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[O11-P47] 馬門石（まかどいし)の赤色の原因はヘマタイトか？２
キーワード：馬門石、Aso-4、溶結凝灰岩、Fe₂O₃(ヘマタイト)
【研究の動機･目的､仮説】
熊本県宇土市網津町馬門で産出される馬門石(まかどいし)は､約9万年前のAso-4火砕流堆積物の一種とされている｡特徴的な赤色をしているが､その理由は不明である｡そのため､赤色の原因を探ることにした｡過去の文献[1]から赤色の原因は鉄の酸化､中でも火山の付近で見られるFe₂O₃(ﾍﾏﾀｲﾄ)ではないかと仮説を立て研究を始めた｡本研究では､Aso-4火砕流堆積物のうち黒い一般的なものをAso—4､赤いものを馬門石とよぶこととする｡
【研究内容】
今回は①:文献調査･実験､②成分分析･焼成試験､③現地調査､④薄片の製作･観察の4点から研究を行った｡ 文献調査･実験 馬門石とAso-4の相違点について実験や野外調査､文献調査で調べた｡
･黒曜石や礫を含むなどの岩相的特徴､密度や磁性に大きな違いはなく､違うのは色と硬さ
だけである｡
･赤色の鉄の酸化物は､Fe₂O₃､FeO(OH)がある[2][3][4]｡Fe₂O₃は鉄の最も酸化している状態で
あり､非常に高温での酸化が必要で､FeO(OH)は水と酸素があれば容易に生成される｡
･鉄ｸｷﾞを用いて生成実験を行うと､Fe₂O₃はｶﾞｽﾊﾞｰﾅｰでいくら加熱しても変化がなかっ
たのに対しFeO(OH)は水に浸けておけば半日ほどでｵﾚﾝｼﾞ色のｻﾋﾞが生成され､Fe₂O₃の
生成にはさらなる高温が必要であるとわかった｡
･Aso-4､磁鉄鉱､角閃石を水に浸け､空気にさらし経過観察した｡数ヶ月経過しても何ら変
化がなかったため､赤色の原因はFeO(OH)ではないと考えた｡ 成分分析･焼成試験 ①熊本県産業技術ｾﾝﾀｰの協力の下､馬門石､黒や茶､橙色のAso-4の蛍光X線分析とX線
回折を行った｡
･蛍光X線分析: どの試料も成分組成はほとんど同一で､鉄を約10%含んでいた｡
･X線回折: どの試料からもFe₂O₃の存在をはっきりと確認することができなかった｡
②電気炉を用いて馬門石とAso-4を300℃､1,000℃と異なる温度で24時間十分に加熱した｡
焼成実験:1,000℃での加熱したものは､どちらの試料も馬門石によく似た赤色に変化｡
これは岩石中の鉄が高温酸化によりFe₂O₃に変化したためと考えられ[5][6]､やはり馬門石の色の要因は､岩石中の鉄であると考えた｡ 現地調査 高温酸化により形成されるFe₂O₃は､熱がこもる中央部に集中した分布､水による酸化でできるFeO(OH)の場合は､水に触れる表層付近に散在した分布になるのではないかと考え､馬門石の分布により､赤い色の成因を考えることにした[7][8]｡
今回､道路工事により大規模な露頭が存在し､馬門石の分布を立体的に捉えられた｡野外調査の結果､複数地点で馬門石とAso-4の境界を確認できた｡境界の傾斜は場所によって水平や斜め､縦などと様々だった｡分布は水平､鉛直方向のどちら不連続に散在していた｡また､馬門石の中にAso-4が塊状に分布する境界面が見られた｡場所によっては､赤い部分と黒い部分が複雑に散在していた｡さらに､馬門石と周囲のAso-4の岩相は黒曜石ﾚﾝｽﾞを含む点など全く同じで､異なるのは色だけであった｡ 薄片の製作･観察 御船町恐竜博物館の協力の下､岩石薄片の製作と偏光顕微鏡観察を行った｡その結果､馬門石とAso-4いずれも凝灰岩の特徴である火山ｶﾞﾗｽや多孔質の空隙が見られた｡ 馬門石の形成 これらの結果から､馬門石の形成を総合的に考察する｡馬門石の赤色の原因はFe₂O₃で､火砕流として堆積した直後の高温下で､多孔質によって火山ｶﾞｽと入れ替わり流入してきた酸素と触れた部分が､高温酸化でFe₂O₃を生じて赤い馬門石になったと考えた｡十分な酸素を得られなかった部分は､高温であっても黒いAso-4のままであり､赤い部分と黒い部分が複雑に散在するのではないか｡
【研究のまとめ】
･馬門石の赤色の原因は鉄で､Fe₂O₃(ﾍﾏﾀｲﾄ)である｡
･元々は黒い阿蘇火砕流堆積物が､堆積直後の高温下で､多孔質により火山ｶﾞｽと入れ替わ
りに空気が流入し､その空気中の酸素を十分に得られた一部のAso-4が高温酸化を起こ
し､内部の鉄がFe₂O₃となり､赤い馬門石が形成された｡
･現在の馬門石とAso-4は､高温酸化に十分な酸素を得られたかどうかで分かれた｡
【今後の課題】
･なぜ馬門地区などの一部だけでしか馬門石は見られないのか｡
･馬門石以外に赤いAso-4火砕流堆積物の阿蘇溶結凝灰岩はないのか｡
･成分分析でFe₂O₃をみる方法はないのか｡
【参考文献】
[1]｢馬門石 噴火の軌跡に触れる｣熊本日日新聞朝刊(2021年6月13日)
[2]高田利夫(1969) 酸化鉄､水酸化鉄系化合物の生成と物性
[3]三沢俊平(1983) 鉄ｻﾋﾞ生成の現状と未解明点
[4]鈴木茂(2008)鉄さびの形成過程と構造変化
[5]椙山正孝(1959) 金属材料の高温酸化とその対策
[6]井上勝也(1983) 鉄酸化物の種々相
[7]熊本県地質図(10万分の1) 熊本県地質図編纂委員会(2008)
[8]地理院地図
熊本県宇土市網津町馬門で産出される馬門石(まかどいし)は､約9万年前のAso-4火砕流堆積物の一種とされている｡特徴的な赤色をしているが､その理由は不明である｡そのため､赤色の原因を探ることにした｡過去の文献[1]から赤色の原因は鉄の酸化､中でも火山の付近で見られるFe₂O₃(ﾍﾏﾀｲﾄ)ではないかと仮説を立て研究を始めた｡本研究では､Aso-4火砕流堆積物のうち黒い一般的なものをAso—4､赤いものを馬門石とよぶこととする｡
【研究内容】
今回は①:文献調査･実験､②成分分析･焼成試験､③現地調査､④薄片の製作･観察の4点から研究を行った｡ 文献調査･実験 馬門石とAso-4の相違点について実験や野外調査､文献調査で調べた｡
･黒曜石や礫を含むなどの岩相的特徴､密度や磁性に大きな違いはなく､違うのは色と硬さ
だけである｡
･赤色の鉄の酸化物は､Fe₂O₃､FeO(OH)がある[2][3][4]｡Fe₂O₃は鉄の最も酸化している状態で
あり､非常に高温での酸化が必要で､FeO(OH)は水と酸素があれば容易に生成される｡
･鉄ｸｷﾞを用いて生成実験を行うと､Fe₂O₃はｶﾞｽﾊﾞｰﾅｰでいくら加熱しても変化がなかっ
たのに対しFeO(OH)は水に浸けておけば半日ほどでｵﾚﾝｼﾞ色のｻﾋﾞが生成され､Fe₂O₃の
生成にはさらなる高温が必要であるとわかった｡
･Aso-4､磁鉄鉱､角閃石を水に浸け､空気にさらし経過観察した｡数ヶ月経過しても何ら変
化がなかったため､赤色の原因はFeO(OH)ではないと考えた｡ 成分分析･焼成試験 ①熊本県産業技術ｾﾝﾀｰの協力の下､馬門石､黒や茶､橙色のAso-4の蛍光X線分析とX線
回折を行った｡
･蛍光X線分析: どの試料も成分組成はほとんど同一で､鉄を約10%含んでいた｡
･X線回折: どの試料からもFe₂O₃の存在をはっきりと確認することができなかった｡
②電気炉を用いて馬門石とAso-4を300℃､1,000℃と異なる温度で24時間十分に加熱した｡
焼成実験:1,000℃での加熱したものは､どちらの試料も馬門石によく似た赤色に変化｡
これは岩石中の鉄が高温酸化によりFe₂O₃に変化したためと考えられ[5][6]､やはり馬門石の色の要因は､岩石中の鉄であると考えた｡ 現地調査 高温酸化により形成されるFe₂O₃は､熱がこもる中央部に集中した分布､水による酸化でできるFeO(OH)の場合は､水に触れる表層付近に散在した分布になるのではないかと考え､馬門石の分布により､赤い色の成因を考えることにした[7][8]｡
今回､道路工事により大規模な露頭が存在し､馬門石の分布を立体的に捉えられた｡野外調査の結果､複数地点で馬門石とAso-4の境界を確認できた｡境界の傾斜は場所によって水平や斜め､縦などと様々だった｡分布は水平､鉛直方向のどちら不連続に散在していた｡また､馬門石の中にAso-4が塊状に分布する境界面が見られた｡場所によっては､赤い部分と黒い部分が複雑に散在していた｡さらに､馬門石と周囲のAso-4の岩相は黒曜石ﾚﾝｽﾞを含む点など全く同じで､異なるのは色だけであった｡ 薄片の製作･観察 御船町恐竜博物館の協力の下､岩石薄片の製作と偏光顕微鏡観察を行った｡その結果､馬門石とAso-4いずれも凝灰岩の特徴である火山ｶﾞﾗｽや多孔質の空隙が見られた｡ 馬門石の形成 これらの結果から､馬門石の形成を総合的に考察する｡馬門石の赤色の原因はFe₂O₃で､火砕流として堆積した直後の高温下で､多孔質によって火山ｶﾞｽと入れ替わり流入してきた酸素と触れた部分が､高温酸化でFe₂O₃を生じて赤い馬門石になったと考えた｡十分な酸素を得られなかった部分は､高温であっても黒いAso-4のままであり､赤い部分と黒い部分が複雑に散在するのではないか｡
【研究のまとめ】
･馬門石の赤色の原因は鉄で､Fe₂O₃(ﾍﾏﾀｲﾄ)である｡
･元々は黒い阿蘇火砕流堆積物が､堆積直後の高温下で､多孔質により火山ｶﾞｽと入れ替わ
りに空気が流入し､その空気中の酸素を十分に得られた一部のAso-4が高温酸化を起こ
し､内部の鉄がFe₂O₃となり､赤い馬門石が形成された｡
･現在の馬門石とAso-4は､高温酸化に十分な酸素を得られたかどうかで分かれた｡
【今後の課題】
･なぜ馬門地区などの一部だけでしか馬門石は見られないのか｡
･馬門石以外に赤いAso-4火砕流堆積物の阿蘇溶結凝灰岩はないのか｡
･成分分析でFe₂O₃をみる方法はないのか｡
【参考文献】
[1]｢馬門石 噴火の軌跡に触れる｣熊本日日新聞朝刊(2021年6月13日)
[2]高田利夫(1969) 酸化鉄､水酸化鉄系化合物の生成と物性
[3]三沢俊平(1983) 鉄ｻﾋﾞ生成の現状と未解明点
[4]鈴木茂(2008)鉄さびの形成過程と構造変化
[5]椙山正孝(1959) 金属材料の高温酸化とその対策
[6]井上勝也(1983) 鉄酸化物の種々相
[7]熊本県地質図(10万分の1) 熊本県地質図編纂委員会(2008)
[8]地理院地図