前回は、火成岩の分類を取り上げました。 今回は、「堆積岩」を取り上げてみたいと思います。 なぜなら、過去には多くの道具を提供し、現在ではほとんどの総量資源を提供し、エネルギー鉱物の多くを提供（または収容）し、経済的に重要な特定の必須鉱物を提供してくれるからです。 堆積岩は、その名前が示すように、既存の堆積物から派生したもので、地球上の生命の化石記録を保存している点でも重要です。 風化や侵食によって古い岩石が分解される「岩石サイクル」について説明しました。 風化や浸食によって、古い岩石が分解され、その分解された岩石が様々なメカニズムで運ばれ、堆積物の列をなして堆積していくのである。 堆積物には様々な種類があるが、最終的には海底に堆積することが多い。 したがって、堆積岩は、さまざまな大きさ、形状、組成の粒がセメントで固められたり、圧縮されて再結晶化したものから構成されていることがある。 これが砕屑性堆積岩である。 その他、化学溶液が分泌した堆積物（化学的沈殿物）や、死んだ生物（動物や植物）の遺骸が堆積してできた堆積岩がある。 このような堆積岩は、主に生物起源で形成されている。 堆積物から堆積岩への堆積後の変化を斜行といい、最終的には通常、未固結堆積物が岩石化する。 堆積物が圧縮され、粒子間の間隙から水が押し出される圧縮過程と、セメンテーション過程の2つが一般的である。 セメンテーションとは、ある種の鉱物（方解石、酸化鉄、シリカなど）が、浸透する地下水によって間隙に運ばれることである。

前回の「ワット・オン・アース」と同様、本号の中央ページには、さまざまな種類の岩石を紹介するイラストが掲載されています。 反対側のページには、堆積岩に関連するいくつかの特徴を図解しています。

ページ周辺を時計回りに：左上-アイルランド北部のMullaghmore Headで石炭紀の地層を調査するウォータールー大学の学生のグループの写真。 砂岩、シルトストーン、頁岩が交互に並んでいる。 軟らかい頁岩は侵食されやすく、砂岩は侵食されにくい地層であることがわかる。 右上の図は、堆積岩(2)が岩石サイクルの中でどのような位置を占めているかを示しています。 特に海成層は、宇宙からの入力があることに注意してください。 岩石サイクルの図のすぐ下には、ウェントワースの分類を粒径の観点から説明した図と、堆積物がどのように異なる堆積砕屑岩を形成するかを説明した図がある。 この図と、centrefold Chartの「砕屑岩」の部分を構成する最初の2列（SedimentsとRocks）を比較してみてください。 一番下の3番目の図は、化学的または生物学的な起源を持つ、より重要な堆積岩のいくつかを示している。 これらのほとんどは、巻頭のページにも描かれています。 一番下の写真は、ユタ州のアーチーズ国定公園内にあるデリケートアーチです。 高さ26m、幅20mのこの構造物は、上部ジュラ紀のエントラーダ砂岩でできている。 風と霜の作用で削られた岩盤の「フィン」が侵食されてできたものである。 そのすぐ上にあるのは、エリー湖からの水がナイアガラ断崖のシルル紀ロックポートドロマイトの縁を越えて落ちてくるナイアガラ峡谷を見下ろした写真である。 それぞれの写真は、さまざまな年代の堆積層に関連する地形を示しています。

中央の折り返しページ。 堆積岩は、私たちが日常的に目にしている物質と関係があるため、理解はかなり簡単です。 グランドキャニオンの上層部にある、世界で最も壮大な堆積岩の露出の1つを見渡すパノラマビューです。 これは、古生代の海で約2億5千万年かけて堆積した砂岩、石灰岩、頁岩の水平堆積岩です。 これらの同じ海は、この号の別の記事で説明した巨大三葉虫によって他の場所を占拠していました。

折り返しのページの下の方に、一般的な岩石の種類をほとんど図解してみました。 中にはもっと「エキゾチック」なものもありますが、それらも重要です。 この図は砕屑岩、化学的沈殿物、生物学的堆積岩に関する3つのセクションに分けられています。 左側のブロックは二段組になっています。 最初の列は堆積物のタイプの例（前ページの図 2 を参照）、2 番目の列は石化した同等物の例を示している。 角張ったクラスト（岩石片）は、通常、凍結粉砕に由来する。 岩石片は遠くまで移動することはなく、通常は重力によって移動し、山から落ちて斜面の底にスクリーパイルやタルスコーンとして蓄積される。 このような岩石は、角礫岩（かくれきがん）と呼ばれるものである。 浸食が進み、特に水によって運ばれるようになると、角ばった塊は磨り減り、丸みを帯びたボルダーやコブルを形成する。 このような岩石は礫岩と呼ばれる。 長距離輸送により、粒状から砂状へと徐々に小さくなる。 これに相当する岩石が砂岩である。 これらは、しばしば異なる鉱物、方解石、酸化鉄、シリカによってセメント化される。 砂岩は、「石灰質砂岩」、「鉄質砂岩」のような二次的な記述語を獲得する。 砂岩は通常、シリカの粒から構成されています。 この粒がシリカで固められたものを石英岩と呼びます（右の砂岩の図参照）。 図にはありませんが、長石が25％以上含まれる砂岩のことを「アーコーズ」といいます。 このような岩石は、通常、山地の比較的乾燥した環境で形成されます。 長石は高温多湿の環境では風化しやすいので、あまり劣化していないのである。 粒の角張った性質は、輸送がそれほど重要でなかったことを示している。

しかし、堆積物が輸送され続けると、粒径はさらに小さくなり、シルトが形成される。 粒径は今や水だけでなく風でも容易に運ばれるところまで来ている。 風で運ばれた土砂が黄土として堆積するのは、このカテゴリに属する。 シルト岩と呼ばれる岩石は、非常に細かい石英や雲母などの雑多な鉱物で形成され、シルトに相当する石化したものである。 最後に、砕屑物の大きさの中で最も細かい画分が粘土である。 これらの粒子は非常に小さいため、長い間懸濁状態にあり、通常は合体して大きな粒子を形成した後に初めて沈降する。 これが堆積すると、石化した岩石が頁岩（シェール）と呼ばれるようになる。 有機物の多いものは、炭素や芳香族化合物を多く含むため、独特の「油臭」「石油臭」のする黒色の頁岩を形成することがある。 これは、炭素と芳香族化合物が非常に豊富であるためで、将来の石油源となる可能性があります。 このような岩石は、物質が溶液のまま、水が蒸発している場所（通常は海洋盆地や砂漠地帯の湖など）に運ばれて形成されます。 ある種のイオンの溶液が沈殿し、カルシウム、マグネシウム、シリカ、ナトリウム、（昔はもっと）鉄を多く含む岩石が形成される。 その一部を、カルシウムに富む沈殿物から図解する。 石灰岩は重要な例である。 石灰石はすべて希薄な（10％溶液）塩酸をかけると、酸が炭酸カルシウムと反応するため容易に発泡する。 図は灰色の細粒石灰石で、白い方解石脈が走っています。 熱帯の暖かい海では、強い潮流にさらされた海水中の豊富なカルシウムが、微細な貝殻片の周りに沈殿することがあります。 炭酸カルシウムの小粒を核に方解石が同心円状に堆積し、オライト質石灰岩を形成することがある。

カルシウムとマグネシウムからなる岩石であるドロストは、通常、石灰岩と密接な関係にあり、海水中のマグネシウムが既存の石灰岩の元のカルシウム成分の多くを置き換えている。 酸の反応は緩やかである。 ドルストーンはウォータールー近郊のナイアガラ断崖の露頭に沿った岩石配列で見ることができます。 トラバーチンやチューファ（強酸性反応）は、炭酸カルシウムから形成される化学的沈殿物です。 トラバーチンは通常、緻密で帯状ですが、チューファはよりスポンジ状です。 トラバーチンは洞窟に多く、特にドリップストーン、フローストーン、鍾乳石、石筍、ヘリクタイト、柱状節理と呼ばれる壮大な地形に見られる。

石灰岩やドロストーンの中には、シリカからなる層やノジュールがよく見られます。 これはチャート、あるいはチョークの場合はフリントの層です。 フリントは旧石器時代から使われており、イングランド東部の考古学文献には、槍先、削り器、矢じり、道具一式などの大量生産地としてよく知られている。 また、最近まで銃器（フリントロックライフル）や、この岩石が多く存在する地域の建物の建築に使用されていた。 ナイアガラ急斜面に沿った石灰岩やドロストーンの層から採れるチェルトは、オンタリオ州南西部でカリブー、マストドン、マンモスを狩る古インディアンによって使用されていた。 火打石もチャートも通常灰色で（ただし、白に近いものからバフ色、黒に近いもの、あるいは赤のものもある）、均一からわずかに円錐状の割れ目で割れます。

石膏は、カルシウムが豊富な粘土質の岩石である泥灰の層でよく見られる化学的沈殿物（含水硫酸カルシウム）である。 石膏や岩塩を含む泥灰層は、もともと海水が氾濫し、蒸発量が多い地域で堆積したものです。 現在では、亜熱帯のペルシャ湾の一部にそのような地域が見られます。 岩塩（ほぼ塩化ナトリウムでできている）は、経済的に重要な鉱物である。 オンタリオ州では、ウィンザー周辺から北のゴデリッチまで分布しています（WAT ON EARTH 14 (2) Spring 2001参照）。 塩鉱床は、沿海州やカナダ西部でも見られる。 カナダ西部の塩鉱脈は、シルバイトとして知られる、カリウムに富む赤と白の色をした、経済的に重要な別の塩が主体である。 このグループの最後の岩石は、スペリオル湖上流域でよく見られる赤色と灰色の帯状の堆積鉄鉱石である。 これらの堆積物に関連する膨大な文献がありますが（Blatt et al.、1980）、一般的には先カンブリア時代のもので、通常は2600〜1800万年前です。 一部はかなり古く、少数の小さな堆積物はより若い。 これらの鉱床は、ジャスパー（レッドチャート）と磁鉄鉱およびヘマタイトに富む鉄の層が交互に並ぶ薄帯と厚帯で特徴付けられる。 また、他の形の鉄がチャータイトの層と交互に現れることもある。 これらは経済的に重要な岩石で、カナダとアメリカの国境の両側にある主要な鉄鉱床の源です。

画像の3番目のブロックは、強い生物学的要素を持つ一般的な堆積岩で構成されています。 火成岩の話でも触れましたが、自然は「区分け」されることを嫌うので、これらの「箱」の中には境界を越えているものもあります。 しかし、海水には大量の炭酸カルシウムが含まれており、これが沈殿して化学的な堆積岩を形成するだけでなく、炭酸塩の殻を作る生物にも利用される。 また、炭酸塩の殻を作る生物は、その殻が死ぬと、殻の破片が大量に堆積し、「棚状石灰岩」として保存されることが多い。 これは今日、コキーナ（浅海性の多足類であるコキーナの完全な、あるいは壊れた弁のほとんどでできている）という形で見ることができる。 昔は、貝は今ほど一般的ではありませんでした。 シェリー石灰岩」の図版は、オンタリオ州南西部のアーコナ地域のデボン紀炭酸塩泥鉱床に生息する腕足類である。 クリノイド石灰岩（イラストなし）は、クリノイド（棘皮動物）の茎の断片でできており、ナイアガラ断崖に沿った特定の岩石でシェリーデトリタス帯を形成しています。 サンゴは、炭酸塩を分泌する無数のポリプの遺骸からなり、グレートバリアリーフのように今日でも、より遠い地質学的過去においても、大規模な堆積物を形成しています。 オンタリオ州南部やその他の地域で石油や天然ガスを掘削する際には、珊瑚や藻類の群生する小さなパッチリーフがターゲットになります。 チョークは特に純度の高い石灰岩で、この岩石に希塩酸をかけると非常に激しい反応が起こります。 チョークはもともと海底の泥水でできたもので、有孔虫という生物の遺骸が何十兆個と集まってできたものです。 電子顕微鏡による画像は、チョークの画像の隣に掲載されており、中央のクリーム色の生物は、グロビジェリーナと呼ばれる現代の石灰質有孔虫の一例である。

次の4つの画像ブロック（泥炭から無煙炭まで）は、もうひとつのエネルギー鉱物である石炭を表しています。 石炭は、嫌気性条件下で植物が蓄積されることで発生します。 沼地や潟湖に堆積したデトライタスは、水に飽和した有機物である泥炭の層を形成する。 時間が経つと、泥炭は水やその他の揮発性物質を放出し、堆積物から圧縮される。 そして、水分が減少し、炭素が増加し、褐炭や褐鉄鉱に変化する。 褐炭は硫黄分が多く、長距離輸送に適さず、自然発火しやすい低品質の石炭である。 サスカチュワン州南東部やドイツ東部の石炭に多く見られるタイプである。 さらに圧縮と応力を加えることで炭素含有量は増え続け、より多くの揮発分が失われ、潜在的なエネルギー出力が増加し、瀝青炭として知られる鈍いから光沢のある石炭が形成される。 瀝青炭は蒸気を発生させるのに優れた石炭で、イギリスの産業革命の最初の世紀を支えた主要な石炭である。 カナダ西部の州やニューブランズウィック州、ノバスコシア州の旧鉱区では、瀝青炭を採掘していた。 通常、冶金用飼料として使用され、発電にも使用される。 エネルギー鉱物としての石炭の究極のステージは、砕かないと燃えにくい硬い光沢のある石炭、アンスラサイトである。 ペンシルバニア州で採掘され、瀝青炭と混ぜて発電の飼料として利用される。 揮発分が失われ、炭素が増え、熱量が増えるという変化を、石炭のランクの変化と表現しています。

最後の2つの画像は、有機物を多く含むが石炭と定義されない頁岩（シェール）岩を示したものです。 化石を多く含む頁岩は、化石（特に植物性）を多く含みますが、アンモナイトなど他のものを含む場合もあります。 オイルシェール（トロントの東にあるBowmanvilleからオンタリオ州のOwen Soundに近いCollingwood地域までのベルトで見られるようなもの）には、三葉虫や他のオルドビス紀の動物の化石が豊富に含まれている。 このような鉱床は、必ずしも同じ年代のものではないが、世界各地で発見されており、将来のエネルギー源や石油化学原料になるかもしれない。

センターフォールドに続くページには、上記の堆積岩の説明で触れたいくつかのトピックのイラストが掲載されている。 いずれも化学的に析出したシリカの例。 フリントから作られた手斧（イギリス、ケント州、スワンスコム）；柔らかいチョークの母材から風化したフリントノジュール（コブのある白いコンクリーション）；オンタリオ州、パークヒル近くのブロフェイ遺跡から出土した3つのクロヴィス型チャートのポイント。 最大のものは長さ10cm。

Centre Row, left to right: ドリップストーン（炭酸カルシウムが化学的に沈殿したもの）からなる大きな石筍（注 “g “は地面から生えている）、洞窟の天井から生えている鍾乳石（注 “c “は先端から光を集めてカルシウムを含んだ水を滴らせようとしている）、同じく炭酸カルシウムからなるへリクトサイトとして知られている、奇妙に歪んだ鍾乳石状の形態です。 部分的に上に向かって伸びているところもあります。

下段、左から石灰岩の空洞の中心に石英が並んでいるもの；ニュージーランド南島モエラキの非常に大きな化学析出性のコンクレット；苔のような樹枝状結晶。 これらは石灰岩上のマンガン沈殿物であり、有機物の成長とは関係がない。

Alan V. Morgan

A New Exploration of the Canadian Arctic
Ronald E. Seavoy

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