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鍾乳石（英: / ˈ s t æ l ə k ˌ t aɪ t /、米: / s t ə ˈ l æ k t aɪ t / ;古代ギリシャ語のσταλακτός ( stalaktós ) 「 滴る」から、σταλάσσειν ( stalássein ) 「滴る」から）[1]は、洞窟、温泉、または橋や鉱山などの人工構造物の天井から垂れ下がる鉱物の形成物です。溶解性があり、コロイドとして沈殿したり、懸濁したり、溶融したりできるあらゆる物質が鍾乳石を形成します。鍾乳石は、溶岩、鉱物、泥、泥炭、ピッチ、砂、焼結物、アンバーラト（ネズミの尿が結晶したもの）からできていると考えられる。[2] [3]鍾乳石は必ずしも洞窟生成物であるわけではないが、石灰岩の洞窟が豊富なため、洞窟生成物は最も一般的な鍾乳石の形態である。[2] [4]
洞窟の底にある対応する構造物は石筍として知られています。
形成とタイプ
石灰岩の鍾乳石
最も一般的な鍾乳石は、石灰岩の洞窟で発生する洞窟生成物です。これらは、鉱化水溶液から沈殿した炭酸カルシウムやその他の鉱物の堆積によって形成されます。石灰岩は炭酸カルシウム岩石の主な形態であり、二酸化炭素を含む水によって溶解し、洞窟内で重炭酸カルシウム溶液を形成します。[5]この反応の化学式は 次のとおりです。 [6]
- CaCO 3 (s) + H 2 O (l) + CO 2 (水溶液) → Ca(HCO 3 ) 2 (水溶液)
この溶液は岩を通り抜けて端に達し、それが洞窟の天井にある場合は滴り落ちる。溶液が空気に触れると、それを生成した化学反応が逆転し、炭酸カルシウムの粒子が沈殿する。逆反応は次のようになる。[6]
- Ca(HCO 3 ) 2 (水溶液) → CaCO 3 (水溶液) + H 2 O(l) + CO 2 (水溶液)
平均成長率は年間0.13 mm（0.0051インチ）です。最も速く成長する鍾乳石は、炭酸カルシウム（CaCO 3）と二酸化炭素（CO 2 ）を豊富に含んだ水をゆっくりと滴下し続けることで形成されるもので、年間3 mm（0.12インチ）成長します。[7] [8]滴下速度は、溶液中のCO 2が洞窟の大気中に脱ガスし、鍾乳石にCaCO 3が堆積するのに十分なほど遅くなければなりません。滴下速度が速すぎると、CaCO 3の大部分を含んだ溶液が洞窟の底に落ち、そこで脱ガスが起こり、CaCO 3が石筍として堆積します。
すべての石灰岩の鍾乳石は、ミネラルを含んだ一滴の水から始まります。水滴が落ちると、方解石の最も薄い輪が堆積します。その後に形成されて落ちる各水滴は、別の方解石の輪を堆積します。最終的に、これらの輪は非常に細い (直径約 4 ～ 5 mm) 中空の管を形成し、一般に「ソーダ ストロー」鍾乳石として知られています。ソーダ ストローはかなり長く成長しますが、非常に壊れやすいです。破片で詰まると、水が外側に流れ始め、より多くの方解石が堆積して、より一般的な円錐形の鍾乳石が形成されます。
鍾乳石の形成は、通常、広い範囲で始まり、ミネラル豊富な水が流れる複数の経路があります。1 つのチャネルでミネラルが他の競合するチャネルよりもわずかに多く溶解すると、支配的なチャネルが利用可能な水をどんどん引き込み始め、その成長が加速し、最終的に他のすべてのチャネルが閉塞します。これが、鍾乳石の形成が互いに最小距離になる傾向がある理由の 1 つです。形成が大きいほど、形成間の距離は長くなります。
柱
鍾乳石の先端から落ちる同じ水滴が、その下の床にさらに多くの方解石を堆積させ、最終的に丸いまたは円錐形の石筍になります。鍾乳石とは異なり、石筍は中空の「ソーダストロー」として始まることはありません。十分な時間が経過すると、これらの構造は出会って融合し、柱、柱状、または石筍として知られる炭酸カルシウムの洞窟生成物を形成します。 [9]
溶岩の鍾乳石
もう一つのタイプの鍾乳石は、溶岩洞内でまだ溶岩が溶けて流動しているときに形成されます。 [10]形成のメカニズムは、洞窟の天井に溶けた滴り落ちる物質が堆積することですが、溶岩鍾乳石の形成は数時間、数日、または数週間で非常に急速に起こりますが、石灰岩の鍾乳石は数千年かかる場合があります。溶岩鍾乳石との主な違いは、溶岩の流れが止まると、鍾乳石の成長も止まることです。つまり、鍾乳石が壊れると、二度と再生しないということです。[2]
溶岩石（lavacicle）という総称は、溶岩鍾乳石と石筍に無差別に適用されており、つらら（icicle）という言葉から派生したものです。[2]
石灰岩の鍾乳石と同様に、溶岩が床に滴り落ちて溶岩石筍となり、最終的には対応する鍾乳石と融合して柱を形成することがあります。
サメの歯の鍾乳石
サメの歯の鍾乳石は幅が広く、先細りの外観をしている。半固体の天井から小さな溶岩が滴り落ちるように始まるが、溶岩が溶岩管内で上昇したり下降したりしながら層を積み重ね、鍾乳石をより多くの物質で覆っていき、成長していく。長さは数ミリメートルから1メートル以上に及ぶ。[11]
スプラッシュ鍾乳石
溶岩が洞窟内を流れると、その物質が天井に跳ね上がり、下に流れ落ちて固まり、鍾乳石となる。このタイプの形成により、不規則な形の鍾乳石が形成され、まるで伸ばしたタフィーのように見える[明確化が必要]。鍾乳石は、洞窟を形成した元の溶岩とは異なる色をしていることが多い。[11]
管状の溶岩鍾乳石
溶岩洞の天井が冷えていくと、半溶融状態の物質を内部に閉じ込める皮膜が形成されます。閉じ込められたガスが膨張すると、溶岩が小さな開口部から押し出され、溶解洞窟の堆積性鍾乳石として形成されるソーダストローに似た、中空の管状の鍾乳石が形成されます。知られている最長のものは、長さが約 2 メートルです。これらはハワイの溶岩洞では一般的で、管状の鍾乳石を通って物質が運ばれ、その下の床に積み重なるにつれて、下で形成される雫石筍と関連していることがよくあります。管状の形状は遠位端近くで崩壊することがありますが、これはおそらく、逃げるガスの圧力が低下し、鍾乳石のまだ溶融している部分が収縮して冷却されたときに発生します。これらの管状の鍾乳石は、溶岩の破片が結晶化し、流れをさまざまな方向に強制するため、ねじれた虫のような外観になることがよくあります。これらの管状の溶岩ヘリクタイトは、管を通る空気の流れの影響を受け、風下に向かうこともあります。[11]
氷の鍾乳石
多くの洞窟で季節的または一年中見られる一般的な鍾乳石は、氷の鍾乳石で、特に表面ではつららとしてよく知られています。 [12]表面からの 水の 浸出が洞窟に浸透し、気温が氷点下であれば、水は鍾乳石を形成します。水蒸気が凍結することによっても形成されることがあります。 [ 13]溶岩の鍾乳石と同様に、氷の鍾乳石は数時間から数日以内に非常に急速に形成されます。ただし、溶岩の鍾乳石とは異なり、水と気温が適切である限り、再び成長する可能性があります。
氷の鍾乳石は、海水に塩水が混ざると海氷の下にも形成されることがあります。この特殊な鍾乳石は、ブリニクルと呼ばれます。
氷の鍾乳石は、その下に対応する石筍を形成することもあり、時間が経つと互いに成長して氷柱を形成することもあります。
コンクリートの鍾乳石
鍾乳石はコンクリートの上や、水道管がゆっくりと漏れていて、水道水にカルシウム、マグネシウムなどのイオンが含まれている配管の上にも形成されるが、自然の洞窟環境よりも鍾乳石の形成がはるかに早い。鍾乳石、石筍、流石などの二次堆積物は、コンクリートに含まれる石灰、モルタル、その他の石灰質物質から生成され、「洞窟」環境の外で生成されるため、用語の定義上、 「洞窟生成物」に分類することはできない。 [8] 「石灰石」という用語は、洞窟環境の外で洞窟生成物の形状を模倣するこれらの二次堆積物を含むために使用される。[14]
コンクリートの上で鍾乳石が形成される仕組みは、石灰岩の洞窟で自然に形成されるものとは化学的に異なり、セメントに含まれる酸化カルシウムによるものです。コンクリートは骨材、砂、セメントから作られています。混合物に水を加えると、セメント中の酸化カルシウムが水と反応して水酸化カルシウム(Ca(OH) 2 ) を形成します。その化学式は次のとおりです。[6]
- 酸化カルシウム
（秒）+ H
2お
（l）→ Ca(OH)
2
(あ)
- 酸化カルシウム
時間が経つと、硬化したコンクリートの亀裂に浸透した雨水は、溶液中の遊離水酸化カルシウムをコンクリートの端まで運びます。溶液がコンクリート構造物の下側、例えば天井や梁に浮遊すると、鍾乳石が形成されます。溶液がコンクリート構造物の下側で空気と接触すると、別の化学反応が起こります。溶液は空気中の二酸化炭素と反応し、炭酸カルシウムを沈殿させます。[6]
- カルシウム(OH)
2
(あ)+ CO
2
（グ）→炭酸カルシウム
3
（秒）+ H
2お
（l）
- カルシウム(OH)
この溶液が滴り落ちると炭酸カルシウムの粒子が残り、時間が経つと鍾乳石が形成される。通常、鍾乳石は数センチの長さで、直径は約4～5mm（0.16～0.20インチ）である。[6] 鍾乳石の成長速度は、カルシウムの供給の継続性に大きく影響される。2歳以上
飽和溶液と滴下速度。コンクリート構造物の下に形成されたストロー状の鍾乳石は、滴下速度が約11分間隔の場合、1日あたり2mmもの長さに成長する可能性があります。[14]浸出液のpHが変化すると、追加の化学反応が促進され、カルテマイト鍾乳石の成長速度にも影響を与える可能性があります。[14]
記録
レバノンのジェイタ洞窟の上部洞窟にある白い部屋には、訪問者が入ることができ、世界最長の鍾乳石であると言われている8.2メートル（27フィート）の石灰岩の鍾乳石があります。[出典が必要]もう一つの同様の主張は、グルータ・レイ・ド・マト（ブラジル、ミナスジェライス州、セテ・ラゴアス）の珍品の部屋にぶら下がっている20メートル（66フィート）の石灰岩の鍾乳石です。[出典が必要]しかし、洞窟探検家は探検中にしばしばより長い鍾乳石に遭遇しています。一般の人が見ることができる最も長い鍾乳石の1つは、アイルランドのクレア州、ザ・バレンとして知られるカルスト地域にあるポル・アン・イオナイン（ドゥーリン洞窟）にあります。さらに印象的なのは、鍾乳石が0.3m2（3.2平方フィート）未満の方解石の部分によって支えられているという事実です。 [15]
語源
鍾乳石は、ローマの博物学者プリニウスの著書の中で初めて言及されている（ただし名前は出ていない）。この著書では、石筍や石柱についても触れられており、鍾乳石が水滴によって形成されることも言及されている。「鍾乳石」という用語は、17世紀にデンマークの医師オーレ・ヴォルムによって造られた。[16]彼は、ギリシャ語のσταλακτός（stalaktos、「滴る」）とギリシャ語の接尾辞-ίτης（-ites、関連する、または属する）からこの言葉を作った。 [17]
フォトギャラリー
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鍾乳石の底に形成された鉱物質の水滴 -
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管状の溶岩鍾乳石 -
管状の溶岩ヘリクタイト
参照
参考文献
- ^ 「stalactite」。オックスフォード辞典。2021年8月1日時点のオリジナルよりアーカイブ。2021年8月1日閲覧。Lexico.com経由。
- ^ abcd ラーソン、チャールズ（1993）。溶岩洞の特徴に関する図解用語集、紀要87、Western Speleological Survey。p.56。
- ^ Hicks, Forrest L. (1950). 「鍾乳石と石筍の形成と鉱物学」(PDF) . 12 : 63–72 . 2013年7月8日閲覧。
{{cite journal}}:ジャーナルを引用するには|journal=(ヘルプ)が必要です - ^ 「洞窟の形成方法」。Nova（アメリカのテレビシリーズ） 。 2013年7月1日閲覧。
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- ^ abcde ブラウンド、マーティン; ライス、ジョナサン (2004)、「教室外での科学の学習」、ラウトレッジ、pp. 155–156、ISBN 0-415-32116-6
- ^ クレイマー、スティーブン・P.; デイ、ケンリック・L. (1995)、洞窟、キャロルローダ・ブックス (1994年出版)、p. 23、ISBN 978-0-87614-447-3
- ^ ab Hill, CA、および Forti, P、(1986、1997)。世界の洞窟鉱物、第 1 版および第 2 版。[アラバマ州ハンツビル: National Speleological Society Inc.]
- ^ 「柱」. showcaves.com .
- ^ Baird , AK (1982). 「キラウエアの玄武岩質「鍾乳石」の鉱物学と化学」。4 (4). アメリカ地質学会紀要、プログラム付き要旨: 146–147。
{{cite journal}}:ジャーナルを引用するには|journal=(ヘルプ)が必要です - ^ abc Bunnell, Dave (2008).火の洞窟: アメリカの溶岩洞窟の内部. p. 124.
- ^ Keiffer, Susan (2010). 「氷鍾乳石のダイナミクス」2013年7月8日閲覧。
- ^ Lacelle, Denis (2009). 「カナダ、ケベック州、Cavene De L'Ours における季節氷体および関連する極低温炭酸塩の形成: 運動同位体効果と擬似生物起源結晶構造」(PDF)。Journal of Cave and Karst Studies。pp. 48–62。2013年 7 月 8 日閲覧。
- ^ abc Smith, G K. (2016). 「コンクリート構造物から成長する方解石ストロー鍾乳石」洞窟とカルスト科学43(1), pp4-10。
- ^ 「最長の鍾乳石がある洞窟」2008年6月11日閲覧。
- ^ オラオ ワーム、ヴォルミアヌム博物館。 ... (アムステルダム (「アムステロダミ」)、(オランダ): Louis & Daniel Elzevier、1655)、50 ～ 52 ページ。
- ^ 参照: オンライン語源辞典
- タイムラプスのドリップストーン(「Tropfsteine im Zeitraffer」) - Schmidkonz, B.;ヴィトケ、G. Chemie Unserer Zeit、2006、40、246。doi :10.1002/ ciuz.200600370
外部リンク
ウィキメディア・コモンズには、鍾乳石に関連するメディアがあります。
- 「洞窟生成物（洞窟層） - ウィンドケーブ国立公園（米国国立公園局）」www.nps.gov 。 2020年1月5日閲覧。
- バーチャル洞窟の鍾乳石のページ
- 鍾乳石、Enrique Zeleny、Wolfram Demonstrations Project作。