19. 金属鉱床・・・火と水の出会うところ
陸地はプレートとプレートのぶつかる所で造られる。地球の表面はプレートと呼ばれる板状の一体化した岩石に覆われている。陸地のほとんどはプレートがまだ小さかったころ（27億年前より前。８．共生）の造山運動で作られた。マントル対流が1層になったときにそれらが集合して最初の安定な陸塊ができた。古代の古い陸塊は、地表の浸食が進み、台地や平原をなす。世界の大平原はいずれもこのような陸塊である。代表例はローレンシアと呼ばれるカナダ楯状地である。楯状地とか卓状地と呼ばれる。大陸の移動とは、これらの安定した古代陸塊が移動した歴史を綴ったものである。
プレート数が少なくなった古生代以降も造山運動は起こっている。造山運動は火山と褶曲山脈に分けられる。
陸が乗ったプレート同士が衝突すると巨大な褶曲山脈が作られる。アフリカ大陸とアラビア楯状地、インド大陸がユーラシア大陸にぶつかったところはアルプス＝ヒマラヤ造山帯となっている。プレートの境界はいずれもユーラシアプレートの下にアフリカ、アラビア、インドプレートが沈み込んでいる。これらのプレートは過去にテチス海を載せていたため、アルプス＝ヒマラヤ造山帯の山の頂上から海生動物の化石が見つかる。アルプス＝ヒマラヤ造山帯の成長は1000万年前からで、地球の歴史から見るとそれほど古いことではない。この部分では大陸を作っていた岩石が褶曲により折り曲げられ、激しい浸食を受けている。つまり、大陸を造っていた陸塊が砂粒になって海に運ばれているわけである。言い換えれば陸塊が消滅している場である。
海のプレートと陸のプレートがぶつかったところは海のプレートのほうが密度が高いため、海のプレートが陸のプレートの下にもぐりこむ運動をする。海のプレートは水を含んでいることもあり、大量の花崗岩が生み出され、激しい火山活動が起きる。また、花崗岩は密度が低いので、重いマントルの上に「浮く」。現在の最大の造山帯は環太平洋造山帯である。壮年期の帯状山脈、又は弧状列島が造られ、盆地や海盆・海溝を持つ。太平洋のプレートは南太平洋の海嶺から生み出され、南北アメリカ大陸、千島列島から小笠原諸島にかけて沈み込んでいる。アメリカ大陸側はロッキー山脈、アンデス山脈という古い山脈になっている。原生代からここは大陸の端で、しかも、西側に海洋プレートが沈み込んでいた。カンブリア紀の進化の大爆発を記録・保存したバージェス頁岩はロッキー山脈にある。また、アジア側は日本列島を代表とする弧状列島であるが、海の水を取り去れば、ロッキー山脈、アンデス山脈に匹敵する大山脈である。海のプレートが沈み込むときには海底に溜めた堆積物や、島やサンゴ礁を陸に押し付けていく。付加物と呼ばれる。この部分は陸塊が成長している部分である。
アルプス=ヒマラヤ造山帯の東の端はマレー半島から、インドネシア、ニューギニアにかけて弧状列島になっている。また、フィリピン海プレートは日本の伊豆半島を北端として、琉球諸島、台湾、フィリピンと南下してニューギニア付近まで沈み込み帯と弧状列島を成している。
プレートの境界では移動するプレートが歪み、それが元に戻るときに地震が起こる。したがって、地震の発生する地点（震源）を世界地図に書き込むと、帯状になり、そこがプレートの境界となる。現在ではGPSを利用した精密な測量でプレートの動き（地面の動き。海では使えない。）を測定して、その方向がそろった部分をプレートとすることもできる。
造山運動ではないが、新生代に作られた巨大な大地の変化としてアフリカ大地溝帯を忘れてはならない。約1000万年前から、アフリカ東部の直下に高温のマントル物質がゆっくりと上昇し、アフリカ大陸が裂け始めた。アフリカ大地溝帯は、陸上に出現した海嶺であり、このような場所は他にアイスランドに見られる。アフリカ大陸の東側を南北に2列に貫く谷であり、北は紅海となって、地中海に向かっている。アフリカ大陸は、この大地溝帯を境にして現在も東西に分裂しつつあり、付近では地震活動や火山活動が続いている。これから数千万年後には海が入るであろう。
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8000m級の山々が連なるヒマラヤ山脈でも1000万年でできました。地球の歴史は46億年。その間にどれだけの山ができて削られていったことでしょう。削られた部分は砂粒になり、混合されてしまうので時間の情報を失ってしまいます。ただ、その粒の岩石が出来た時間だけが測定できます。日本での最古記録は岐阜県で発見された上麻生礫岩の中にある粒子です。礫岩は砂粒や小石からできた堆積岩です。小石の中に花崗片麻岩があり、それは20.5億年に出来た花崗岩が17.5億年前に変成作用を受けた岩石でした。この花崗岩が固まるとき、風化されて丸くなったジルコン粒子を取り込んでおり、この粒の年齢が30.5億年、あるいは35.6億年でした。この年齢は名古屋大学理学部のCHIME法で測定されました。
ロッキー山脈では侵食パワーを実感できる場所があります。グランドキャニオンです。全長は446 km、谷幅は最大幅28 km、谷底までは1600m、平均標高2150mに及ぶ大渓谷です。高原は約3800〜3600万年の歴史しかありません。だだっ広いカイバブ平原の荒地を行くと突然出現する巨大なパノラマ。グランドキャニオンの谷底のコロラド川も今の谷に収まったのは1000万年ほど昔と言われています。コロラド川は最大川幅90m、水深13mあり、川の流れは時速19.2 kmにも達する大きな川で、１日平均約50万トンという、想像を絶する量の土砂を下流へ押し流していました。コロラド川の浸食に加え、気温の高低差による氷結、激しい雷雨が浸食を加速し、現在のグランドキャニオンができました。
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環太平洋造山帯の山脈はアルプス＝ヒマラヤ造山帯に比べ、はるかに古い歴史があります。ここでは褶曲でできた山のほかに火山があります。湖水・山岳などの観光資源に加え、温泉も楽しめます。環太平洋造山帯にはもう一つの特徴があります。それは豊富な鉱物資源です。鉱物資源を含むところを鉱床といいます。そこには採掘対象となる元素が濃集しています。
地殻の主要構成元素は、多い方から、酸素(46.6%)、珪素(27.7%)、アルミニウム(8.1%)、鉄(5.0%)、カルシウム(3.6%)、ナトリウム(2.8%)、カリウム(2.6%)、マグネシウム(2.1%)です。地殻を構成する鉱物のほとんどは珪酸塩です。珪酸は陰イオンであり、銅やニッケル、コバルトなどの金属イオンは陽イオンなので、プラスとマイナスが相殺する数比で結合します。また、イオンなので水に溶けます。ただし、食塩のように簡単に溶けません。熱水中で少しだけ溶けます。水は高い圧力の下では374℃まで液体でいられます。100℃以上の熱水はさまざまな金属イオンを溶かしますが、冷却すると、溶けにくい金属イオンから沈殿になって出てきます。沈殿する温度や金属イオンの種類は共存する陰イオンの種類にもよります。
海底でマグマの活動があるところでは、熱水噴出孔（６．生命の誕生）があります。噴出孔からマグマによって加熱された地下水が熱水として噴き出しています。熱水はすぐに冷やされるため、熱水中に溶けていた化学成分はその場で沈殿して筒状に成長します。沈殿物が崩れて海底に積みあがると、そのすきまを更に熱水性沈殿物が埋めていき、大きな塊が形成されます。このような過程を長い時間繰り返すことで、熱水性沈殿物をつくりやすい特定の元素（亜鉛、銅、鉛、鉄など）が熱水の噴き出し口周辺に集まって鉱床が生成されます。
海域の火山活動は3箇所に分けられます。海嶺、海山、そして日本のような島弧です。海嶺で造られた鉱物も、海山で作られた鉱物も海洋プレートの移動によって島弧の下へと運ばれ、付加物として堆積します。太平洋造山帯には多くの鉱床があるのはそのためです。チリの銅鉱山、日本の金鉱山などは有名です。日本は黄金の国、ジパングと呼ばれました。
マグマの熱でおこる熱水による鉱床の形成は海底だけではありません。マグマが冷却固結して約400℃以下になると、マグマ成分から高塩濃度の熱水が出てきます。それにはたくさんの重金属が溶けています。その熱水が割れ目を移動し、地下水と混合して温度が下がり、例えば、硫化鉱物の沈殿ができます。
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金属鉱物は元素のレベルまで純粋になるまで精製してから使います。鉄は鉄鉱石や砂鉄を高温で溶かし、それを固めた後に不純物を除いて造ります。銅は鉱石を硫酸に溶かし、硫酸銅水溶液としてから電気分解により精製します。金属イオンはプラス電気を帯びていますので、陰極へ結合します。また、加熱したときに融ける温度（融点）の違い、鉱石に含まれる粒の密度の違いを利用して精錬します。
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精錬、精製、純化、抽出。いずれも物理化学的な操作を表現する言葉で、鉱物から金属を、植物などから薬効成分を取り出す操作を意味します。混合物から一つの要素を取り出す作業なので、エントロピーを下げる、またはエネルギーを消費する作業です。不純物を取り除く操作なので、社会的にもプラスのイメージを持ちます。取り出された成分は高貴で、効果が高く、貴重なものとして珍重されます。
西ヨーロッパの中世では神の力すら抽出、濃縮できるというイメージで、錬金術が探索されたことがありました。錬金術とは自然界に存在するスーパーパワー（なんと表現していいの?）を引き出す技術のことです。その一つの成果が金を作り出すことでした。元々科学は、自然哲学と呼ばれて、哲学の一派でした。PhDを博士号に使う理由もこの辺にあるのではないでしょうか。自然を理解するために、今から考えると、神学的な考え方、魔術的な要素と結びついて礎が整理されていました。ニュートンも晩年は錬金術や占星術の研究に没頭しました。彼は自然哲学者であって、科学者ではなかったのです。
現在でも、思考や体験を通して、精神力を「純化」するような、そしてそのことで考えられないパワーをもたらすような理論がもてはやされることがあります。科学的にはあくまで「すでにあるもの」を取り出して濃縮するだけで、何かが付加されるものではありません。精製法を研究する間に「すでにあるもの」の性質について情報が得られますが。
精製、抽出する一方で、不純物は不要なものとして捨てられます。その中に重金属が含まれていれば鉱害が引き起こされました。この点でも人類は貴重な体験を持っています。できるだけ捨てないことが望ましい。しかし、純粋な物質を原料、材料として必要とする技術の中にあっては何かしら捨てないわけには行きません。
現代の化学技術では、エネルギーを費やして抽出・精製したものを人工的にコントロールした条件下で混合したり、組み合わせることで必要な機能を、性質を得ることが基本です。このようにして作り出された人工的な物質は数千万種類あります。化学の図書館の壁を埋めるケミカル・アブストラクトに驚いた方は多いでしょう。しかし、まだ組み合せは無限であり、しかも、これからはそのナノスケール粒子の特異な性状も含め記載が増えていくはずです。ケミカル・アブストラクトは電子化されて冊子体は消えますが。
つづく
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