続成作用

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続成作用の一形態はパーミネラリゼーションであり、埋没生物がミネラルに置き換わります。これらの三葉虫Lloydolithus )は、黄鉄鉱と呼ばれる特定のタイプのパーミネラリゼーション中に黄鉄鉱置き換えられました
Valgipesbucklandiからの椎骨のパーミネラリゼーション

続成作用/ˌdaɪ.əˈdʒɛn.ə.sɪs / 堆積の水と岩石相互作用、微生物活動、および圧縮によって最初に引き起こされる堆積物物理的および化学的変化を説明するプロセスです 堆積物が地殻のはるかに深いところに埋もれるようになると、圧力と温度の上昇が役割を果たし始めます。[1]初期の段階では、固結が不十分な堆積物の堆積岩への変換化))は、それらの主要な鉱物学的集合体が変化しないままである一方で、単に多孔性と水の排出(粘土堆積物)の減少を伴います。岩石が上にさらに堆積することによってより深く運ばれるにつれて、その有機物含有量は徐々にケロゲンビチューメンに変化します。続成作用のプロセスは、表面の変化(風化)と深い変成作用を除外します。続成作用と変成作用の間に明確な境界はありませんが、後者はより高い温度圧力で発生します。熱水溶液、流星地下水、岩石の多孔性、浸透性、溶解/沈殿反応、および時間はすべて影響力のある要因です。

堆積後、堆積物は、堆積物の連続する層の下に埋め込まれ、溶液から沈殿する鉱物によってセメントで固められるため、圧縮されます堆積物、岩片、化石の粒子は、続成作用際に他の鉱物(たとえば方解石菱鉄鉱黄鉄鉱鉄鉱など)に置き換えることができます。鉱物の溶解やドロマイト化などのまれな場合を除いて、通常、気孔率は続成作用中に減少します。

岩石の続成作用の研究は、岩石が受けた地質学的歴史と、岩石を循環した流体の性質と種類を理解するために使用されます。商業的見地から、そのような研究は、さまざまな経済的に実行可能な鉱物および炭化水素鉱床を見つける可能性を評価するのに役立ちます。

続成作用のプロセスは、骨組織の分解においても重要です。[2]

人類学と古生物学における役割

もともとは石灰質の ウミユリ類の茎(断面)は、菱鉄鉱の結石で白鉄鉱に続成作用で置き換えられました。低石炭紀

文字通り「世代を超えて」を意味する続成作用という用語[3]は、地質学で広く使用されています。ただし、この用語は、人類学考古学古生物学の分野にフィルターされ、骨格(生物学的)材料で発生する変化と変化を説明しています。具体的には、続成作用は「累積的な物理的、化学的、生物学的環境です。これらのプロセスは、有機物の元の化学的および/または構造的特性を変更し、保存または破壊の観点から、その最終的な運命を支配します」。[4] [5]続成作用が考古学または化石に及ぼす潜在的な影響を評価するため 、骨と包み込む土壌の元素および鉱物学的組成、ならびに局所的な埋没環境(地質学、気候学地下水)から始めて、多くの要因を評価する必要があります。[5]

3分の1の有機物(主にタンパク質 コラーゲン)と3分の2のミネラル(主にヒドロキシアパタイトの形のリン酸カルシウム)を含む骨の複合的な性質は、その続成作用をより複雑にします。[6]変化は、分子の喪失や置換から、結晶子の再編成、多孔性、微細構造の変化、そして多くの場合、ユニット全体の崩壊に至るまで、あらゆる規模で発生します。[7]骨の続成作用の3つの一般的な経路が特定されています。

  1. 有機相の化学的劣化。
  2. 鉱物相の化学的劣化。
  3. 複合材料の(マイクロ)生物攻撃。[8]

それらは次のとおりです。

  1. コラーゲンの溶解は、時間、温度、環境pHに依存します。[8]高温では、コラーゲンの喪失速度が加速され、極端なpHはコラーゲンの腫れと加水分解の加速を引き起こす可能性があります。[8]コラーゲンの喪失による骨の多孔性の増加により、骨は加水分解浸潤を受けやすくなり、ヒドロキシアパタイトはアミノ酸に親和性があり、内因性および外因性起源の荷電種が滞留することを可能にします。[2]
  2. 加水分解活性は、コラーゲンを加速された化学的および生分解にさらす鉱物相変換において重要な役割を果たします。[8]化学変化は結晶化度に影響を与えます。[2] [9] F-またはCO3-取り込みなどの化学変化のメカニズムは、ヒドロキシアパタイトが溶解および再沈殿して外因性物質の取り込みまたは置換を可能にする再結晶を引き起こす可能性があります。[2] [9]
  3. 個人が埋葬されると、骨の劣化の最も一般的なメカニズムである微生物の攻撃が急速に発生します。[8]この段階では、ほとんどの骨コラーゲンが失われ、多孔性が増加します。[2]低pHによって引き起こされるミネラル相の溶解は、細胞外微生物酵素によるコラーゲンへのアクセスを可能にし、したがって微生物の攻撃を可能にします。[8]

炭化水素生成における役割

沈降中に動植物が埋没すると、温度圧力の上昇により、構成有機分子脂質タンパク質炭水化物リグニン-腐植物質)が分解します。この変換は、埋葬の最初の数百メートルで発生し、2つの主要な製品であるケロゲンビチューメンが生成されます。

炭化水素は、これらのケロゲンの熱変化によって形成されると一般に認められています(生体理論)。このように、特定の条件(主に温度に依存する)が与えられると、ケロゲンは分解して、クラッキングまたはカタジェネシスとして知られる化学プロセスを通じて炭化水素を形成します。

実験データに基づく速度論モデルは、続成作用における本質的な変換のほとんどを捉えることができ[10]、溶解-沈殿メカニズムをモデル化するための圧縮多孔質媒体における数学モデルを捉えることができます。[11]これらのモデルは集中的に研究され、実際の地質学的アプリケーションに適用されています。

続成作用は、炭化水素と石炭の生成に基づいて、続成作用(初期)、中続成作用(中期)、および続成作用(後期)に分けられます。初期または続成作用の段階では、頁岩は間隙水を失い、炭化水素はほとんどまたはまったく形成されず、石炭は亜炭亜瀝青炭の間で変化します。メソダイアジェネシスの間に、粘土鉱物の脱水が起こり、石油生成の主な発達が起こり、高揮発性から低揮発性の瀝青炭が形成されます。テロジアジェネシスの間、有機物は分解を受け、乾燥ガスが生成されます。無煙炭が発達します。[12]

新しく形成された水生堆積物の初期続成作用は、代謝の一部として異なる電子受容体を使用する微生物によって媒介されます。有機物は鉱化され、間隙水中のガス状二酸化炭素(CO 2)を放出します。これは、条件によっては、水柱に拡散する可能性があります。この段階での鉱化作用のさまざまなプロセスは、硝化および脱窒酸化マンガン還元、水酸化鉄還元、硫酸塩還元、および発酵です。[13]

骨の分解における役割

続成作用は、環境条件、特に湿気にさらされた骨の有機コラーゲンと無機成分(ヒドロキシアパタイト、カルシウム、マグネシウム)の比率を変化させます。これは、天然の骨成分の交換、空隙または欠損への沈着、骨表面への吸着、および骨からの浸出によって達成されます。[2] [14]

も参照してください

  • カルセドニー –微結晶性のシリカで、モガン石も含まれている場合があります
  • チャート –隠微晶質シリカで構成された硬くて細かい堆積岩
  • フリント –ミネラルクォーツの隠微晶質
  • コンクリーション –粒子間のミネラルセメントの沈殿によって形成されたコンパクトな塊
  • 化石 –過去の地質時代からの保存された遺物または生物の痕跡

参照

  1. ^ Marshak、Stephen、2009年、 Essentials of Geology、 WW Norton&Company、第3版。ISBN  978-0393196566
  2. ^ a b c d e f Hedges RE(2002)。「骨の続成作用:プロセスの概要」考古学44(3):319–328。土井10.1111/1475-4754.00064
  3. ^ オックスフォード英語辞典。
  4. ^ ウィルソン、リン; ポラード、A。マーク(2002)。「今日、明日は去りましたか?考古学的続成作用の変化の研究における統合された実験と地球化学的モデリング」。化学研究のアカウント35(8):644–651。土井10.1021/ar000203sPMID12186569_ S2CID20545137_  
  5. ^ a b Zapata J、Pérez-SirventC、Martínez-SánchezMJ、Tovar P(2006年10月)。「続成作用、生合成ではない:2つの後期ローマの骨格の例」。トータル環境の科学369(1–3):357–68。Bibcode2006ScTEn.369..357Z土井10.1016/j.scitotenv.2006.05.021PMID16828844_ 
  6. ^ Nicholson RA(1996)。「骨の劣化、埋葬媒体および種の表現:神話を暴く、および実験ベースのアプローチ」。考古学ジャーナル23(4):513–533。土井10.1006/jasc.1996.0049
  7. ^ Nielsen-Marsh CM(2000)。「骨Iの続成作用のパターン:サイト環境の影響」。考古学ジャーナル27(12):1139–1150。土井10.1006/jasc.1999.0537
  8. ^ a b c d e f Collins MJ、Nielsen、Marsh CM、Hiller J、Smith CI、RobertsJPなど。(2002)。「骨における有機物の生存:レビュー」考古学44(3):383–394。土井10.1111/1475-4754.t01-1-00071
  9. ^ a b de Sousa DV、Eltink E、Oliveira RA、FélixJF、GuimarãesLM(2020年12月)。「熱帯石灰岩の洞窟からの第四紀の化石骨の続成作用」ScientificReports10(1):21425。Bibcode2020NatSR..1021425D土井10.1038/s41598-020-78482-0PMC7722736_ PMID33293631_  
  10. ^ Abercrombie HJ、Hutcheon IE、Bloch JD、Caritat PD(1994)。「シリカ活性とスメクタイト-イライト反応」。地質学22(6):539–542。Bibcode1994Geo....22..539Adoi10.1130 / 0091-7613(1994)022 <0539:saatsi>2.3.co;2
  11. ^ Fowler AC、Yang XS(2003)。「堆積盆地における続成作用の溶解/降水メカニズム」。J.ジオフィス。Res108(B10):2269。Bibcode2003JGRB..108.2509FCiteSeerX10.1.1.190.4424_ 土井10.1029/2002jb002269 
  12. ^ Foscolos AE、Powell TG、Gunther PR(1976)。「頁岩の続成作用と石油生成の可能性の程度を評価するための粘土鉱物と無機および有機地球化学的指標の使用」。Geochimica etCosmochimicaActa40(8):953–966。Bibcode1976GeCoA..40..953F土井10.1016 / 0016-7037(76)90144-7
  13. ^ Lovley DR(1991年6月)。「異化的なFe(III)およびMn(IV)の還元」微生物学的レビュー55(2):259–87。土井10.1128/MMBR.55.2.259-287.1991PMC372814_ PMID1886521_  
  14. ^ Vass、AA(2001)。「墓を越えて:人間の分解を理解する」(PDF)今日の微生物学28
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