石灰岩の地球化学的情報から地球史と資源環境問題を読む

摘要

石灰岩は地球表層圏における全炭素の80％を固定しており，その形成を通して大気中の二酸化炭素（CO_2）濃度や海水の組成（低Ca／Na．高Sr／Ca）に大きな影響を与えてきた。 石灰岩に含まれるSrの同位体組成（~（87）sr／~（86）sr）は古海水の億を反映しており．地質時代を通L，て変化している。石灰岩の~（87）sr/~（86）srの増加をもたらした主な要因は陸域での風化作用,一方減少は海底熱水活動の増大によると考えられている。 前者は大陸の衝突→造山作用→風化作用→大気中のCO_2濃度減少→寒冷化一方後者はマントルプルーム活動→海底熱水活動→マントルCO_2増加→地球温暖化→氷床消失→深層水循環消失→海洋無酸素環境出現→生物絶滅といった因果関係が考えられている。 また海水~(87)sr/~(86)srの高精度の時代曲線は地層の時代決定にも有効である。石灰岩は酸中和能が高いために，欧米における酸性雨被害は石灰岩地城で少なく，また酸性化した湖沼を回復するため大量の石灰が利用された。中国南部では,黄鉄鉱を含む石炭の燃焼に伴って発生する二酸化硫黄（SO_2）ガスにより酸性雨被害が顕在化·深刻化している。 石灰岩粉末と籾殻を石炭粉末に混ぜたバイオブリケットはSO_2ガスの発生を軽減することができ，その市販化が試みられている。 一方,中国北部の乾燥地域から発生する黄砂は炭酸塩を多く含み，大気中を移動する過程でSO_2ガスとの反応や降雨への溶解を通して酸性雨を緩和している。 わが国の春の降水には黄砂炭酸塩由来のCaが多く含まれている。 都市部の雨は一般にCaが多く，セメントやコンクリ「卜を起源とする石灰岩由来のCaが想定されている。 石灰岩や黄砂炭酸塩の~(87)sr/~(86)srは海水と異なり，それぞれ特有の値を有しているので，Sr同位体を利用して降水に含まれる元素（特にCa）の発生源やその寄与について推定することが期待できる。 花崗岩マグマ活動により発生した熱水が石灰岩と反応するとスカルン鉱床が生ずるが，鉱床に伴われる金属種は花崗岩タイプや形成深度により異なる。 花崗岩と石灰岩が接するあるいは近接する環境では鉄（＋銅）を主体とするスカルン鉱床が，一方浅所で生じたスカルン鉱床は亜鉛や鉛を主とし，関係火成岩は小規模で石灰岩を大規模に交代した例が多い。 スカルンのSr同位体組成は，その原岩や周辺の岩石の値に応じて変化する傾向が認められる。 また亜鉛タイプのスカルン鉱床周辺の石灰岩は，熱水との反応と共に酸素同位体組成（δ~(18)O）は減少し，Mn，AIなどの微量元素は増加しており，鉱床探査に利用されている。石灰岩の安定同位体組成や微量成分は，地質時代の環境復元ばかりでなく，現在の地球環境問題や資源探査にも大変重要な情報を有している。