続成作用

続成作用：堆積物から堆積岩への変遷

続成作用とは、堆積物が固まって堆積岩となる一連の物理化学的変化を指します。地層を形作る上で重要なプロセスであり、圧密作用、膠結作用、置換・交代作用などの様々な作用が複雑に絡み合って進行します。本稿では、続成作用のメカニズム、環境要因、そして化石燃料生成との関連性について詳しく解説します。

主要な続成作用

堆積物が堆積岩へと変化する過程では、主に以下の3つの作用が挙げられます。

1. 圧密作用

堆積層が厚くなるにつれて、上部からの圧力によって下部の堆積物が圧縮されます。この圧力により、堆積物粒子間の空隙（間隙）が減少し、間隙水（堆積物粒子間に存在する水）が押し出されます。結果として、堆積物はより緻密になります。

2. 膠結作用（セメンテーション）

間隙水に溶解していたイオンや、堆積物粒子から溶け出した成分（炭酸カルシウム、二酸化ケイ素など）が、粒子間に沈殿することで堆積物が固結する作用です。この沈殿物をセメントと呼び、セメントによって粒子同士が強固に結合されます。

3. 置換・交代作用

これは、特に炭酸塩岩において顕著に見られる作用です。周囲の溶液（海水、地下水など）との化学反応によって、既存の鉱物が他の鉱物に置き換わります。例えば、ドロマイト化作用は、方解石がドロマイトに置換される代表的な例です。この作用は、間隙水の化学組成、温度、圧力など、様々な要因に影響を受けます。

環境要因

続成作用は、周囲の環境に大きく影響を受けます。特に炭酸塩続成作用では、以下の要因が重要です。

生物活動: 地表付近では、生物の活動（代謝、分解など）が間隙水の化学組成に影響を与え、続成作用に影響を与えます。
間隙水の化学組成: 間隙水の化学組成（イオン濃度、pH、二酸化炭素分圧など）は、鉱物の溶解や沈殿に大きく関わります。
* 温度・圧力: 深部では、温度と圧力の上昇が圧密作用、膠結作用、再結晶作用を促進します。

これらの環境要因の違いから、続成環境は近表面下、浅埋没下、深埋没下の3つに分類されます。近表面下では地表水の化学組成の影響が大きく、深部では温度と圧力の影響が大きくなります。

深埋没と変成作用

堆積物が数キロメートル以上の深さに埋没すると、温度と圧力が上昇し、続成作用から変成作用へと移行します。変成作用では、続成作用よりも強い再結晶作用や、より大規模な鉱物変化が起こります。続成作用と変成作用の境界は明確ではなく、鉱物の再結晶度合いや、イライト結晶度、ビトリナイト反射率などを指標に区別されます。

化石燃料の生成

続成作用は、化石燃料の生成にも深く関わっています。生物遺骸に含まれる有機物が、微生物分解、化学反応などを経て、ケロジェンと呼ばれる物質に変化します。このケロジェンは、さらに熱と圧力によって石油や天然ガスに分解されます。石炭も、植物遺骸が続成作用によって変化したものです。

まとめ

続成作用は、堆積物が堆積岩となる複雑な過程であり、圧密作用、膠結作用、置換・交代作用などが関与します。環境要因、特に間隙水の化学組成、温度、圧力は、続成作用の進行に大きな影響を与えます。また、続成作用は、化石燃料の生成にも重要な役割を果たしています。地層や堆積岩を理解するためには、続成作用についての知識が不可欠です。

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