下し、水分ストレスが増加します。[ 9 ]土壌水分が低いと、栄養素の吸収と輸送が減少し、気孔の開口が減少し、光合成能力が低下し、植物の成長と生産性も低下します。[ 9 ]蛇紋岩植物は、水と栄養素の吸収を促進するために、発達した根系を持っています。[ 7 ]例えば、Noccaea fendleri (別名 Fendler's penny grass) はニッケルの超蓄積植物であり、Sedum laxum は多肉性を示します。場合によっては、蛇紋岩耐性外生菌根菌との共生が、蛇紋岩上の土壌ストレスに対する植物の適応を促進します。[ 7 ]
蛇紋岩土壌への適応は複数回進化してきた。[ 7 ] [ 4 ] [ 1 ] [ 10 ]蛇紋岩耐性植物は非蛇紋岩植物よりも進化的に若い。[ 11 ]蛇紋岩群集の不均一性とパッチ状の分布は遺伝子流動を制限するが、種分化と多様化を促進する。[ 11 ]生息地の不均一性は、このシステムの固有性と生物多様性のレベルに重要な貢献をしている。パッチ状の分布は蛇紋岩群集の高い種分化率に起因するが、これには多くの課題がある。供給源や他の集団からの空間的隔離は遺伝子流動を制限し、[ 4 ]これらの集団は変化する環境条件に対して脆弱になる可能性がある。さらに、非蛇紋岩群集との間で高い遺伝子流動があり、遺伝子型の汚染、交雑、生存不能な子孫を引き起こす可能性がある。[ 4 ]
蛇紋岩土壌で生き残る独特な植物は、バイオレメディエーションの一種であるファイトレメディエーションのプロセスで利用されてきた。これらの植物は高濃度の重金属に対する特殊な適応を発達させてきたため、汚染された土壌から重金属を除去するために利用されてきた。[ 12 ]
蛇紋岩地帯は、アメリカ合衆国の一部、カリフォルニア州、オレゴン州、ワシントン州のアパラチア山脈と海岸山脈の小さく広く分布する地域に見られる独特な生態地域です。[13] 蛇紋岩地帯は、水（氷河を含む）や風（黄土、砂、火山灰を運ぶ）によって運ばれる、超塩基性ではない栄養豊富な物質が大量に堆積したことのない超塩基性地域で特に発生しやすいです。カリフォルニア州では、州の植物の 10% が蛇紋岩地帯固有種です。蛇紋岩地帯は、変質した超塩基性オフィオライトの露頭に発生します。
それらは蛇紋岩グループの鉱物にちなんで名付けられており、鉄、クロム、ニッケル、コバルトの濃度が異常に高い蛇紋岩土壌を形成します。カリフォルニア州グラスバレーのような蛇紋岩地帯は、通常であれば森林が生育する気候の地域に草原やサバンナが広がっていることがよくあります。 [ 14 ]
蛇紋岩土壌は、作物や牛の放牧地を支えるように改良することができます。これは、石膏などの可溶性カルシウム担体を土壌に加えることによって行うことができます。石膏やその他のカルシウム化合物を加えることで、カルシウムとマグネシウムの比率をより好ましいものにすることができ、植物栄養素のバランスを改善できます。しかし、これは放牧牛に潜在的な影響を与える可能性があります。医学と生物学における微量元素ジャーナルの記事では、放牧動物の20%が腎臓に毒性レベルのニッケルを、32%が肝臓に毒性レベルの銅を持っていることが明らかになりました。[ 15 ]これが牛肉の消費に関連して人間の健康に潜在的に悪影響を与えるかどうかを確認するには、さらなる研究が必要です。
メリーランド州ボルチモア郡にあるソルジャーズ・ディライト自然環境保護区は、1,900エーカーの蛇紋岩地帯を覆っています。この地域には、38種以上の希少種、絶滅危惧種、絶滅寸前種の植物のほか、希少な昆虫、岩石、鉱物が生息しています。[ 16 ]
ペンシルベニア州ランカスター郡にあるロック・スプリングス自然保護区は、ランカスター郡自然保護協会によって保護されている176エーカー（71ヘクタール）の土地で、蛇紋岩地帯の典型的な例です。元々は草原でしたが、山火事の抑制により森林に変わりました。この地帯には、希少な蛇紋岩アスター（Symphyotrichum depauperatum）のほか、多くの希少な蛾やセセリチョウが生息しています。[ 17 ]
ペンシルベニア州チェスター郡のノッティンガム公園（別名サーペンタイン・バレンズ）は、 UMCESによって国立自然ランドマーク指定に値すると、数多くの理由から推薦されました。それらの理由には、多くの希少種や固有種を支えていること、ピッチパインの完全な個体群、そして歴史的に重要な場所であることなどが含まれます。[ 14 ] 1979年以来、ネイチャー・コンサーバンシーは、この脆弱な生息地がある州境サーペンタイン・バレンズのいくつかの区画を保護および保全するために、地域社会と協力してきました。[ 18 ]
ノースカロライナ州クレイ郡のナンタハラ国有林にあるバッククリーク蛇紋岩地帯もその一例です。主な岩石は蛇紋岩化したダナイトとオリビンで、土壌の深さは0～60センチメートル（0～24インチ）と様々で、岩の露頭が地域の景観の5～10%を占めています。この群落の米国国立植生分類は「サザンブルーリッジ超苦鉄質岩露頭地帯」で、バッククリーク地域特有のものと考えられています。1995年、米国森林局は、主に計画的な制御された野焼きによって、この地域の積極的な保全管理を開始しました。これは、手作業による被覆除去と相まって、以前はまばらだった種の個体群の再生に成功しています。20種以上の保全リストに掲載されている植物種に加えて、リアノンアスター（Symphyotrichum rhiannon）は2004年に記載され、この地帯の固有種です。[ 19 ]